Termoelektrik alt soyuducu (thermoelectric subcooler, TESC), elektriklə işləyən termoelektrik modulların soyuq səthindən istifadə edərək yüksək təzyiq xəttindəki CO₂-ni genişlənmədən əvvəl əlavə olaraq soyudan və isti səthdə yaranan istiliyi də uyğun köməkçi dövrə ilə geri qazana bilən istilik nasosu komponentidir. Bu eksperimental tədqiqat, qaz soyuducu və daxili istilik dəyişdiricisi (internal heat exchanger, IHX) olan birpilləli transkritik CO₂ istilik nasosunda TESC inteqrasiyasının optimal isitmə performans əmsalına, isitmə və soyutma güclərinə, ümumi enerji sərfiyyatına, alt soyutmaya və optimal qaz soyuducu təzyiqinə təsirini araşdırmışdır.

Təcrübələrdə evaporatorun köməkçi qlikol dövrəsinin giriş temperaturu 0°C və 10°C seçilmiş, qaz soyuducunun su dövrəsinin giriş temperaturu 40°C-də, həm su, həm də qlikol dövrəsində temperatur fərqi isə 5 K-də saxlanılmışdır. TESC olmayan BASE dövrəsinin optimal qaz soyuducu təzyiqi təxminən 98 bar olduğu halda, TESC dövrəsində təxminən 97,1 bar müəyyən edilmişdir. 0°C qlikol girişində TESC optimal isitmə COP-sini 1,65-dən 1,84-ə yüksəldərək %11,9; ümumi isitmə gücünü 3404,2 W-dan 4430,9 W-a yüksəldərək %30,2 yaxşılaşdırmışdır. 10°C şəraitində COP artımı %6,5, isitmə gücü artımı isə %13,4 olmuşdur.

TESC eyni zamanda ümumi alt soyutmanı və evaporator girişindəki maye payını artıraraq soyutma gücünü yaxşılaşdırmışdır; lakin termoelektrik modulların elektrik sərfiyyatı səbəbindən sistemin ümumi enerji sərfiyyatı da yüksəlmişdir. Nəticələr müəyyən laboratoriya test qurğusu, müəyyən TESC həndəsəsi, 40°C su girişi, iki qlikol temperaturu və sabit kompressor sürəti üçün keçərlidir. Tədqiqat illik/mövsümi bina performansını, iqtisadi geriödəmə müddətini və ya sahə şəraitində uzunmüddətli etibarlılığı sınaqdan keçirməmişdir.

Transkritik CO₂ istilik nasosu niyə fərqlidir?

CO₂ aşağı qlobal istiləşmə potensialına malik, yanmayan təbii işçi mayedir. Lakin kritik temperaturu təxminən 31,1°C olduğuna görə isti su istehsalı kimi yüksək istilik atma temperaturlarında dövr yüksək təzyiq tərəfində kritik nöqtənin üzərində işləyir. Buna görə klassik subkritik dövrlərdəki kondensator əvəzinə qaz soyuducu istifadə olunur.

Transkritik iş rejimi yüksək təzyiq və genişlənmə itkiləri səbəbindən dövrün optimal iş nöqtəsinin xüsusilə qaz soyuducu təzyiqinə həssas olmasına gətirib çıxarır. Buna görə CO₂ istilik nasosunda yalnız kompressor seçimi deyil, qaz soyuducu təzyiqi, genişlənmə şərtləri, IHX və alt soyutma dərəcəsi də sistem COP-sini müəyyən edən əsas dəyişənlərdir.

Tədqiqatın ədəbiyyat boşluğu

Termoelektrik alt soyutma transkritik CO₂ soyutma sistemlərində əvvəllər nəzəri və eksperimental şəkildə öyrənilmişdir. Lakin mənbə müəlliflərin qiymətləndirməsinə görə, qaz soyuducudan sonra yerləşdirilmiş TESC-nin həm CO₂-ni alt soyutduğu, həm də termoelektrik modulların isti tərəfindəki istiliyin qaz soyuducunun su dövrəsinə geri qaytarıldığı transkritik CO₂ istilik nasosu konfiqurasiyasına dair eksperimental tədqiqat yox idi.

Bu tədqiqatın məqsədi buna görə yalnız “TESC işləyirmi?” sualını deyil, sistem səviyyəsində aşağıdakı sualları eksperimental şəkildə araşdırmaqdır: Optimal qaz soyuducu təzyiqi necə dəyişir? TESC-yə hansı gərginlik verildikdə ümumi istilik nasosu COP-si ən yüksək olur? Əlavə alt soyutma soyutma gücünü necə dəyişir? TESC-nin isti tərəfindəki istilik geri qazanıldıqda ümumi isitmə gücünə nə qədər töhfə verir? Bu qazanc üçün nə qədər əlavə elektrik sərf olunur?

Termoelektrik Alt Soyuducu TESC Bu İstilik Nasosunda Nə Edir?

TESC qaz soyuducudan çıxan yüksək təzyiqli CO₂-ni termoelektrik modulların soyuq tərəfi ilə əlavə olaraq soyudur; bu alt soyutma genişlənmədən sonra evaporator girişində CO₂ buxar keyfiyyətini azaldaraq istifadə oluna bilən soyutma gücünü artırır, modulların isti tərəfində yaranan istilik isə eyni su dövrəsinə ötürülərək isitmə gücünə geri qazandırılır.

Eksperimental istilik nasosu dövrəsi

Dövrün əsas axını belədir:

1. Kompressor aşağı təzyiqli CO₂ buxarını sıxır.
2. Yağ ayırıcı kompressor yağını boşaltma xəttindən ayıraraq kompressora geri göndərir.
3. İki paralel lehimli lövhəli qaz soyuducu CO₂ istiliyini köməkçi su dövrəsinə ötürür.
4. Qaz soyuducunun aşağı axınındakı TESC CO₂-yə əlavə alt soyutma tətbiq edir.
5. IHX yüksək təzyiq xəttini əlavə olaraq soyudarkən aşağı təzyiq xəttindəki mayeni qızdırır.
6. Əks təzyiq klapanı qaz soyuducu təzyiqinin eksperimental idarəsini təmin edir.
7. Maye qəbuledici dövrün sabit işləməsinə kömək edir.
8. Elektron genişlənmə klapanı CO₂ təzyiqini azaldır və həddindən artıq qızmanı idarə edir.
9. Evaporatorda CO₂ qlikol-su köməkçi dövrəsindən istilik alır.
10. Maye ayırıcı kompressora maye daşınmasına qarşı qoruma təmin edir.

Əsas istilik nasosu komponentləri

TESC rack necə hazırlanmışdır?

TESC rack ümumilikdə altı TESC qurğusunun üç paralel xəttə birləşdirilməsi ilə yaradılmışdır. Hər TESC qurğusu üç istilik dəyişdiricisi və dörd termoelektrik moduldan ibarət sendviç quruluşdur.

Mərkəzdə CO₂-nin içindən keçdiyi mis əsas istilik dəyişdiricisi (Main Heat Exchanger, MHX) yerləşir. MHX-in üstündə və altında termoelektrik modullar, onların xarici səthlərində isə köməkçi suyun dövr etdiyi iki cold plate yerləşir.

TESC rack polietilen köpüklə istilik baxımından izolyasiya edilmişdir. Mənbə köpüyün orta istilik keçiriciliyini 0,04 W·m⁻¹·K⁻¹ olaraq verir.

Termoelektrik modul niyə eyni anda soyutma və isitmə edir?

Termoelektrik modula sabit cərəyan tətbiq edildikdə modulun iki səthi arasında temperatur fərqi yaranır. TESC konfiqurasiyasında soyuq səth MHX vasitəsilə CO₂-dən istilik çəkir. Modulun isti səthi isə yalnız CO₂-dən alınan bu istiliyi deyil, modulun sərf etdiyi elektrik enerjisinin istiliyə çevrilən hissəsini də cold plate su dövrəsinə ötürür.

Buna görə TESC-nin isti tərəfdəki isitmə gücü soyuq tərəfdəki soyutma gücündən daha yüksəkdir:

\[ \dot Q_{h}^{TESC}=\dot Q_{c}^{TESC}+\dot W^{TESC} \]

Bu enerji balansı tədqiqatın əsas sistem üstünlüyünü izah edir: TESC-nin elektrik sərfiyyatı sistem baxımından tamamilə “itirilmiş istilik” deyil; isti tərəf uyğun şəkildə su dövrəsinə qoşulduqda bu enerji də isitmə çıxışına əlavə olunur.

Təcrübədə sabit saxlanılan şərtlər

• Kompressor tezliyi: 50 Hz.
• Kompressor sürəti: 1450 rpm.
• CO₂ doldurulması: 8500 g.
• Faydalı həddindən artıq qızdırma: 5 K.
• Qaz soyuducu su giriş temperaturu: 40°C.
• Qaz soyuducu su dövrəsinin temperatur fərqi: 5 K.
• Evaporator qlikol dövrəsinin temperatur fərqi: 5 K.

Dəyişdirilən təcrübə şərtləri

Mənbədaxili qeyd: Table 4 gərginlik aralığını 2–8 V DC göstərdiyi halda Conclusions bölməsi 1–8 V DC yazır. Bu məqalədə təcrübə dizaynının açıq cədvəlindəki 2–8 V DC dəyərləri əsas metod dəyəri kimi qorunmuşdur.

Ölçmə və məlumatların toplanması

Əsas istilik nasosunda 21 T-tip thermocouple istifadə edilmiş və temperatur ölçmə dəqiqliyi ±0,5 K olaraq verilmişdir. Müxtəlif təzyiq bölgələrində 160, 100 və 60 bar ölçmə aralığına malik təzyiq sensorları istifadə edilmişdir. CO₂ və qlikol kütləvi axınları Coriolis debimetrləri ilə, su axını maqnit debimetri ilə, kompressor gücü isə üçfazalı şəbəkə analizatoru ilə ölçülmüşdür.

TESC rack üzərində əlavə olaraq 16 T-tip thermocouple, bir Coriolis su debimetri, iki gərginlik ölçmə kanalı və üç cərəyan transdüseri istifadə edilmişdir.

Hər təcrübə nöqtəsi bütün parametrlər sabitləşdikdən sonra ən azı 15 dəqiqə ərzində qeydə alınmış və nümunə götürmə intervalı 5 saniyə olmuşdur.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Alt soyutma tənlikləri

TESC alt soyutma dərəcəsi mənbədə Tənlik (1) ilə müəyyən edilmişdir:

\[ SC^{TESC}=T_{CO_2,in}^{TESC}-T_{CO_2,out}^{TESC} \]

Burada giriş və çıxış CO₂ temperaturları arasındakı fərq TESC-nin yüksək təzyiq xəttinə əlavə etdiyi alt soyutma dərəcəsini K ilə verir.

IHX-in yüksək təzyiq tərəfindəki alt soyutması Tənlik (2)-dir:

\[ SC^{IHX}=T_{CO_2,in}^{IHX,HP}-T_{CO_2,out}^{IHX,HP} \]

Ümumi alt soyutma TESC dövründə bu iki töhfənin birlikdə qiymətləndirilməsi ilə anlaşılır.

IHX istilik effektivliyi

Mənbə Tənlik (3)-ü aşağıdakı işarə və giriş/çıxış ardıcıllığı ilə verir:

\[ \varepsilon \approx \frac{ T_{CO_2,in}^{IHX,LP}-T_{CO_2,out}^{IHX,LP} }{ T_{CO_2,in}^{IHX,HP}-T_{CO_2,in}^{IHX,LP} } \times100 \]

Bu ifadə aşağı istilik tutumu nisbətinə malik tərəfin temperatur dəyişməsinin iki axın arasındakı maksimum giriş temperatur fərqinə nisbətini faizlə ifadə edir. Tənliyin quruluşu mənbədə olduğu kimi qorunmuşdur.

Ümumi elektrik gücü

İstilik nasosunun ümumi elektrik sərfiyyatı kompressor və TESC elektrik sərfiyyatının cəmidir:

\[ \dot W_{total}=\dot W^{comp}+\dot W^{TESC} \]

TESC gücü:

\[ \dot W^{TESC}=I^{TEMs}\cdot U^{TEMs} \]

şəklində hesablanmışdır. Buna görə TESC gərginliyi artdıqca güc artımı əldə edilə bilər, lakin elektrik sərfiyyatı da yüksəldiyindən sistem COP-sinin optimumu ən yüksək gərginlikdə olmaq məcburiyyətində deyil.

İsitmə gücü

Köməkçi su dövrəsindən əldə edilən ümumi isitmə gücü:

\[ \dot Q_h=\dot m_{water}\,c_{p,water}\,\Delta T \]

ilə hesablanmışdır. Su tərəfində ΔT 5 K-də sabit olduğundan dəyişən isitmə gücü əsasən su axını və temperaturdan asılı xüsusi istilik dəyərindəki dəyişikliklə əlaqəlidir.

TESC-nin CO₂ tərəfindən çəkdiyi istilik:

\[ \dot Q_c^{TESC} = \dot m_{CO_2} \left( h_{in}^{TESC}-h_{out}^{TESC} \right) \]

və TESC-nin isti tərəfdəki ümumi istifadə oluna bilən isitmə gücü:

\[ \dot Q_h^{TESC} = \dot Q_c^{TESC}+\dot W^{TESC} \]

olaraq verilmişdir.

Qaz soyuducuda CO₂-dən atılan istilik:

\[ \dot Q_c^{GC} = \dot m_{CO_2} \left( h_{in}^{GC}-h_{out}^{GC} \right) \]

və sistemin ümumi su-isitmə çıxışı:

\[ \dot Q_h=\dot Q_c^{GC}+\dot Q_h^{TESC} \]

əlaqəsi ilə ifadə edilmişdir.

Evaporatorun soyutma gücü

Qlikol dövrəsindən hesablanan güc:

\[ \dot Q_c = \dot m_{glycol}\,c_{p,glycol}\,\Delta T \]

və soyuducu axışqan tərəfdən:

\[ \dot Q_c = \dot Q_h^{evap} = \dot m_{CO_2} \left( h_{out}^{evap}-h_{in}^{evap} \right) \]

şəklində hesablanmışdır.

COP tərifləri

TESC-nin isitmə performans əmsalı:

\[ COP_h^{TESC} = \frac{\dot Q_h^{TESC}}{\dot W^{TESC}} \]

TESC-nin soyutma performans əmsalı:

\[ COP_c^{TESC} = \frac{\dot Q_c^{TESC}}{\dot W^{TESC}} \]

və bütün istilik nasosunun isitmə COP-si:

\[ COP_h = \frac{\dot Q_h}{\dot W_{total}} \]

olaraq müəyyən edilmişdir. Bu son tənlik tədqiqatın optimallaşdırma hədəfidir: yalnız gücün yüksək olması deyil, əldə edilən ümumi isitmə gücünün bütün elektrik sərfiyyatına nisbətinin ən yüksək olması tələb olunur.

Enerji balansının doğrulanması

Mənbə CO₂ tərəfində entalpiya əsaslı güc hesablamaları ilə köməkçi su/qlikol dövrələrindəki kalorimetrik hesablamaları müqayisə etmişdir. Figure 3-də bütün təcrübə nöqtələrinin enerji balansı standart sapmasının %5-dən aşağı qaldığı bildirilmişdir. Bu yoxlama ölçmə və hesablama zəncirinin təcrübə kampaniyası boyunca ardıcıl olduğunu dəstəkləyir.

BASE dövrəsinin optimal şərtləri

Hər iki qlikol şəraitində optimal qaz soyuducu təzyiqi təxminən 98 bar olaraq qalmışdır. 10°C qlikol girişində buxarlanma təzyiqi yüksəlmiş, sıxılma nisbəti azalmış və CO₂ kütləvi axını nəzərəçarpacaq dərəcədə artmışdır. Güc artımı kompressor gücündəki artımdan daha yüksək olduğuna görə isitmə COP-si 0°C şəraitinə nisbətən daha yüksək olmuşdur.

TESC dövrəsinin optimal şərtləri

TESC İsitmə COP-sini Nə Qədər Artırdı?

Optimal nöqtələrdə TESC inteqrasiyası isitmə COP-sini qlikol girişinin 0°C olduğu şəraitdə 1,65-dən 1,84-ə, yəni %11,9; 10°C şəraitində isə 2,16-dan 2,30-a, yəni %6,5 yüksəltmişdir; eyni zamanda isitmə gücü müvafiq olaraq %30,2 və %13,4 artmışdır.

*Mənbədaxili uyğunsuzluq: Results bölməsində 10°C şəraitində ümumi güc artımı %6,5 olaraq verilir və Table 5–6 dəyərləri 2194,4 W → 2336,6 W dəyişməsinin təxminən %6,5 olduğunu göstərir. Conclusions bəndində isə eyni artım %13,4 olaraq yazılmışdır. Burada hər iki ifadə gizlədilməmiş; mənbə cədvəllərinə və Results bölməsinə əsaslanan təxminən %6,5 dəyəri göstərilmiş, Conclusions fərqi ayrıca qeyd edilmişdir.

İsitmə gücü niyə COP artımından daha çox artdı?

0°C şəraitində TESC isitmə gücünü %30,2 artırarkən ümumi elektrik sərfiyyatını da təxminən %16,4 artırmışdır. COP güc deyil, isitmə çıxışının elektrik girişinə nisbətidir. Buna görə güc artımının hamısı COP artımına çevrilmir; xalis COP qazancı %11,9 olmuşdur.

10°C şəraitində TESC-nin optimal gərginliyi yalnız 3,8 V olduğundan əlavə güc tələbatı daha aşağıdır. Eyni zamanda TESC-nin isti tərəfdəki 556 W istilik töhfəsi ümumi gücə əlavə edilmişdir. Nəticədə güc və ümumi elektrik sərfiyyatı birlikdə artmış, COPh 2,16-dan 2,30-a yüksəlmişdir.

Alt soyutma evaporator girişini necə dəyişdirdi?

Genişlənmə klapanına daha aşağı entalpiya ilə daxil olan yüksək təzyiqli CO₂ genişlənmədən sonra evaporatora daha aşağı buxar keyfiyyəti ilə daxil olmuşdur. Mənbədə 0°C qlikol şəraitində buxar keyfiyyəti 0,45-dən 0,35-ə, 10°C şəraitində isə 0,43-dən 0,37-yə düşmüşdür.

Bu dəyişiklik evaporatorda buxarlandırıla bilən maye CO₂ miqdarını artırdığı üçün soyutma gücü 0°C şəraitində 2303,5 W-dan 2707,0 W-a və 10°C şəraitində 3310,7 W-dan 3535,2 W-a yüksəlmişdir.

IHX daha çox alt soyutma edərkən effektivlik niyə azaldı?

TESC dövrəsində IHX alt soyutması 0°C şəraitində 4,36 K-dən 4,87 K-yə və 10°C şəraitində 3,30 K-dən 3,52 K-yə bir qədər artmışdır. Buna baxmayaraq istilik effektivliyi müvafiq olaraq %42,7-dən %38,4-ə və %36,1-dən %34,0-a düşmüşdür.

Mənbə bunu TESC-nin IHX yüksək təzyiq girişində CO₂ temperaturunu azaltması ilə əlaqələndirir. IHX-in isti və soyuq tərəfləri arasındakı istifadə oluna bilən maksimum temperatur fərqi dəyişdiyi üçün mütləq alt soyutma ilə ölçüsüz effektivlik eyni istiqamətdə dəyişmək məcburiyyətində deyil.

Daha Yüksək TESC Gərginliyi Həmişə Daha Yüksək Sistem Səmərəliliyi Verirmi?

Xeyr. TESC-nin isitmə və soyutma gücü gərginlik artdıqca yüksəlsə də elektrik sərfiyyatı da artır; təcrübələrdə TESC-nin öz isitmə və soyutma COP dəyərləri aşağı gərginliklərdə daha yüksək olmuş və bütün istilik nasosu üçün optimal COPh sınaqdan keçirilən maksimum 8 V əvəzinə 0°C şəraitində 5,7 V, 10°C şəraitində isə 3,8 V-da əldə edilmişdir.

TESC gücünün gərginlikdən asılılığı

Təcrübə boyunca TESC-nin isitmə gücü ən aşağı gərginlikdən ən yüksək gərginliyə doğru təxminən 180 W ilə 1500 W arasında dəyişmişdir. Müxtəlif qaz soyuducu təzyiqlərinin bu güc üzərində fərqi orta hesabla təxminən 40 W səviyyəsində qalmışdır.

TESC soyutma gücü isə təxminən 180–800 W aralığında dəyişmiş və müxtəlif qaz soyuducu təzyiqləri arasında təxminən 50 W-lıq kiçik fərqlər görülmüşdür. Bu nəticə TESC gücünün əsas idarəedici dəyişəninin qaz soyuducu təzyiqindən çox TEM qidalanma gərginliyi olduğunu göstərir.

TESC-nin öz optimumu ilə sistem optimumu eyni deyil

Figure 15 TESC-nin öz \(COP_h^{TESC}\) və \(COP_c^{TESC}\) dəyərlərinin aşağı gərginliklərdə daha yüksək olduğunu göstərir. Bununla yanaşı bütün istilik nasosunun optimumu TESC-nin güc töhfəsi ilə elektrik sərfiyyatının birlikdə qiymətləndirildiyi fərqli bir nöqtədə ortaya çıxmışdır.

Bu fərq mühəndislik baxımından vacibdir. Bir alt komponentin öz COP-sinin maksimum olması bütün sistemin maksimum COP-si demək deyil. Sistem optimallaşdırması TESC gücü, kompressor davranışı, qaz soyuducu təzyiqi, IHX, ümumi güc və ümumi isitmə çıxışının birlikdə qiymətləndirilməsini tələb edir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Qaz soyuducudan sonra su ilə soyudulan TESC inteqrasiyası araşdırılan iki qlikol temperaturunda optimal isitmə COP-sini artırmışdır.
• Ölçülən ən yüksək COPh artımı 0°C şəraitində %11,9 olmuşdur.
• Ən yüksək ümumi isitmə gücü artımı 0°C şəraitində %30,2 olmuşdur.
• TESC ümumi alt soyutmanı nəzərəçarpacaq dərəcədə artırmışdır.
• Artan alt soyutma evaporator girişindəki CO₂ buxar keyfiyyətini azaltmış və soyutma gücünü yüksəltmişdir.
• TESC isti tərəfinin istiliyinin köməkçi su dövrəsinə geri qaytarılması ümumi isitmə gücünə birbaşa töhfə vermişdir.
• Optimal qaz soyuducu təzyiqi TESC ilə təxminən 1 bar azalmışdır.
• TESC elektrik sərfiyyatı sistemin ümumi gücünü artırmışdır; buna görə gərginlik optimallaşdırması tələb olunur.
• TESC-nin öz COP-si ilə bütün istilik nasosunun optimal COP nöqtəsi eyni deyil.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• TESC-nin bütün transkritik CO₂ istilik nasoslarında %11,9 COP artımı təmin edəcəyi göstərilməmişdir.
• Nəticələr fərqli TESC həndəsələrinə avtomatik olaraq ümumiləşdirilə bilməz.
• Fərqli kompressor sürətlərində və ya fərqli CO₂ doldurulmasında eyni optimal təzyiq göstərilməmişdir.
• 40°C-dən fərqli su giriş temperaturlarında eyni performans artımı sübut edilməmişdir.
• 0°C və 10°C-dən fərqli mənbə temperaturları üçün eksperimental nəticə verilməmişdir.
• Mövsümi performans əmsalı hesablanmamışdır.
• Real yaşayış binasında, kommersiya binasında və ya rayon istilik sistemində sahə yoxlaması aparılmamışdır.
• İqtisadi məqsədəuyğunluq, investisiya xərci və geriödəmə müddəti qiymətləndirilməmişdir.
• TEM-lərin uzunmüddətli köhnəlməsi və illər ərzində etibarlılığı sınaqdan keçirilməmişdir.

Tədqiqatın güclü tərəfləri

Tədqiqatın mühüm güclü tərəfi TESC təsirinin yalnız nəzəri dövr hesablaması ilə deyil, real CO₂ istilik nasosu test qurğusunda ölçülməsidir. BASE və TESC konfiqurasiyalarının eyni əsas eksperimental sistemdə müqayisə edilməsi TESC təsirinin sistem səviyyəsində izlənməsini asanlaşdırmışdır.

Tədqiqat yalnız COP verməmiş; optimal qaz soyuducu təzyiqi, buxarlanma təzyiqi, CO₂ axını, kompressor gücü, alt soyutma, IHX effektivliyi, evaporator giriş buxar keyfiyyəti, TESC enerji sərfiyyatı və TESC-nin öz isitmə/soyutma COP-sini birlikdə hesabatlandırmışdır. Bu çoxdəyişənli quruluş performans artımının termodinamik səbəbini izlənə bilən etmişdir.

Metodoloji məhdudiyyətlər

Təcrübə yalnız iki evaporator qlikol giriş temperaturunda aparılmışdır: 0°C və 10°C. Qaz soyuducu su giriş temperaturu 40°C, kompressor sürəti 1450 rpm, CO₂ doldurulması 8500 g və köməkçi dövrə temperatur fərqləri 5 K olaraq sabit saxlanılmışdır. Buna görə nəticələr geniş illik iş xəritəsi deyil.

Tədqiqat bir TESC rack həndəsəsini və konkret LCC12-8 termoelektrik modullarını araşdırır. Fərqli TEM sayı, yarımkeçirici tipi, istilik dəyişdiricisi həndəsəsi və ya kontakt istilik müqaviməti fərqli optimumlar yarada bilər.

Təcrübə nöqtələri sabit vəziyyət şəraitində ölçülmüşdür. Start-stop davranışı, defrost, dinamik bina yükləri, mövsümi temperatur dəyişməsi və real istifadə profilləri araşdırılmamışdır.

Mənbədə həmçinin iki hesabat uyğunsuzluğu vardır: Table 4-də 2–8 V kimi verilən TESC gərginlik aralığı Conclusions-da 1–8 V kimi yazılmışdır; 10°C şəraitində ümumi güc artımı Results bölməsində təxminən %6,5 olduğu halda Conclusions bəndində %13,4 göstərilmişdir.

Gələcək tədqiqat

Mənbə müəlliflər TESC-nin effektivliyini artırmaq üçün komponent həndəsələrinin daha çox optimallaşdırılmasını və sistemin çoxpilləli və ya ejector-əsaslı transkritik CO₂ dövrləri kimi alternativ arxitekturalarla birlikdə eksperimental şəkildə araşdırılmasını təklif edirlər.

Daha geniş tətbiq qiymətləndirilməsi üçün fərqli isti mənbə şəraitləri, fərqli isti su temperaturları, dəyişən kompressor sürətləri, fərqli TESC gərginlik strategiyaları, mövsümi performans, uzunmüddətli etibarlılıq və iqtisadi təhlil kimi qatların ayrıca sınaqdan keçirilməsi lazımdır.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat: An experimental assessment of a CO2 transcritical heat pump aided with a thermoelectric subcooler system

Müəlliflər: Tufan Özyıldız; Daniel Sánchez; Michal Haida; Jacek Smolka; Patricia Aranguren; Ramón Cabello.

Məsul müəllif: Tufan Özyıldız.

Afiliasiya 1: Department of Thermal Technology, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland.

Afiliasiya 2: Department of Mechanical Engineering and Construction, Jaume I University, Castellón, Spain.

Afiliasiya 3: Institute of Smart Cities, Department of Engineering, Public University of Navarre, Pamplona, Spain.

Platforma: SSRN.

SSRN Abstract ID: 6903939.

DOI: 10.2139/ssrn.6903939.

SSRN təqdimetmə tarixi: 9 iyun 2026.

Mənbənin uzunluğu: 36 səhifə.

Rəy statusu: Preprint; yüklənmiş PDF onun ekspert rəyindən keçmədiyini açıq şəkildə bildirir.

Rəyli version-of-record: Cari tam başlıq axtarışında ayrıca təsdiqlənmiş journal version-of-record aşkar edilməmişdir.

Lisenziya: Yüklənmiş PDF və əlçatan SSRN biblioqrafik qeydində açıq Creative Commons təkrar istifadə lisenziyası təsdiqlənməmişdir; qorunan şəkil/mətn istifadəsi üçün fail-closed tətbiq edilməlidir.

Tədqiqat növü: Eksperimental transkritik CO₂ istilik nasosu / termodinamik sistem performansı tədqiqatı.

İşçi maye: CO₂.

Əsas müqayisə: BASE cycle və TESC cycle.

İstilik nasosu arxitekturası: Birpilləli transkritik CO₂ dövrü; qaz soyuducu, TESC, IHX, genişlənmə klapanı və evaporator.

Kompressor: Dorin CD300H; 50 Hz; 1450 rpm; 1,46 m³/h.

CO₂ doldurulması: 8500 g.

Faydalı həddindən artıq qızdırma: 5 K.

Qaz soyuducu təzyiq taraması: 92–100 bar.

Table 4 TESC gərginlik taraması: 2–8 V DC.

Mənbədaxili gərginlik uyğunsuzluğu: Conclusions bölməsi eyni aralığı 1–8 V DC kimi ifadə edir.

Evaporator qlikol giriş temperaturları: 0°C və 10°C.

Qaz soyuducu su giriş temperaturu: 40°C.

Su və qlikol köməkçi dövrə ΔT: 5 K.

W45 şərti: Su girişinin 40°C və ΔT-nin 5 K saxlanması ilə 45°C çıxış hədəfi.

TESC rack: 6 TESC bloku, 3 paralel xətt, ümumilikdə 24 TEM.

TEM: Coherent Industries LCC12-8; Bismuth Telluride; 127 thermocouple; 40×40×4 mm.

MHX: Mis; 60×86×10 mm; 0,037 m² daxili istilik ötürmə sahəsi.

Cold plate: Alüminium; 40×80×12 mm.

Məlumat qeydi: Sabit vəziyyətdən sonra ən azı 15 dəqiqə; 5 saniyə nümunə götürmə intervalı.

Enerji balansının doğrulanması: Təcrübə nöqtələrində standart sapma %5-dən aşağı.

BASE optimal qaz soyuducu təzyiqi: Təxminən 98,1 bar.

TESC optimal qaz soyuducu təzyiqi: Təxminən 97,1 bar.

Optimal TESC gərginliyi: 0°C qlikol üçün 5,7 V DC; 10°C üçün 3,8 V DC.

Ən yüksək COPh yaxşılaşması: %11,9; 1,65 → 1,84; qlikol girişi 0°C.

10°C COPh yaxşılaşması: %6,5; 2,16 → 2,30.

Ən yüksək isitmə gücü artımı: %30,2; 3404,2 W → 4430,9 W.

10°C isitmə gücü artımı: %13,4; 4740,6 W → 5374,0 W.

Soyutma gücü artımı: %17,5 və %6,8.

TESC isti-səth istilik töhfəsi: 922,5 W və 556,0 W.

Ümumi alt soyutma: TESC dövrəsində 11,12 K və 5,91 K.

Evaporator giriş buxar keyfiyyəti: BASE 0,45 / 0,43; TESC 0,35 / 0,37.

IHX effektivliyi dəyişimi: %42,7 → %38,4 və %36,1 → %34,0.

Ümumi güc dəyişimi: 0°C-də 2065,7 W → 2403,7 W, təxminən +%16,4. 10°C-də 2194,4 W → 2336,6 W, təxminən +%6,5; Conclusions bölməsində ikinci nisbət %13,4 yazılmışdır və mənbədaxili uyğunsuzluq kimi qorunmuşdur.

Maliyyələşdirmə: National Science Centre of Poland, UMO-2021/43/D/ST8/02631; PID2021-126926OB-C21 və PID2021-126926OB-C22; MCIN/AEI/10.13039/501100011033; ERDF “A way of making Europe”.

Data Availability: Mənbədə ayrıca Data Availability Statement yoxdur.

Conflict of Interest: Mənbədə ayrıca maraqlar toqquşması bəyanı yoxdur; onun yoxluğu fərz edilməmişdir.

CRediT / Author Contributions: Mənbədə ayrıca müəllif töhfələri bölməsi yoxdur.

Əsas şərh məhdudiyyəti: Nəticələr müəyyən laboratoriya test-rig-i, müəyyən TESC həndəsəsi və iki qlikol giriş temperaturundakı sabit vəziyyət optimumlarına aiddir; illik/mövsümi sahə performansı və ya iqtisadi məqsədəuyğunluq nəticəsi deyil.