Зерсардкунандаи термоэлектрикӣ (thermoelectric subcooler, TESC) ҷузъи насоси гармӣ мебошад, ки бо истифода аз сатҳи сарди модулҳои термоэлектрикии барқӣ CO₂-ро дар хати фишори баланд пеш аз васеъшавӣ ба таври иловагӣ сард мекунад ва гармии дар сатҳи гарм ҳосилшударо низ тавассути контури ёрирасони мувофиқ бозпас гирифта метавонад. Ин таҳқиқоти таҷрибавӣ таъсири ҳамгироии TESC-ро дар насоси гармии якмарҳилагии транскритикии CO₂, ки дорои газсардкунак ва гармиивазкунандаи дохилӣ (internal heat exchanger, IHX) мебошад, ба коэффисиенти оптималии самаранокии гармкунӣ, иқтидорҳои гармкунӣ ва сардкунӣ, масрафи умумии нерӯ, зерсардкунӣ ва фишори оптималии газсардкунак омӯхтааст.

Дар таҷрибаҳо ҳарорати вуруди контури ёрирасони гликолии бухоркунанда 0°C ва 10°C интихоб шуда, ҳарорати вуруди контури обии газсардкунак дар 40°C ва фарқи ҳарорат дар ҳам контури об ва ҳам контури гликол дар 5 K нигоҳ дошта шуд. Фишори оптималии газсардкунаки даври BASE бе TESC тақрибан 98 bar буд, дар ҳоле ки барои даври TESC тақрибан 97,1 bar муайян шуд. Дар вуруди гликолии 0°C TESC COP-и оптималии гармкуниро аз 1,65 то 1,84, яъне %11,9 зиёд кард; иқтидори умумии гармкуниро аз 3404,2 W то 4430,9 W, яъне %30,2 беҳтар намуд. Дар шароити 10°C афзоиши COP %6,5 ва афзоиши иқтидори гармкунӣ %13,4 буд.

TESC ҳамчунин бо зиёд кардани зерсардкунии умумӣ ва ҳиссаи моеъ дар вуруди бухоркунанда иқтидори сардкуниро беҳтар кард; аммо бинобар масрафи барқи модулҳои термоэлектрикӣ масрафи умумии нерӯи система низ афзуд. Натиҷаҳо барои як test-rig-и муайяни лабораторӣ, геометрияи муайяни TESC, вуруди обии 40°C, ду ҳарорати гликол ва суръати доимии компрессор эътибор доранд. Таҳқиқот иҷроиши солона/мавсимии бино, давраи бозгашти иқтисодӣ ё эътимоднокии дарозмуддатро дар шароити саҳроӣ насанҷидааст.

Чаро насоси гармии транскритикии CO₂ фарқ мекунад?

CO₂ моеъи кори табиӣ, ғайрисӯзанда ва дорои потенсиали пасти гармшавии глобалӣ мебошад. Аммо азбаски ҳарорати критикии он тақрибан 31,1°C аст, дар ҳароратҳои баланди партофти гармӣ, масалан барои истеҳсоли оби гарм, давр дар тарафи фишори баланд болои нуқтаи критикӣ кор мекунад. Аз ин рӯ ба ҷойи конденсатори даврҳои классикии субкритикӣ газсардкунак истифода мешавад.

Кори транскритикӣ бинобар фишори баланд ва талафоти васеъшавӣ нуқтаи оптималии кории даврро махсусан ба фишори газсардкунак ҳассос мекунад. Аз ин рӯ дар насоси гармии CO₂ на танҳо интихоби компрессор, балки фишори газсардкунак, шароити васеъшавӣ, IHX ва дараҷаи зерсардкунӣ низ тағйирёбандаҳои марказии муайянкунандаи COP-и система мебошанд.

Холигии адабиётии таҳқиқот

Зерсардкунии термоэлектрикӣ қаблан дар системаҳои сардкунии транскритикии CO₂ ҳам аз ҷиҳати назариявӣ ва ҳам таҷрибавӣ омӯхта шудааст. Аммо тибқи арзёбии муаллифони манбаъ, таҳқиқоти таҷрибавӣ оид ба конфигуратсияи насоси гармии транскритикии CO₂ насоси гармӣ вуҷуд надошт, ки дар он TESC пас аз газсардкунак ҷойгир шуда, ҳам CO₂-ро зерсард кунад ва ҳам гармии тарафи гарми модулҳои термоэлектрикиро ба контури обии газсардкунак бозгардонад.

Аз ин рӯ ҳадафи ин таҳқиқот на танҳо ҷавоб додан ба саволи «Оё TESC кор мекунад?» балки таҷрибавӣ санҷидани саволҳои зерин дар сатҳи система мебошад: Фишори оптималии газсардкунак чӣ гуна тағйир меёбад? Ҳангоми ба TESC додани кадом шиддат COP-и умумии насоси гармӣ баландтарин мешавад? Зерсардкунии иловагӣ иқтидори сардкуниро чӣ гуна тағйир медиҳад? Вақте гармии тарафи гарми TESC бозпас гирифта мешавад, ба иқтидори умумии гармкунӣ чӣ қадар саҳм мегузорад? Барои ин фоидаҳо чӣ қадар барқи иловагӣ сарф мешавад?

Зерсардкунандаи Термоэлектрикии TESC дар Ин Насоси Гармӣ Чӣ Кор Мекунад?

TESC CO₂-и фишори баландро, ки аз газсардкунак мебарояд, тавассути тарафи сарди модулҳои термоэлектрикӣ ба таври иловагӣ сард мекунад; ин зерсардкунӣ пас аз васеъшавӣ сифати буғи CO₂-ро дар вуруди бухоркунанда паст карда, иқтидори сардкунии дастрасро зиёд мекунад, дар ҳоле ки гармии дар тарафи гарми модулҳо ҳосилшуда ба ҳамон контури обӣ гузаронида шуда, ба иқтидори гармкунӣ бозпас гирифта мешавад.

Контури таҷрибавии насоси гармӣ

Ҷараёни асосии давр чунин аст:

1. Компрессор буғи CO₂-и фишори пастро фишурда мекунад.
2. Ҷудокунандаи равған равғани компрессорро аз хати ихроҷ ҷудо карда, ба компрессор бармегардонад.
3. Ду газсардкунаки параллелии лавҳагии кафшершуда гармии CO₂-ро ба контури ёрирасони обӣ мегузаронанд.
4. TESC дар поёноби газсардкунак ба CO₂ зерсардкунии иловагӣ медиҳад.
5. IHX ҳангоми ба таври иловагӣ сард кардани хати фишори баланд, моеъи хати фишори пастро гарм мекунад.
6. Клапани фишори бозгашт назорати таҷрибавии фишори газсардкунакро таъмин мекунад.
7. Қабулкунандаи моеъ ба кори устувори давр кӯмак мекунад.
8. Клапани электронии васеъшавӣ фишори CO₂-ро паст карда, аз ҳад гармшавиро назорат мекунад.
9. Дар бухоркунанда CO₂ аз контури ёрирасони гликол-об гармӣ мегирад.
10. Ҷудокунандаи моеъ аз интиқоли моеъ ба компрессор муҳофизат мекунад.

Ҷузъҳои асосии насоси гармӣ

TESC rack чӣ гуна сохта шудааст?

TESC rack аз пайваст кардани шаш воҳиди TESC ба се хати параллелӣ ташкил шудааст. Ҳар воҳиди TESC сохтори сэндвичӣ аз се гармиивазкунанда ва чор модули термоэлектрикӣ мебошад.

Дар марказ гармиивазкунандаи асосии мисӣ (Main Heat Exchanger, MHX) ҷойгир аст, ки CO₂ аз дохили он мегузарад. Дар боло ва поёни MHX модулҳои термоэлектрикӣ ва дар сатҳҳои берунии онҳо ду cold plate ҷой доранд, ки оби ёрирасон дар онҳо гардиш мекунад.

TESC rack бо кафки полиэтиленӣ аз ҷиҳати гармӣ изолятсия шудааст. Манбаъ ноқилияти миёнаи гармии кафкро 0,04 W·m⁻¹·K⁻¹ медиҳад.

Чаро модули термоэлектрикӣ ҳамзамон сардкунӣ ва гармкунӣ мекунад?

Ҳангоми ба модули термоэлектрикӣ додани ҷараёни доимӣ байни ду сатҳи модул фарқи ҳарорат ба вуҷуд меояд. Дар конфигуратсияи TESC сатҳи сард тавассути MHX аз CO₂ гармӣ мегирад. Сатҳи гарми модул на танҳо ҳамин гармии аз CO₂ гирифташударо, балки қисми энергияи барқии истеъмолкардаи модулро, ки ба гармӣ табдил ёфтааст, ба контури обии cold plate мегузаронад.

Аз ин рӯ иқтидори гармкунии тарафи гарми TESC аз иқтидори сардкунии тарафи сард баландтар аст:

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

Ин тавозуни энергия бартарии асосии системавии таҳқиқотро шарҳ медиҳад: масрафи барқи TESC аз нигоҳи система пурра «гармии талафшуда» нест; вақте тарафи гарм ба таври мувофиқ ба контури обӣ пайваст мешавад, ин энергия низ ба баромади гармкунӣ ҳамроҳ мешавад.

Шароити дар таҷриба собит нигоҳдошташуда

• Басомади компрессор: 50 Hz.
• Суръати компрессор: 1450 rpm.
• Заряди CO₂: 8500 g.
• Аз ҳад гармшавии муфид: 5 K.
• Ҳарорати вуруди об ба газсардкунак: 40°C.
• Фарқи ҳарорат дар контури обии газсардкунак: 5 K.
• Фарқи ҳарорат дар контури гликолии бухоркунанда: 5 K.

Шароити тағйирдодашудаи таҷриба

Ёддошти дохили манбаъ: Table 4 диапазони шиддатро 2–8 V DC медиҳад, дар ҳоле ки бахши Conclusions 1–8 V DC менависад. Дар ин мақола қиматҳои 2–8 V DC аз ҷадвали равшани тарҳи таҷриба ҳамчун қимати асосии усул нигоҳ дошта шудаанд.

Андозагирӣ ва ҷамъоварии маълумот

Дар насоси асосии гармӣ 21 T-tip thermocouple истифода шуда, дақиқии андозагирии ҳарорат ±0,5 K дода шудааст. Дар минтақаҳои гуногуни фишор сенсорҳои фишор бо диапазонҳои андозагирии 160, 100 ва 60 bar истифода шуданд. Дебитҳои массаи CO₂ ва гликол бо дебитметрҳои Coriolis, дебити об бо дебитметри магнитӣ ва қувваи компрессор бо анализатори шабакаи сефаза чен карда шуданд.

Дар TESC rack ба таври иловагӣ 16 T-tip thermocouple, як дебитметри обии Coriolis, ду канали андозагирии шиддат ва се трансдюсери ҷараён истифода шуд.

Ҳар нуқтаи таҷриба пас аз устувор шудани ҳамаи параметрҳо ҳадди ақал 15 дақиқа сабт шуда, фосилаи намунагирӣ 5 сония буд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Муодилаҳои зерсардкунӣ

Дараҷаи зерсардкунии TESC дар манбаъ бо Муодила (1) муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо фарқи байни ҳароратҳои вуруд ва баромади CO₂ дараҷаи зерсардкуниеро, ки TESC ба хати фишори баланд илова мекунад, бо K медиҳад.

Зерсардкунии тарафи фишори баланди IHX Муодила (2) аст:

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

Зерсардкунии умумӣ дар даври TESC бо арзёбии якҷояи ин ду саҳм фаҳмида мешавад.

Самаранокии гармии IHX

Манбаъ Муодила (3)-ро бо аломат ва тартиби вуруд/баромади зер медиҳад:

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

Ин ифода таносуби тағйири ҳарорати тарафи дорои таносуби пасти иқтидори гармӣ ба фарқи максималии ҳарорати вуруд байни ду ҷараёнро бо фоиз нишон медиҳад. Сохтори муодила ҳамон тавре ки дар манбаъ аст, нигоҳ дошта шудааст.

Қувваи умумии барқ

Масрафи умумии барқи насоси гармӣ маҷмӯи масрафи барқи компрессор ва TESC аст:

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

Қувваи TESC:

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

ҳисоб шудааст. Аз ин рӯ бо зиёд шудани шиддати TESC афзоиши иқтидор ба даст омада метавонад, аммо азбаски масрафи барқ низ меафзояд, оптимуми COP-и система ҳатман дар баландтарин шиддат нест.

Иқтидори гармкунӣ

Иқтидори умумии гармкунӣ аз контури ёрирасони обӣ:

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

ҳисоб шудааст. Азбаски ΔT дар тарафи об дар 5 K собит аст, тағйири иқтидори гармкунӣ пеш аз ҳама ба дебити об ва тағйири қимати гармии хос вобаста ба ҳарорат алоқаманд аст.

Гармии аз CO₂ гирифтаи TESC:

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

ва иқтидори умумии истифодашавандаи гармкунии тарафи гарми TESC:

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

дода шудааст.

Гармии аз CO₂ дар газсардкунак хориҷшуда:

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

ва баромади умумии гармкунии обии система:

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

бо ҳамин муносибат ифода шудааст.

Иқтидори сардкунии бухоркунанда

Иқтидор аз контури гликол чунин ҳисоб шудааст:

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

ва аз ҷониби моеъи сардкунанда:

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

ҳисоб шудааст.

Таърифҳои COP

Коэффисиенти самаранокии гармкунии TESC:

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

Коэффисиенти самаранокии сардкунии TESC:

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

ва COP-и гармкунии тамоми насоси гармӣ:

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

таъриф шудааст. Ин муодилаи охирин ҳадафи оптимизатсияи таҳқиқот аст: на танҳо иқтидор бояд баланд бошад, балки таносуби иқтидори умумии гармкунии бадастомада ба тамоми масрафи барқ бояд баландтарин бошад.

Тасдиқи тавозуни энергия

Манбаъ ҳисобҳои иқтидорро дар тарафи CO₂, ки ба энталпия асос ёфтаанд, бо ҳисобҳои калориметрӣ дар контурҳои ёрирасони об/гликол муқоиса кардааст. Дар Figure 3 гузориш шудааст, ки инҳирофи стандартии тавозуни энергия барои ҳамаи нуқтаҳои таҷриба аз %5 камтар мондааст. Ин санҷиш мувофиқати занҷири андозагирӣ ва ҳисобро дар давоми маъракаи таҷрибавӣ дастгирӣ мекунад.

Шароити оптималии даври BASE

Дар ҳар ду шароити гликол фишори оптималии газсардкунак тақрибан 98 bar боқӣ монд. Дар вуруди гликолии 10°C фишори бухоршавӣ баланд шуда, таносуби фишурдашавӣ паст ва дебити массаи CO₂ ба таври назаррас зиёд шуд. Азбаски афзоиши иқтидор нисбат ба афзоиши қувваи компрессор бештар буд, COP-и гармкунӣ нисбат ба шароити 0°C баландтар шуд.

Шароити оптималии даври TESC

TESC COP-и Гармкуниро Чӣ Қадар Зиёд Кард?

Дар нуқтаҳои оптималӣ ҳамгироии TESC COP-и гармкуниро дар шароити вуруди гликолии 0°C аз 1,65 то 1,84, яъне %11,9; дар шароити 10°C аз 2,16 то 2,30, яъне %6,5 баланд кард; ҳамзамон иқтидори гармкунӣ мутаносибан %30,2 ва %13,4 афзуд.

*Номувофиқии дохили манбаъ: Дар бахши Results афзоиши қувваи умумӣ дар шароити 10°C %6,5 дода шудааст ва қиматҳои Table 5–6 нишон медиҳанд, ки тағйири 2194,4 W → 2336,6 W тақрибан %6,5 аст. Аммо банди Conclusions ҳамин афзоишро %13,4 менависад. Дар ин ҷо ҳеҷ яке аз ду ифода пинҳон нашудааст; қимати тақрибан %6,5, ки ба ҷадвалҳои манбаъ ва бахши Results асос ёфтааст, нишон дода шуда, фарқи Conclusions алоҳида қайд шудааст.

Чаро иқтидори гармкунӣ аз афзоиши COP бештар зиёд шуд?

Дар шароити 0°C TESC иқтидори гармкуниро %30,2 зиёд карда, масрафи умумии барқро низ тақрибан %16,4 зиёд кард. COP иқтидор нест, балки таносуби баромади гармкунӣ ба вуруди барқ аст. Аз ин рӯ тамоми афзоиши иқтидор ба афзоиши COP табдил намеёбад; фоидаи холиси COP %11,9 буд.

Дар шароити 10°C азбаски шиддати оптималии TESC танҳо 3,8 V буд, талаботи иловагии қувва пасттар аст. Ҳамзамон саҳми гармии 556 W-и тарафи гарми TESC ба иқтидори умумӣ илова шуд. Дар натиҷа иқтидор ва қувваи умумӣ якҷоя зиёд шуда, COPh аз 2,16 то 2,30 баланд шуд.

Зерсардкунӣ вуруди бухоркунандаро чӣ гуна тағйир дод?

CO₂-и фишори баланд, ки бо энталпияи пасттар ба клапани васеъшавӣ ворид шуд, пас аз васеъшавӣ бо сифати буғи пасттар ба бухоркунанда даромад. Дар манбаъ сифати буғ дар шароити гликолии 0°C аз 0,45 то 0,35 ва дар шароити 10°C аз 0,43 то 0,37 коҳиш ёфт.

Азбаски ин тағйир миқдори CO₂-и моеъеро, ки дар бухоркунанда бухор шуда метавонад, зиёд кард, иқтидори сардкунӣ дар шароити 0°C аз 2303,5 W то 2707,0 W ва дар 10°C аз 3310,7 W то 3535,2 W баланд шуд.

Чаро IHX ҳангоми зерсардкунии бештар самаранокии камтар нишон дод?

Дар даври TESC зерсардкунии IHX дар шароити 0°C аз 4,36 K то 4,87 K ва дар шароити 10°C аз 3,30 K то 3,52 K каме зиёд шуд. Бо вуҷуди ин, самаранокии гармӣ мутаносибан аз %42,7 то %38,4 ва аз %36,1 то %34,0 коҳиш ёфт.

Манбаъ инро ба паст шудани ҳарорати CO₂ дар вуруди фишори баланди IHX аз ҷониби TESC нисбат медиҳад. Азбаски фарқи максималии ҳарорати истифодашаванда байни тарафи гарм ва сарди IHX тағйир меёбад, зерсардкунии мутлақ ва самаранокии беандоза ҳатман дар як самт тағйир намеёбанд.

Оё Шиддати Баландтари TESC Ҳамеша Самаранокии Баландтари Системаро Медиҳад?

Не. Бо баланд шудани шиддат иқтидори гармкунӣ ва сардкунии TESC зиёд мешавад, аммо масрафи барқ низ меафзояд; дар таҷрибаҳо COP-ҳои худи TESC барои гармкунӣ ва сардкунӣ дар шиддатҳои паст баландтар буданд ва COPh-и оптималии тамоми насоси гармӣ ба ҷойи ҳадди максималии санҷидашудаи 8 V дар шароити 0°C дар 5,7 V ва дар 10°C дар 3,8 V ба даст омад.

Вобастагии иқтидори TESC аз шиддат

Дар тамоми таҷриба иқтидори гармкунии TESC аз шиддати пасттарин то баландтарин тақрибан аз 180 W то 1500 W тағйир ёфт. Тафовути фишорҳои гуногуни газсардкунак ба ин иқтидор ба ҳисоби миёна дар сатҳи тақрибан 40 W монд.

Иқтидори сардкунии TESC тақрибан дар диапазони 180–800 W тағйир ёфта, байни фишорҳои гуногуни газсардкунак тафовутҳои хурди тақрибан 50 W дида шуданд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки тағйирёбандаи асосии идоракунандаи иқтидори TESC бештар шиддати таъминоти TEM аст, на фишори газсардкунак.

Оптимуми худи TESC ва оптимуми система яксон нестанд

Figure 15 нишон медиҳад, ки қиматҳои худи TESC барои \(COP_h^{TESC}\) ва \(COP_c^{TESC}\) дар шиддатҳои паст баландтаранд. Баръакс, оптимуми тамоми насоси гармӣ дар нуқтаи дигар пайдо шуд, ки дар он саҳми иқтидори TESC ва масрафи барқ якҷоя арзёбӣ мешаванд.

Ин фарқият аз нигоҳи муҳандисӣ муҳим аст. Максимум будани COP-и як зерҷузъ маънои максимум будани COP-и тамоми система надорад. Оптимизатсияи система арзёбии якҷояи иқтидори TESC, рафтори компрессор, фишори газсардкунак, IHX, қувваи умумӣ ва баромади умумии гармкуниро талаб мекунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Ҳамгироии TESC-и обсард пас аз газсардкунак COP-и оптималии гармкуниро дар ду ҳарорати гликоли санҷидашуда зиёд кард.
• Баландтарин афзоиши ченшудаи COPh дар шароити 0°C %11,9 буд.
• Баландтарин афзоиши иқтидори умумии гармкунӣ дар шароити 0°C %30,2 буд.
• TESC зерсардкунии умумиро ба таври назаррас зиёд кард.
• Зерсардкунии бештар сифати буғи CO₂-ро дар вуруди бухоркунанда паст карда, иқтидори сардкуниро зиёд кард.
• Бозпас гирифтани гармии тарафи гарми TESC ба контури ёрирасони обӣ ба иқтидори умумии гармкунӣ мустақиман саҳм гузошт.
• Фишори оптималии газсардкунак бо TESC тақрибан 1 bar паст шуд.
• Масрафи барқи TESC қувваи умумии системаро зиёд кард; аз ин рӯ оптимизатсияи шиддат зарур аст.
• COP-и худи TESC ва нуқтаи оптималии COP-и тамоми насоси гармӣ яксон нестанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки TESC дар ҳамаи насосҳои гармии транскритикии CO₂ афзоиши %11,9 COP медиҳад.
• Натиҷаҳоро ба геометрияҳои гуногуни TESC ба таври худкор умумӣ кардан мумкин нест.
• Дар суръатҳои гуногуни компрессор ё зарядҳои гуногуни CO₂ ҳамин фишори оптималӣ нишон дода нашудааст.
• Дар ҳароратҳои вуруди об ғайр аз 40°C ҳамин афзоиши иҷроиш исбот нашудааст.
• Барои ҳароратҳои манбаъ ғайр аз 0°C ва 10°C натиҷаи таҷрибавӣ дода нашудааст.
• Омили иҷроиши мавсимӣ ҳисоб карда нашудааст.
• Дар манзили воқеӣ, бинои тиҷоратӣ ё системаи гармидиҳии минтақавӣ тасдиқи саҳроӣ анҷом дода нашудааст.
• Имконпазирии иқтисодӣ, хароҷоти сармоягузорӣ ва давраи бозгашт арзёбӣ нашудаанд.
• Пиршавии дарозмуддати TEM-ҳо ва эътимоднокии онҳо дар тӯли солҳо санҷида нашудааст.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

Ҷиҳати муҳими қавии таҳқиқот он аст, ки таъсири TESC на танҳо бо ҳисоби назариявии давр, балки дар test-rig-и воқеии насоси гармии CO₂ чен шудааст. Муқоисаи конфигуратсияҳои BASE ва TESC дар як системаи асосии таҷрибавӣ пайгирии таъсири TESC-ро дар сатҳи система осон кард.

Таҳқиқот танҳо COP-ро надодааст; фишори оптималии газсардкунак, фишори бухоршавӣ, дебити CO₂, қувваи компрессор, зерсардкунӣ, самаранокии IHX, сифати буғ дар вуруди бухоркунанда, масрафи қувваи TESC ва COP-и худи TESC барои гармкунӣ/сардкуниро якҷоя гузориш кардааст. Ин сохтори бисёртағйирёбанда сабаби термодинамикии афзоиши иҷроишро пайгиришаванда мекунад.

Маҳдудиятҳои методологӣ

Таҷриба танҳо дар ду ҳарорати вуруди гликол ба бухоркунанда гузаронда шуд: 0°C ва 10°C. Ҳарорати вуруди об ба газсардкунак 40°C, суръати компрессор 1450 rpm, заряди CO₂ 8500 g ва фарқҳои ҳарорати контурҳои ёрирасон 5 K собит нигоҳ дошта шуданд. Аз ин рӯ натиҷаҳо харитаи васеи кори солона нестанд.

Таҳқиқот як геометрияи TESC rack ва модулҳои муайяни термоэлектрикии LCC12-8-ро меомӯзад. Шумораи гуногуни TEM, навъи нимноқил, геометрияи гармиивазкунанда ё муқовимати гармии тамос метавонад оптимумҳои дигар ба вуҷуд оварад.

Нуқтаҳои таҷриба дар шароити ҳолати устувор чен шуданд. Рафтори start-stop, defrost, борҳои динамикии бино, тағйири мавсимии ҳарорат ва профилҳои воқеии истифода таҳқиқ нашуданд.

Дар манбаъ инчунин ду номувофиқии ҳисоботӣ мавҷуд аст: диапазони шиддати TESC, ки дар Table 4 ҳамчун 2–8 V дода шудааст, дар Conclusions ҳамчун 1–8 V навишта шудааст; афзоиши қувваи умумӣ дар шароити 10°C дар бахши Results тақрибан %6,5 аст, дар ҳоле ки дар банди Conclusions %13,4 нишон дода шудааст.

Таҳқиқоти оянда

Муаллифони манбаъ барои баланд бардоштани самаранокии TESC оптимизатсияи бештарии геометрияи ҷузъҳо ва таҳқиқоти таҷрибавии системаро бо меъмориҳои алтернативӣ, аз ҷумла даврҳои транскритикии CO₂-и бисёрмарҳилагӣ ё ejector-асос тавсия медиҳанд.

Барои арзёбии васеътари татбиқ санҷиши ҷудогонаи шароити гуногуни манбаи гарм, ҳароратҳои гуногуни оби гарм, суръатҳои тағйирёбандаи компрессор, стратегияҳои гуногуни шиддати TESC, иҷроиши мавсимӣ, эътимоднокии дарозмуддат ва таҳлили иқтисодӣ лозим аст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ: An experimental assessment of a CO2 transcritical heat pump aided with a thermoelectric subcooler system

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

Муаллифи масъул: Tufan Özyıldız.

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

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

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

Платформа: SSRN.

SSRN Abstract ID: 6903939.

DOI: 10.2139/ssrn.6903939.

Санаи ирсоли SSRN: 9 июни 2026.

Дарозии манбаъ: 36 саҳифа.

Ҳолати рецензия: Preprint; PDF-и боршуда ба таври равшан мегӯяд, ки аз рецензияи ҳамсолон нагузаштааст.

Version-of-record-и рецензияшуда: Дар ҷустуҷӯи ҷории унвони пурра version-of-record-и тасдиқшудаи ҷудогонаи journal муайян нашуд.

Литсензия: Дар PDF-и боршуда ва сабти библиографии дастрасии SSRN литсензияи ошкори Creative Commons барои истифодаи такрорӣ тасдиқ нашуд; барои истифодаи шакл/матни ҳифзшуда fail-closed бояд татбиқ шавад.

Навъи таҳқиқот: Таҳқиқоти таҷрибавии насоси гармии транскритикии CO₂ / иҷроиши системаи термодинамикӣ.

Моеъи корӣ: CO₂.

Муқоисаи асосӣ: BASE cycle ва TESC cycle.

Меъмории насоси гармӣ: Даври якмарҳилагии транскритикии CO₂; газсардкунак, TESC, IHX, клапани васеъшавӣ ва бухоркунанда.

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

Заряди CO₂: 8500 g.

Аз ҳад гармшавии муфид: 5 K.

Сканкунии фишори газсардкунак: 92–100 bar.

Table 4 сканкунии шиддати TESC: 2–8 V DC.

Номувофиқии шиддат дар манбаъ: Бахши Conclusions ҳамин диапазонро ҳамчун 1–8 V DC ифода мекунад.

Ҳароратҳои вуруди гликол ба бухоркунанда: 0°C ва 10°C.

Ҳарорати вуруди об ба газсардкунак: 40°C.

ΔT-и контурҳои ёрирасони об ва гликол: 5 K.

Шарти W45: Ҳадафи баромади 45°C бо нигоҳ доштани вуруди об дар 40°C ва ΔT дар 5 K.

TESC rack: 6 блоки TESC, 3 хати параллелӣ, ҳамагӣ 24 TEM.

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

MHX: Мис; 60×86×10 mm; масоҳати дохилии интиқоли гармӣ 0,037 m².

Cold plate: Алюминий; 40×80×12 mm.

Сабти маълумот: Пас аз ҳолати устувор ҳадди ақал 15 дақиқа; фосилаи намунагирӣ 5 сония.

Тасдиқи тавозуни энергия: Инҳирофи стандартӣ дар нуқтаҳои таҷриба аз %5 камтар.

Фишори оптималии газсардкунаки BASE: Тақрибан 98,1 bar.

Фишори оптималии газсардкунаки TESC: Тақрибан 97,1 bar.

Шиддати оптималии TESC: Барои гликоли 0°C 5,7 V DC; барои 10°C 3,8 V DC.

Баландтарин беҳбудии COPh: %11,9; 1,65 → 1,84; вуруди гликол 0°C.

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

Баландтарин афзоиши иқтидори гармкунӣ: %30,2; 3404,2 W → 4430,9 W.

Афзоиши иқтидори гармкунӣ дар 10°C: %13,4; 4740,6 W → 5374,0 W.

Афзоиши иқтидори сардкунӣ: %17,5 ва %6,8.

Саҳми гармии сатҳи гарми TESC: 922,5 W ва 556,0 W.

Зерсардкунии умумӣ: Дар даври TESC 11,12 K ва 5,91 K.

Сифати буғ дар вуруди бухоркунанда: BASE 0,45 / 0,43; TESC 0,35 / 0,37.

Тағйири самаранокии IHX: %42,7 → %38,4 ва %36,1 → %34,0.

Тағйири қувваи умумӣ: Дар 0°C 2065,7 W → 2403,7 W, тақрибан +%16,4. Дар 10°C 2194,4 W → 2336,6 W, тақрибан +%6,5; дар бахши Conclusions таносуби дуюм %13,4 навишта шудааст ва ҳамчун номувофиқии дохили манбаъ нигоҳ дошта шудааст.

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

Data Availability: Дар манбаъ Data Availability Statement-и ҷудогона вуҷуд надорад.

Conflict of Interest: Дар манбаъ изҳороти ҷудогонаи бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад; набудани он фарз карда нашудааст.

CRediT / Author Contributions: Дар манбаъ бахши ҷудогонаи саҳми муаллифон вуҷуд надорад.

Ҳадди асосии тафсир: Натиҷаҳо ба test-rig-и муайяни лабораторӣ, геометрияи муайяни TESC ва оптимумҳои ҳолати устувор дар ду ҳарорати вуруди гликол тааллуқ доранд; онҳо натиҷаи иҷроиши солона/мавсимии саҳроӣ ё имконпазирии иқтисодӣ нестанд.