Nguyên mẫu máy bơm nhiệt được hỗ trợ PV{0}}với bộ ngưng tụ kép đạt hệ số hiệu suất 7,59
Mar 03, 2026
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Miguel Hernández của Elche ở Tây Ban Nha đã thiết kế một hệ thống bơm nhiệt không khí sang{1}}nước có thể chuyển hoạt động sản xuất nước nóng sinh hoạt (DHW) sang giờ ban ngày trung tâm, nhờ đó tối đa hóa việc sử dụng việc phát điện PV.
Điểm mới của hệ thống nằm ở việc sử dụng hai bình ngưng thay vì một thiết bị duy nhất.
Các nhà nghiên cứu giải thích rằng một máy bơm nhiệt nước nóng sinh hoạt nhỏ gọn (DHW) thông thường bao gồm máy nén, thiết bị bay hơi, van giãn nở và thiết bị ngưng tụ quấn quanh đáy bể chứa, làm nóng toàn bộ lượng nước thông qua đối lưu tự nhiên. Cấu hình bình ngưng-kép được đề xuất bổ sung thêm một bình ngưng thứ hai ở trên cùng của bình, kết hợp với hệ thống điều khiển được tối ưu hóa để chọn chế độ vận hành trong khi vẫn giữ lại các thành phần tiêu chuẩn.
Cả bình ngưng phía dưới và phía trên đều bao gồm các ống xoắn ốc được lắp đặt giữa thành bể và lớp cách nhiệt. Khi bình ngưng phía dưới hoạt động, nhiệt sẽ được truyền xuống đáy bình 215 lít, thúc đẩy quá trình phân tầng và làm nóng toàn bộ thể tích. Khi bộ ngưng tụ phía trên được kích hoạt, chỉ phần trên cùng của bình được làm nóng, cho phép vận hành có mục tiêu hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
Nguyên mẫu được phát triển từ máy bơm nhiệt thương mại-không khí{1}}đến{2}}nước được trang bị máy nén cuộn 600 W và chất làm lạnh R134a. Lò sưởi điện trở 2.400 W ban đầu đã bị ngắt kết nối để đảm bảo hoạt động độc quyền ở chế độ bơm nhiệt. Hệ thống này có-hệ số hiệu suất (COP) được nhà sản xuất đánh giá là 3,17 ở 14 C. Các sửa đổi bao gồm việc tích hợp bình ngưng thứ hai, thiết kế lại mạch làm lạnh và nâng cấp hệ thống điều khiển để thử nghiệm trong điều kiện vận hành DHW và PV thực tế.
Thiết lập thử nghiệm được thiết kế để mô phỏng nhu cầu DHW thực tế của hộ gia đình bằng cách sử dụng hệ thống{0}}vòng khép kín để tránh lãng phí nước. Nó bao gồm hai buồng điều hòa, bơm nhiệt-bình ngưng kép, hệ thống lắp đặt quang điện 600 W và một mạch thủy lực được điều khiển. Máy bơm nhiệt được kết nối với cả lưới điện và hệ thống PV, không tính đến khoản bồi thường tài chính cho lượng điện dư thừa được đưa vào lưới điện.
Một bể phụ, bơm tuần hoàn và máy làm lạnh nước duy trì nhiệt độ nước đầu vào ở mức 10 C để mô phỏng các điều kiện cung cấp điện lưới. Bộ điều khiển Arduino Mega quản lý máy bơm, van, máy làm lạnh và bơm nhiệt để cho phép thử nghiệm tự động. Hệ thống này cũng được trang bị 30 cảm biến nhiệt độ, đồng hồ đo lưu lượng và thiết bị giám sát điện, với dữ liệu được ghi lại trong khoảng thời gian một-phút.
Các nhà nghiên cứu đã đánh giá ba cấu hình ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 18 C: bơm nhiệt-bình ngưng đơn thông thường, cùng một hệ thống kết hợp với PV và bơm nhiệt-bình ngưng kép với PV. Các thử nghiệm tuân theo hồ sơ tiêu thụ DHW dựa trên EN 16147, đảm bảo nhiệt độ nguồn cung cấp trên 45 C.
Kết quả cho thấy cấu hình-bình ngưng kép đã cải thiện khả năng kiểm soát phân tầng, giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể và duy trì chất lượng dịch vụ DHW trong khi tăng đáng kể mức tiêu thụ-của PV.
Phân tích cho thấy COP trung bình theo mùa của bơm nhiệt đạt 3,55 trong cấu hình{{1} bình ngưng đơn và 3,65 khi kết hợp với PV.
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: “Đúng như mong đợi, cả hai giá trị đều tương tự nhau, vì không có sự khác biệt về chế độ hoạt động giữa chúng”. "Trong thử nghiệm thứ ba, với hai bình ngưng và chiến lược điều khiển cải tiến cho phép vận hành với nhiệt độ nước thấp hơn, hiệu suất này tăng lên 3,71. Xu hướng này rõ ràng hơn khi phân tích hiệu quả của dịch vụ DHW, trong đó kết quả là 3,08 và 3,12 đối với hai chế độ vận hành đầu tiên và 3,37 đối với cấu hình có hai bình ngưng và tấm quang điện. Vì bể lạnh hơn trong cấu hình có hai bình ngưng nên tổn thất nhiệt ít hơn."
Trong khi đó, mức tiêu thụ năng lượng mặt trời-với hệ thống ngưng tụ-kép đã tăng từ 9,9% lên 55,5%.
Các học giả kết luận: "Các kết quả cũng nêu bật sự cần thiết phải xem xét mức tiêu thụ điện năng-tức thời, sử dụng cơ sở tính toán tối đa là từng phút-theo-phút thay vì theo giờ hoặc theo ngày, vì điều này dẫn đến lượng năng lượng mặt trời đóng góp ở mức cao một cách phi thực tế". "Xem xét năng lượng được cung cấp bởi các tấm PV, hiệu suất của HP có thể được đánh giá lại, dẫn đến COP là 3,46 khi làm việc với một bình ngưng và 7,59 khi làm việc với cấu hình bình ngưng kép."
Hệ thống này được mô tả trong bài “Đánh giá thử nghiệm thiết kế bơm nhiệt quang điện mới với thiết bị ngưng tụ kép” được xuất bản trên tạp chí Năng lượng mặt trời.
