ETAP 2 - "Badania laboratoryjne komponentów i podstawowych podsystemów energooszczędnego domu pływającego"

Termin realizacji: 1.12.2017 – 28.02.2018

Etap II był wykonywany przez firmę Ekosun oraz przez specjalistów Politechniki Koszalińskiej, którzy wykonali następujące usługi badawcze:

Usługa badawcza nr 3 - "Przebadanie w warunkach laboratoryjnych modelowych wymienników ciepła pod kątem ich zastosowania w pozyskaniu ciepła grzejnego i ciepłej wody użytkowej, modelowych turbin wiatrowych oraz paneli fotowoltaicznych."

Ogólny opis zakresu realizacji Etapu II

Jednym z wyzwań technologicznych na tym etapie projektu było zminimalizowanie błędów wyników prac laboratoryjnych w porównaniu z późniejszymi wynikami badań w naturze. Wyzwaniem było także laboratoryjne zasymulowanie pracy poszczególnych urządzeń OZE w cyklu całorocznym. Kadra naukowo – badawcza Politechniki Koszalińskiej dobrała warunki testowe dla urządzeń i inteligentnego systemu sterowania energią, jak najbardziej zbliżone do naturalnie występujących w cyklu rocznym.

Opis prac wykonanych w ramach etapu II:

- badania cieplne wybranych wymienników ciepła pod kątem ich wykorzystania w budowie pompy ciepła w domu pływającym (warunki laboratoryjne i zbliżone do rzeczywistych)

- badania o charakterze symulacyjnym w zakresie możliwych zmian podstawowych parametrów,

- badanie charakterystyk energetycznych pompy ciepła z dolnym źródłem ciepła stosowanym w rozwiązaniu domu pływającego w zakresie wyznaczenia ich charakterystyk na potrzeby domu pływającego (warunki laboratoryjne i zbliżone do rzeczywistych)

– badania o charakterze symulacyjnym w zakresie możliwych zmian podstawowych parametrów

- badania instalacji fotowoltaicznej i turbin wiatrowych pod kątem optymalnego magazynowania pozyskanej energii

– symulacja empiryczna warunków obiektu rzeczywistego, badania optymalizacyjne układu hybrydowego we współpracy z inteligentnym systemem zarządzania energią

BADANIA EKSPERYMENTALNE WYMIENNIKÓW I POMPY CIEPŁA

Cel prowadzenia badań testowych

W projekcie instalacji grzewczej służącej do obsługi nadbudowy mieszkalnej domu pływają­cego przewidziano zastosowanie sprężarkowej pompy ciepła. Eksploatacyjne efekty energe­tyczne tej pompy mają być wykorzystane do zabezpieczenia ogrzewania wnętrza nadbudowy (c.o.) oraz instalacji ciepłej wody użytkowej (c.w.u).

Projektowany układ ogrzewania za pomocą pompy ciepła charakteryzuje się następującymi szczególnymi uwa­runkowaniami:

1. jest układem niestandardowym, występującym tylko w unikatowych propozycjach niektórych producentów domów pływających,

2. brak jest w literaturze dostępnych opublikowanych informacji na temat warunków eksploatacji obiektów tego typu ogrzewanych za pomocą pompy ciepła,

3. wymiary gabarytowe, zwłaszcza dolnego wymiennika, przekraczają możliwości zrealizowania badań eksploatacyjnych w warunkach laboratoryjnych,

Wobec postawionych wyżej kryteriów wykonano badania testowe eksperymentalne, z zastosowaniem dolnego wymiennika ciepła zanurzonego w wodzie powierzchniowej zbiornika laboratoryjnego. Celem badań eksperymentalnych było wykazanie celowości proponowanych rozwiązań doprowadzenia ciepła z dolnego źródła na przykładzie układu o odpowiednio mniejszych wymiarach.

Wnioski

1. Przedstawione wyniki badań eksperymentalnych przedmiotowej modelowej pompy ciepła z wymiennikiem umieszczonym w wodzie powierzchniowej wskazują, na możliwość osiągnięcia założonych parametrów systemu grzewczego. Ujawniły one również ograniczenia zakresu wykorzystania układu grzewczego w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.

2. Badania eksperymentalne potwierdziły istotny wpływ temperatury dolnego źródła (temperatury wody powierzchniowej) na efektywność pracy pompy ciepła. Obniżenie temperatury wody poniżej wartości +5^oC skutkuje istotnym spadkiem mocy grzewczej pompy i spadkiem wartości współczynnika COP. Jest to ważne spostrzeżenie, z uwagi na to, że w miejscu posadowienia domu pływającego występuje taki spadek temperatury, zwłaszcza w miesiącach grudzień – styczeń - luty. W tym okresie przedmiotowa pompa ciepła może pracować w zakresie niskiej efektywności.

3. Przedstawione badania eksperymentalne wykonano w warunkach współpracy pompy ciepła z dolnym wymiennikiem ciepła w postaci wężownicy spiralnej o wewnętrznej powierzchni wymiany ciepła około 3-krotnie mniejszej od obliczonej do zastosowania w domu pływającym (w postaci wymiennika rurowego). Badania cieplno – przepływowe, zwłaszcza charakteryzujące pracę wymiennika zanurzonego w wodzie powierzchniowej jeziora, mogą być porównywalne od strony jakościowej oraz w przybliżeniu ilościowej. Badania symulacyjne dolnego wymiennika pompy ciepła pozwoliły na zaprojektowanie optymalnego rozwiązania wymiennika docelowego.

4. Badania właściwe na rzeczywistym obiekcie zostaną wykonane po zamontowaniu proponowanego wymiennika dolnego w prototypie.

PODSUMOWANIE EFEKTÓW ETAPU II

W ramach działań związanych z Etapem II realizowanego projektu koniecznym było wykonanie:

1. badań cieplnych wybranych wymienników ciepła pod kątem ich wykorzystania w budowie pompy ciepła w domu pływającym (warunki laboratoryjne i zbliżone do rzeczywistych)

2. badań o charakterze symulacyjnym w zakresie możliwych zmian podstawowych parametrów,

3. badań charakterystyk energetycznych pompy ciepła z dolnym źródłem ciepła stosowanym w rozwiązaniu domu pływającego.

4. badań instalacji fotowoltaicznej i turbin wiatrowych pod kątem optymalnego magazynowania pozyskanej energii – symulacja empiryczna warunków obiektu rzeczywistego,

5. badań optymalizacyjnych układu hybrydowego we współpracy z inteligentnym systemem zarządzania energią.