Procena jedinice za skladištenje toplotne energije u kombinaciji sa toplotnom pumpom vazduh–voda
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
http://orcid.org/0000-0002-1233-373X
Mustafa Secilmis
http://orcid.org/0000-0002-4981-4588
Müslüm Arici
Dong Li
Sandro Nižetić
http://orcid.org/0000-0001-6896-4605
Apstrakt
Povezivanje sistema za skladištenje toplotne energije sa toplotnim pumpama jeste efikasan način upravljanja korišćenja toplotne energije u skladu sa njenom potražnjom. U ovom radu, jedinica za skladištenje toplotne energije (TES) koja se sastoji od vode i fazno promenljivog materijala (PCM) ispitivana je eksperimentalno pomoću laboratorijskog testnog uređaja gde je laurinska kiselina korišćena kao PCM. Eksperimenti su sprovedeni za slučajeve koji uključuju samo vodu unutar TES jedinice i za one koji uključuju vodu i PCM unutar TES jedinice, odvojeno. Koristeći podatke dobijene iz eksperimenata, kao i poznavanje rada sistema, numerički model je uspostavljen putem pristupa sivog okvira. Razvijeni model je omogućio istraživanje uticaja različitih PCM i različitih efektivnih vrednosti toplotne provodljivosti PCM na vreme zagrevanja, kao i potencijal prebacivanja opterećenja, uzimajući u obzir četiri različita opterećenja zagrevanja. Eksperimentalni rezultati su pokazali da je uključivanje laurinske kiseline u jedinicu TES rezultiralo nižim vremenima zagrevanja za 16% tokom termičkog pražnjenja; međutim, njeno uključivanje je značajno poboljšalo koeficijent performansi. Nadalje, indeks prebacivanja opterećenja je takođe poboljšan za 10% korišćenjem PCM, umesto samo vode. Numerički rezultati su otkrili da korišćenje PCM sa visokim kapacitetom latentne toplote i sa temperaturom promene faze oko srednje vrednosti najniže i najviše temperature skladištenja vode može pomoći u postizanju dužeg vremena zagrevanja (~4%) tokom pražnjenja. Pored toga, prebacivanje opterećenja bi moglo biti poboljšano korišćenjem pomenutog PCM (RT44HC). Zaključeno je da je niska toplotna provodljivost PCM značajan izazov za skladištenje toplotne energije. Preporučuje se povećanje prenosa toplote kako bi se postiglo dalje poboljšanje pomenutih parametara performansi.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Reference
[1] *** IEA. IEA 2020. https://www.iea.org/topics/buildings (accessed April 20, 2020).
[2] ***UN Environment Programme. 2019 Global Status Report for Building and Construction - Towards a zero-emissions, efficient and resilient buildings and construction sector. 2019.
[3] Gaur, A. S., D. Z. Fitiwi, J. Curtis, Heat pumps and our low-carbon future: A comprehensive review. Energy Res Soc Sci 2021;71. https://doi.org/10.1016/j.erss.2020.101764.
[4] Ermel, C., M. V. A. Bianchi, A. P. Cardoso, P. S. Schneider, Thermal storage integrated into air-source heat pumps to leverage building electrification: A systematic literature review. Appl Therm Eng 2022;215:118975. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118975.
[5] Campos, J, C. Csontos, Á. Harmat, G. Csüllög, B. Munkácsy. Heat consumption scenarios in the rural residential sector: the potential of heat pump-based demand-side management for sustainable heating. Energy Sustain Soc 2020;10:1–16. https://doi.org/10.1186/s13705-020-00271-4.
[6] Luc, K. M., A. Heller, C. Rode, Energy demand flexibility in buildings and district heating systems – a literature review. Adv Build Energy Res 2019;13:241–63. https://doi.org/10.1080/17512549.2018.1488615.
[7] Hirmiz, R., H. M. Teamah, M. F. Lightstone, J. S. Cotton, Analytical and numerical sizing of phase change material thickness for rectangular encapsulations in hybrid thermal storage tanks for residential heat pump systems. Appl Therm Eng 2020;170:114978. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.114978.
[8] Jin, X., S. Zheng, G. Huang, C. K. Lai A., Energy and economic performance of the heat pump integrated with latent heat thermal energy storage for peak demand shifting. Appl Therm Eng 2023;218. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119337.
[9] Xu, T., E. N. Humire, J. N. Chiu, S. Sawalha, Latent heat storage integration into heat pump based heating systems for energy-efficient load shifting. Energy Convers Manag 2021;236:114042. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114042.
[10] Li Y, Zhang N, Ding Z. Investigation on the energy performance of using air-source heat pump to charge PCM storage tank. J Energy Storage 2020;28:101270. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101270.
[11] Lin, Y., Y. Fan, M. Yu, L. Jiang, X. Zhang, Performance investigation on an air source heat pump system with latent heat thermal energy storage. Energy 2022;239:121898. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121898.
[12] Zhang, Y., P. Johansson, A. S. Kalagasidis, Techno-economic assessment of thermal energy storage technologies for demand-side management in low-temperature individual heating systems. Energy 2021;236. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121496.
[13] Hirmiz, R., H. M. Teamah, M. F. Lightstone, J. S. Cotton, Performance of heat pump integrated phase change material thermal storage for electric load shifting in building demand side management. Energy Build 2019;190:103–18. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.02.026.
[14] Kim, Y., T. Honda, A. Kanzawa, The Role of Natural Convection During Melting and Solidification of Pcm in a Vertical Cylinder. Chem Eng Commun 1989;84:43–60. https://doi.org/10.1080/00986448908940334.