Çin’in Yeni Hibrit Isı Pompası, Enerji Maliyetlerini %55, Şebeke Bağımlılığını %75 Azaltıyor

Çinli araştırmacılar, enerji verimliliğini önemli ölçüde artıran ve hane enerji maliyetlerini %50’nin üzerinde düşürebilen hibrit rüzgar-güneş enerjili yeni bir ısı pompası geliştirdi. Sistem, Shenyang Jianzhu Üniversitesi ile Shanghai Jiao Tong Üniversitesi’nden bilim insanları tarafından tasarlandı.

Yeni sistem, termal ve elektriksel enerji depolamasını entegre ederek konutlarda verimliliği artırıyor. Ayrıca yıl boyunca mevsimsel enerji etkileşimi çerçevesiyle destekleniyor: baharda yer altı kaynaklı ön soğutma, yazın soğutma, sonbaharda ön ısıtma ve kışın ısıtma sağlanıyor. Araştırmacılar, sistemi TRNSYS ve SketchUp gibi ileri yazılımlar kullanarak optimize ettikleri bir enerji yönetim stratejisiyle donattı.

Isı Pompasında Çığır Açan Deney

Proje, Çin’in kuzeydoğusundaki Shenyang kentinde bulunan düşük enerjili bir konut binasında (LERB) yürütüldü. Sert kışlar ve sıcak yazlar, sistemin performansını test etmek için ideal koşullar sundu.
İki katlı, 334,8 metrekarelik yapının çatısında 130 metrekarelik güneş paneli alanı yer alıyordu. Bölgede yıllık ortalama güneş radyasyonu 0 ila 0,3 kWh/m² aralığındaydı.

Sisteme 550 watt’lık fotovoltaik (PV) paneller ve 3 kilovatlık rüzgar türbinleri entegre edildi. Depolama kısmında 40 kWh kapasiteli batarya ve faz değişimli malzeme (PCM) içeren bir su tankı kullanıldı. Ayrıca sistem, yer kaynaklı ısı pompası (GSHP) ile hava kaynaklı ısı pompası (ASHP) bileşenlerinden oluşuyordu. GSHP, kışın yer altından ısı çekiyor, yazın fazla ısıyı toprağa geri veriyordu. ASHP ise çevresel koşullar değiştiğinde destek sağlıyordu.

Sürdürülebilir Isı Çözümü

Verimliliği artırmak için ekip, iki aşamalı bir optimizasyon süreci geliştirdi. İlk aşamada NSGA-II genetik algoritması kullanılarak ideal sistem yapısı belirlendi. İkinci aşamada ise parçacık sürüsü optimizasyonu yöntemiyle batarya şarj seviyeleri haftalık olarak ayarlandı. Bu sayede sistem, yenilenebilir enerji üretimi, ısıtma talebi ve depolama kapasitesi arasında mevsime göre otomatik denge kurabildi.

Araştırma ekibi, performansı değerlendirmek için dört farklı konfigürasyon denedi. Temel sistemden başlayarak sırasıyla etkileşim stratejisi, ASHP eklemesi, iki aşamalı optimizasyon, PV paneller ve rüzgar türbinleri sisteme dahil edildi. Sonuçlar, optimize edilmiş hibrit sistemin düzgünleştirilmiş enerji maliyetini (LCOE) en az %54,7 azalttığını ve genel performansı %4 artırdığını gösterdi. Şebeke bağımsızlık faktörü (SIF) ise %75 oranında düştü.

On yıllık çalışmada, yer altı ısı değiştiricilerinin çevresindeki toprak sıcaklığı yalnızca 0,42°C azaldı, bu da uzun vadeli yer kaynaklı ısı pompası kullanımında toprak sıcaklık dengesinin korunduğunu gösterdi.

En verimli hibrit konfigürasyon, 13,12 kW güneş kapasitesi, 2 rüzgar türbini, 25,46 kWh batarya depolama, 6,17 kW yer kaynaklı ısı pompası ve 2,76 m² su tankından oluştu.

Araştırmanın sonuçları Energy dergisinde yayımlandı. Uzmanlara göre, bu hibrit sistem enerji şebekesine bağımlılığı büyük ölçüde azaltarak sürdürülebilir ısıtma ve soğutma teknolojilerinde yeni bir dönemin önünü açabilir.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/chinas-new-hybrid-heat-pump-slashes-energy-costs-by-55-and-grid-reliance-by-75