节约39%成本！英国设计太阳能热泵＋相变储热住宅供热方案

近日，英国伦敦帝国理工学院的科学家设计了一种太阳能热泵与相变储热相结合的住宅应用方案，该系统可为单户住宅提供空间供暖和生活热水，可以帮助用户节省高达39%的成本。

设计该系统的科学家表示，这项工作的创新之处在于为典型房屋开发了两种不同系统配置的综合热网络模型。这两种配置包括标准配置：热泵系统＋热水缸以及高级配置：热泵系统＋两个相变材料(PCM)储热系统。其中，PCM可以在规定的温度范围内吸收、储存和释放大量潜热。

▲具有两个独立 PCM 蓄热器的热泵系统

科学家们解释说，他们通过假定中小型住宅热泵产品的典型蓄热容量(200 L)来证明这两种配置在空间有限的情况下是否也能实现经济节约。他们还使用了不同制造商的数据表来开发光伏和热泵系统的性能模型，其设计场景是针对两个不同地点进行的，一个是英国苏格兰的奥本，太阳辐照度低且温度温和，另一个则德国南部的慕尼黑，阳光明媚但昼夜和季节温度变化大。

第一个系统配置采用ASHP，包括一个备用电加热器、一组热发射器、一个热水缸和一个光伏系统。后者仅用于为热泵供电，其余电力则来自电网。第二个系统设计包括一个ASHP、两个独立的PCM储热器、一个热发射器阵列和一个光伏阵列。

研究人员解释，第二种的配置与第一种配置的主要区别在于，热水缸已被PCM储热器取代，并且ASHP不直接提供SH，因为第二个PCM储热器充当ASHP和SH提供的热量之间的缓冲器需求。

科学家们将参考供应温度设定为家用热水的典型范围43℃，估计了单周概率需求曲线的DHW（生活用热水） 需求，开发出带有热泵的系统，两种配置的额定加热能力为8.5 kW，最小加热能力为3.2 kW。备用电加热器的固定输出功率为3千瓦，光伏系统依靠八块面板，总面积为13平方米。

他们将这些系统与未优化的基准案例（标准配置）进行了比较。通过比较，他们发现，带有两个PCM蓄热器的系统具有最大的节约成本潜力，据其估计，英国每年的成本节约高达39%，德国则为29%。

科学家表示，根据目标函数、配置和位置，系统季节性性能系数(COP)在2.4和2.8之间变化。

在近日发表于《能源转换与管理》杂志上的“用于家庭应用的带热能储存的空气源热泵系统的运行优化”一文中，他们也描述了这些系统，并声称可以通过避免高峰电价时段来降低运营成本。