近日，英國倫敦帝國理工學院的科學家設計了一種太陽能熱泵與相變儲熱相結合的住宅應用方案，該系統(tǒng)可為單戶住宅提供空間供暖和生活熱水，可以幫助用戶節(jié)省高達39%的成本。

設計該系統(tǒng)的科學家表示，這項工作的創(chuàng)新之處在于為典型房屋開發(fā)了兩種不同系統(tǒng)配置的綜合熱網(wǎng)絡模型。這兩種配置包括標準配置：熱泵系統(tǒng)＋熱水缸以及高級配置：熱泵系統(tǒng)＋兩個相變材料(PCM)儲熱系統(tǒng)。其中，PCM可以在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)吸收、儲存和釋放大量潛熱。

▲具有兩個獨立 PCM 蓄熱器的熱泵系統(tǒng)

科學家們解釋說，他們通過假定中小型住宅熱泵產(chǎn)品的典型蓄熱容量(200 L)來證明這兩種配置在空間有限的情況下是否也能實現(xiàn)經(jīng)濟節(jié)約。他們還使用了不同制造商的數(shù)據(jù)表來開發(fā)光伏和熱泵系統(tǒng)的性能模型，其設計場景是針對兩個不同地點進行的，一個是英國蘇格蘭的奧本，太陽輻照度低且溫度溫和，另一個則德國南部的慕尼黑，陽光明媚但晝夜和季節(jié)溫度變化大。

第一個系統(tǒng)配置采用ASHP，包括一個備用電加熱器、一組熱發(fā)射器、一個熱水缸和一個光伏系統(tǒng)。后者僅用于為熱泵供電，其余電力則來自電網(wǎng)。第二個系統(tǒng)設計包括一個ASHP、兩個獨立的PCM儲熱器、一個熱發(fā)射器陣列和一個光伏陣列。

研究人員解釋，第二種的配置與第一種配置的主要區(qū)別在于，熱水缸已被PCM儲熱器取代，并且ASHP不直接提供SH，因為第二個PCM儲熱器充當ASHP和SH提供的熱量之間的緩沖器需求。

科學家們將參考供應溫度設定為家用熱水的典型范圍43℃，估計了單周概率需求曲線的DHW（生活用熱水） 需求，開發(fā)出帶有熱泵的系統(tǒng)，兩種配置的額定加熱能力為8.5 kW，最小加熱能力為3.2 kW。備用電加熱器的固定輸出功率為3千瓦，光伏系統(tǒng)依靠八塊面板，總面積為13平方米。

他們將這些系統(tǒng)與未優(yōu)化的基準案例（標準配置）進行了比較。通過比較，他們發(fā)現(xiàn)，帶有兩個PCM蓄熱器的系統(tǒng)具有最大的節(jié)約成本潛力，據(jù)其估計，英國每年的成本節(jié)約高達39%，德國則為29%。

科學家表示，根據(jù)目標函數(shù)、配置和位置，系統(tǒng)季節(jié)性性能系數(shù)(COP)在2.4和2.8之間變化。

在近日發(fā)表于《能源轉換與管理》雜志上的“用于家庭應用的帶熱能儲存的空氣源熱泵系統(tǒng)的運行優(yōu)化”一文中，他們也描述了這些系統(tǒng)，并聲稱可以通過避免高峰電價時段來降低運營成本。