Termoelektrik qo‘shimcha sovutgich (thermoelectric subcooler, TESC) — elektr bilan ishlaydigan termoelektrik modullarning sovuq yuzasidan foydalanib, yuqori bosim liniyasidagi CO₂ ni kengayishdan oldin qo‘shimcha ravishda sovutadigan va issiq yuzada ajralib chiqadigan issiqlikni ham mos yordamchi kontur orqali qayta tiklay oladigan issiqlik nasosi komponentidir. Ushbu eksperimental tadqiqot gaz sovutgich va ichki issiqlik almashgich (internal heat exchanger, IHX) mavjud bo‘lgan bir bosqichli transkritik CO₂ issiqlik nasosida TESC integratsiyasining optimal isitish samaradorlik koeffitsiyenti, isitish va sovutish quvvatlari, umumiy elektr sarfi, qo‘shimcha sovutish va optimal gaz sovutgich bosimiga ta’sirini o‘rgangan.

Tajribalarda evaporator yordamchi glikol konturining kirish harorati 0°C va 10°C qilib tanlangan, gaz sovutgich suv konturining kirish harorati 40°C da, suv va glikol konturlaridagi harorat farqi esa 5 K da ushlab turilgan. TESC bo‘lmagan BASE siklining optimal gaz sovutgich bosimi taxminan 98 bar bo‘lgan bo‘lsa, TESC siklida taxminan 97,1 bar deb aniqlangan. 0°C glikol kirishida TESC optimal isitish COP sini 1,65 dan 1,84 gacha oshirib %11,9; umumiy isitish quvvatini 3404,2 W dan 4430,9 W gacha oshirib %30,2 yaxshilagan. 10°C sharoitida COP oshishi %6,5, isitish quvvati oshishi esa %13,4 bo‘lgan.

TESC shuningdek umumiy qo‘shimcha sovutish va evaporator kirishidagi suyuqlik ulushini oshirib, sovutish quvvatini yaxshilagan; biroq termoelektrik modullarning elektr iste’moli tufayli tizimning umumiy quvvat sarfi ham oshgan. Natijalar ma’lum bir laboratoriya test-rig, ma’lum TESC geometriyasi, 40°C suv kirishi, ikki glikol harorati va o‘zgarmas kompressor tezligi uchun amal qiladi. Tadqiqot yillik/mavsumiy bino samaradorligini, iqtisodiy qoplash muddatini yoki dala sharoitidagi uzoq muddatli ishonchlilikni sinovdan o‘tkazmagan.

Transkritik CO₂ issiqlik nasosi nega farq qiladi?

CO₂ global isish potensiali past, yonmaydigan tabiiy ishchi suyuqlikdir. Biroq uning kritik harorati taxminan 31,1°C bo‘lgani uchun issiq suv ishlab chiqarish kabi yuqori issiqlik chiqarish haroratlarida sikl yuqori bosim tomonida kritik nuqtadan yuqorida ishlaydi. Shu sababli klassik subkritik sikllardagi kondensator o‘rniga gaz sovutgich ishlatiladi.

Transkritik ishlash yuqori bosim va kengayish yo‘qotishlari sababli siklning optimal ish nuqtasini ayniqsa gaz sovutgich bosimiga sezgir qiladi. Shu sababli CO₂ issiqlik nasosida faqat kompressor tanlovi emas, balki gaz sovutgich bosimi, kengayish sharoitlari, IHX va qo‘shimcha sovutish darajasi ham tizim COP sini belgilovchi markaziy o‘zgaruvchilardir.

Tadqiqotdagi adabiyot bo‘shlig‘i

Termoelektrik qo‘shimcha sovutish transkritik CO₂ sovutish tizimlarida ilgari nazariy va eksperimental ravishda o‘rganilgan. Biroq manba mualliflarining bahosiga ko‘ra, gaz sovutgichdan keyin joylashtirilgan TESC bir vaqtning o‘zida CO₂ ni qo‘shimcha sovutadigan va termoelektrik modullarning issiq tomonidagi issiqlikni gaz sovutgich suv konturiga qayta tiklaydigan transkritik CO₂ issiqlik nasosi konfiguratsiyasi bo‘yicha eksperimental tadqiqot mavjud emas edi.

Shu sababli ushbu tadqiqotning maqsadi faqat “TESC ishlaydimi?” savoliga emas, balki tizim darajasida quyidagi savollarga eksperimental javob izlashdir: Optimal gaz sovutgich bosimi qanday o‘zgaradi? TESC ga qanday kuchlanish berilganda umumiy issiqlik nasosi COP si eng yuqori bo‘ladi? Qo‘shimcha sovutish sovutish quvvatini qanday o‘zgartiradi? TESC ning issiq tomonidagi issiqlik qayta tiklanganda umumiy isitish quvvatiga qancha hissa qo‘shadi? Bu foydalar uchun qancha qo‘shimcha elektr sarflanadi?

Termoelektrik Qo‘shimcha Sovutgich TESC Bu Issiqlik Nasosida Nima Qiladi?

TESC gaz sovutgichdan chiqadigan yuqori bosimli CO₂ ni termoelektrik modullarning sovuq tomoni orqali qo‘shimcha ravishda sovutadi; bu qo‘shimcha sovutish kengayishdan keyin evaporator kirishidagi CO₂ bug‘ sifatini pasaytirib, foydalanish mumkin bo‘lgan sovutish quvvatini oshiradi, modullarning issiq tomonida hosil bo‘lgan issiqlik esa ayni suv konturiga uzatilib isitish quvvatiga qayta qo‘shiladi.

Eksperimental issiqlik nasosi konturi

Siklning asosiy oqimi quyidagicha:

1. Kompressor past bosimli CO₂ bug‘ini siqadi.
2. Moy ajratgich kompressor moyini chiqarish liniyasidan ajratib, kompressorga qaytaradi.
3. Ikkita parallel payvandlangan plastinali gaz sovutgich CO₂ issiqligini yordamchi suv konturiga uzatadi.
4. Gaz sovutgichdan keyingi TESC CO₂ ga qo‘shimcha sovutish beradi.
5. IHX yuqori bosim liniyasini qo‘shimcha sovutar ekan, past bosim liniyasidagi suyuqlikni isitadi.
6. Orqa bosim klapani gaz sovutgich bosimini tajribaviy boshqarishni ta’minlaydi.
7. Suyuqlik qabul qilgich siklning barqaror ishlashiga yordam beradi.
8. Elektron kengayish klapani CO₂ bosimini pasaytiradi va ortiqcha qizishni boshqaradi.
9. Evaporatorda CO₂ glikol-suv yordamchi konturidan issiqlik oladi.
10. Suyuqlik ajratgich kompressorga suyuqlik kirishidan himoya qiladi.

Asosiy issiqlik nasosi komponentlari

TESC rack qanday tayyorlangan?

TESC rack jami oltita TESC qurilmasining uchta parallel liniyaga ulanishidan tashkil topgan. Har bir TESC qurilmasi uchta issiqlik almashgich va to‘rtta termoelektrik moduldan iborat sendvich tuzilmasidir.

Markazda CO₂ oqib o‘tadigan mis asosiy issiqlik almashgich (Main Heat Exchanger, MHX) joylashgan. MHX ning yuqori va pastida termoelektrik modullar, ularning tashqi yuzalarida esa yordamchi suv aylanadigan ikkita cold plate mavjud.

TESC rack polietilen ko‘pik bilan issiqlik jihatdan izolyatsiya qilingan. Manbada ko‘pikning o‘rtacha issiqlik o‘tkazuvchanligi 0,04 W·m⁻¹·K⁻¹ deb berilgan.

Termoelektrik modul nega bir vaqtning o‘zida sovutish va isitishni bajaradi?

Termoelektrik modulga doimiy tok berilganda modulning ikki yuzi orasida harorat farqi hosil bo‘ladi. TESC konfiguratsiyasida sovuq yuza MHX orqali CO₂ dan issiqlik tortib oladi. Modulning issiq yuzi esa faqat CO₂ dan olingan bu issiqlikni emas, balki modul iste’mol qilgan elektr energiyasining issiqlikka aylangan qismini ham cold plate suv konturiga uzatadi.

Shuning uchun TESC ning issiq tomonidagi isitish quvvati sovuq tomonidagi sovutish quvvatidan yuqori:

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

Ushbu energiya balansi tadqiqotdagi asosiy tizim afzalligini tushuntiradi: TESC elektr iste’moli tizim nuqtai nazaridan butunlay “yo‘qotilgan issiqlik” emas; issiq tomon mos ravishda suv konturiga ulanganda bu energiya ham isitish chiqishiga qo‘shiladi.

Tajribada o‘zgarmas saqlangan sharoitlar

• Kompressor chastotasi: 50 Hz.
• Kompressor tezligi: 1450 rpm.
• CO₂ zaryadi: 8500 g.
• Foydali ortiqcha qizish: 5 K.
• Gaz sovutgich suv kirish harorati: 40°C.
• Gaz sovutgich suv konturi harorat farqi: 5 K.
• Evaporator glikol konturi harorat farqi: 5 K.

O‘zgartirilgan tajriba sharoitlari

Manba ichidagi izoh: Table 4 kuchlanish oralig‘ini 2–8 V DC deb bergan bo‘lsa, Conclusions bo‘limi 1–8 V DC deb yozadi. Ushbu maqolada tajriba dizaynining aniq jadvalidagi 2–8 V DC qiymatlari asosiy metod qiymati sifatida saqlangan.

O‘lchash va ma’lumot to‘plash

Asosiy issiqlik nasosida 21 T-tip thermocouple ishlatilgan va harorat o‘lchash aniqligi ±0,5 K deb berilgan. Turli bosim zonalarida 160, 100 va 60 bar o‘lchash diapazoniga ega bosim datchiklari ishlatilgan. CO₂ va glikolning massaviy sarflari Coriolis oqim o‘lchagichlari bilan, suv sarfi magnit oqim o‘lchagich bilan, kompressor quvvati esa uch fazali tarmoq analizatori bilan o‘lchangan.

TESC rack da qo‘shimcha ravishda 16 T-tip thermocouple, bitta Coriolis suv oqim o‘lchagichi, ikkita kuchlanish o‘lchash kanali va uchta tok transduseri ishlatilgan.

Har bir tajriba nuqtasi barcha parametrlar barqarorlashgandan so‘ng kamida 15 daqiqa davomida qayd etilgan va namuna olish oralig‘i 5 soniya bo‘lgan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Qo‘shimcha sovutish tenglamalari

TESC qo‘shimcha sovutish darajasi manbada Tenglama (1) bilan aniqlangan:

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

Bu yerda kirish va chiqish CO₂ haroratlari orasidagi farq TESC ning yuqori bosim liniyasiga qo‘shgan qo‘shimcha sovutish darajasini K da beradi.

IHX ning yuqori bosim tomonidagi qo‘shimcha sovutishi Tenglama (2) dir:

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

TESC siklidagi umumiy qo‘shimcha sovutish ushbu ikki hissani birgalikda baholash orqali tushuniladi.

IHX issiqlik samaradorligi

Manba Tenglama (3) ni quyidagi ishora va kirish/chiqish tartibida beradi:

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

Ushbu ifoda issiqlik sig‘imi nisbati past bo‘lgan tomondagi harorat o‘zgarishining ikki oqim orasidagi maksimal kirish harorat farqiga nisbatini foizda ifodalaydi. Tenglama tuzilishi manbada qanday bo‘lsa, shunday saqlangan.

Umumiy elektr quvvati

Issiqlik nasosining umumiy elektr iste’moli kompressor va TESC elektr iste’molining yig‘indisidir:

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

TESC quvvati:

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

ko‘rinishida hisoblangan. Demak, TESC kuchlanishi oshgani sayin quvvat o‘sishi olinishi mumkin, biroq elektr iste’moli ham ortgani uchun tizim COP sining optimumi eng yuqori kuchlanishda bo‘lishi shart emas.

Isitish quvvati

Yordamchi suv konturidan olinadigan umumiy isitish quvvati:

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

bilan hisoblangan. Suv tomonidagi ΔT 5 K da o‘zgarmas bo‘lgani uchun o‘zgaruvchi isitish quvvati asosan suv sarfi va haroratga bog‘liq solishtirma issiqlik qiymatidagi o‘zgarish bilan bog‘liq.

TESC ning CO₂ dan olgan issiqligi:

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

va TESC ning issiq tomonidagi umumiy foydalanish mumkin bo‘lgan isitish quvvati:

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

deb berilgan.

Gaz sovutgichda CO₂ dan chiqarilgan issiqlik:

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

va tizimning umumiy suv isitish chiqishi:

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

munosabati bilan ifodalangan.

Evaporator sovutish quvvati

Glikol konturidan hisoblangan quvvat:

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

va sovutuvchi modda tomondan:

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

ko‘rinishida hisoblangan.

COP ta’riflari

TESC ning isitish samaradorlik koeffitsiyenti:

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

TESC ning sovutish samaradorlik koeffitsiyenti:

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

va butun issiqlik nasosining isitish COP si:

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

deb ta’riflangan. Ushbu oxirgi tenglama tadqiqotning optimallashtirish maqsadidir: faqat quvvatning yuqori bo‘lishi emas, balki olingan umumiy isitish quvvatining barcha elektr iste’moliga nisbati eng yuqori bo‘lishi kerak.

Energiya balansini tekshirish

Manba CO₂ tomonidagi entalpiya asosidagi quvvat hisoblarini yordamchi suv/glikol konturlaridagi kalorimetrik hisoblar bilan taqqoslagan. Figure 3 da barcha tajriba nuqtalarining energiya balansi standart og‘ishi %5 dan past bo‘lgani bildirilgan. Ushbu tekshiruv o‘lchash va hisoblash zanjiri tajriba kampaniyasi davomida izchil bo‘lganini qo‘llab-quvvatlaydi.

BASE siklining optimal sharoitlari

Har ikkala glikol sharoitida ham optimal gaz sovutgich bosimi taxminan 98 bar bo‘lib qolgan. 10°C glikol kirishida bug‘lanish bosimi oshgan, siqish nisbati pasaygan va CO₂ massaviy sarfi sezilarli ravishda ortgan. Quvvat o‘sishi kompressor quvvatidagi o‘sishdan kuchliroq bo‘lgani uchun isitish COP si 0°C sharoitiga nisbatan yuqoriroq bo‘lgan.

TESC siklining optimal sharoitlari

TESC Isitish COP sini Qancha Oshirdi?

Optimal nuqtalarda TESC integratsiyasi isitish COP sini glikol kirishi 0°C bo‘lgan sharoitda 1,65 dan 1,84 gacha, ya’ni %11,9; 10°C sharoitida esa 2,16 dan 2,30 gacha, ya’ni %6,5 oshirgan; shu bilan bir vaqtda isitish quvvati mos ravishda %30,2 va %13,4 oshgan.

*Manba ichidagi nomuvofiqlik: Results bo‘limida 10°C sharoitidagi umumiy quvvat oshishi %6,5 deb berilgan va Table 5–6 qiymatlari 2194,4 W → 2336,6 W o‘zgarishi taxminan %6,5 ekanini ko‘rsatadi. Conclusions bandida esa ayni oshish %13,4 deb yozilgan. Bu yerda ikkala ifoda ham yashirilmagan; manba jadvallari va Results bo‘limiga asoslangan taxminan %6,5 qiymati ko‘rsatilgan, Conclusions dagi farq esa alohida qayd etilgan.

Isitish quvvati nega COP oshishidan ko‘proq oshdi?

0°C sharoitida TESC isitish quvvatini %30,2 oshirgan bo‘lsa, umumiy elektr iste’molini ham taxminan %16,4 oshirgan. COP quvvat emas, balki isitish chiqishining elektr kirishiga nisbatidir. Shu sababli quvvat o‘sishining hammasi COP o‘sishiga aylanmaydi; sof COP yutug‘i %11,9 bo‘lgan.

10°C sharoitida TESC ning optimal kuchlanishi atigi 3,8 V bo‘lgani uchun qo‘shimcha quvvat talabi pastroq. Shu bilan birga TESC ning issiq tomonidagi 556 W issiqlik hissasi umumiy quvvatga qo‘shilgan. Natijada quvvat va umumiy elektr sarfi birgalikda oshgan, COPh 2,16 dan 2,30 gacha ko‘tarilgan.

Qo‘shimcha sovutish evaporator kirishini qanday o‘zgartirdi?

Kengayish klapaniga pastroq entalpiya bilan kirgan yuqori bosimli CO₂ kengayishdan keyin evaporatorga pastroq bug‘ sifati bilan kirgan. Manbada 0°C glikol sharoitida bug‘ sifati 0,45 dan 0,35 gacha, 10°C sharoitida esa 0,43 dan 0,37 gacha pasaygan.

Ushbu o‘zgarish evaporatorda bug‘lantirilishi mumkin bo‘lgan suyuq CO₂ miqdorini oshirgani uchun sovutish quvvati 0°C sharoitida 2303,5 W dan 2707,0 W gacha va 10°C sharoitida 3310,7 W dan 3535,2 W gacha ko‘tarilgan.

IHX ko‘proq qo‘shimcha sovutish qilgan holda nega samaradorligi pasaydi?

TESC siklida IHX qo‘shimcha sovutishi 0°C sharoitida 4,36 K dan 4,87 K gacha va 10°C sharoitida 3,30 K dan 3,52 K gacha biroz oshgan. Shunga qaramay issiqlik samaradorligi mos ravishda %42,7 dan %38,4 gacha va %36,1 dan %34,0 gacha pasaygan.

Manba buni TESC ning IHX yuqori bosim kirishidagi CO₂ haroratini pasaytirishi bilan bog‘laydi. IHX ning issiq va sovuq tomonlari orasidagi foydalanish mumkin bo‘lgan maksimal harorat farqi o‘zgargani uchun mutlaq qo‘shimcha sovutish bilan o‘lchamsiz samaradorlik bir xil yo‘nalishda o‘zgarishi shart emas.

Yuqoriroq TESC Kuchlanishi Har Doim Yuqoriroq Tizim Samaradorligini Beradimi?

Yo‘q. TESC ning isitish va sovutish quvvati kuchlanish oshgani sayin ortadi, biroq elektr iste’moli ham oshadi; tajribalarda TESC ning o‘z isitish va sovutish COP qiymatlari past kuchlanishlarda yuqoriroq bo‘lgan va butun issiqlik nasosi uchun optimal COPh sinovdan o‘tkazilgan maksimal 8 V o‘rniga 0°C sharoitida 5,7 V va 10°C sharoitida 3,8 V da olingan.

TESC quvvatining kuchlanishga bog‘liqligi

Tajriba davomida TESC ning isitish quvvati eng past kuchlanishdan eng yuqori kuchlanishgacha taxminan 180 W dan 1500 W gacha o‘zgargan. Turli gaz sovutgich bosimlarining bu quvvatga ta’siri o‘rtacha taxminan 40 W darajasida qolgan.

TESC sovutish quvvati esa taxminan 180–800 W oralig‘ida o‘zgargan va turli gaz sovutgich bosimlari orasida taxminan 50 W lik kichik farqlar kuzatilgan. Bu natija TESC quvvatining asosiy boshqaruv o‘zgaruvchisi gaz sovutgich bosimidan ko‘ra TEM ta’minot kuchlanishi ekanini ko‘rsatadi.

TESC ning o‘z optimumi bilan tizim optimumi bir xil emas

Figure 15 TESC ning o‘z \(COP_h^{TESC}\) va \(COP_c^{TESC}\) qiymatlari past kuchlanishlarda yuqoriroq ekanini ko‘rsatadi. Bunga qarshi, butun issiqlik nasosining optimumi TESC ning quvvat hissasi bilan elektr iste’moli birgalikda baholangan boshqa nuqtada yuzaga kelgan.

Ushbu farq muhandislik nuqtai nazaridan muhim. Bir quyi komponentning o‘z COP si maksimal bo‘lishi butun tizimning maksimal COP si degani emas. Tizimni optimallashtirish TESC quvvati, kompressor xatti-harakati, gaz sovutgich bosimi, IHX, umumiy quvvat va umumiy isitish chiqishini birgalikda baholashni talab qiladi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlagan natijalar

• Gaz sovutgichdan keyingi suv bilan sovutiladigan TESC integratsiyasi o‘rganilgan ikki glikol haroratida optimal isitish COP sini oshirgan.
• Eng yuqori o‘lchangan COPh oshishi 0°C sharoitida %11,9 bo‘lgan.
• Eng yuqori umumiy isitish quvvati oshishi 0°C sharoitida %30,2 bo‘lgan.
• TESC umumiy qo‘shimcha sovutishni sezilarli darajada oshirgan.
• Oshgan qo‘shimcha sovutish evaporator kirishidagi CO₂ bug‘ sifatini kamaytirgan va sovutish quvvatini oshirgan.
• TESC issiq tomonidagi issiqlikning yordamchi suv konturiga qayta tiklanishi umumiy isitish quvvatiga bevosita hissa qo‘shgan.
• Optimal gaz sovutgich bosimi TESC bilan taxminan 1 bar pasaygan.
• TESC elektr iste’moli tizimning umumiy quvvatini oshirgan; shu sababli kuchlanishni optimallashtirish talab qilinadi.
• TESC ning o‘z COP si bilan butun issiqlik nasosining optimal COP nuqtasi bir xil emas.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamagan natijalar

• TESC barcha transkritik CO₂ issiqlik nasoslarida %11,9 COP oshishini ta’minlashi ko‘rsatilmagan.
• Natijalarni turli TESC geometriyalariga avtomatik tarzda umumlashtirib bo‘lmaydi.
• Turli kompressor tezliklari yoki turli CO₂ zaryadlarida ayni optimal bosim ko‘rsatilmagan.
• 40°C dan boshqa suv kirish haroratlarida ayni samaradorlik oshishi isbotlanmagan.
• 0°C va 10°C dan boshqa manba haroratlari uchun eksperimental natija berilmagan.
• Mavsumiy samaradorlik koeffitsiyenti hisoblanmagan.
• Haqiqiy uy-joy, tijorat binosi yoki markaziy isitish tizimida dala tasdig‘i o‘tkazilmagan.
• Iqtisodiy maqsadga muvofiqlik, investitsiya xarajati va qoplash muddati baholanmagan.
• TEM larning uzoq muddatli qarishi va yillar davomida ishonchliligi sinovdan o‘tkazilmagan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

Tadqiqotning muhim kuchli tomoni TESC ta’sirini faqat nazariy sikl hisoblari bilan emas, balki haqiqiy CO₂ issiqlik nasosi test-rig ida o‘lchaganidir. BASE va TESC konfiguratsiyalarining bir xil asosiy tajriba tizimida taqqoslanishi TESC ta’sirini tizim darajasida kuzatishni osonlashtirgan.

Tadqiqot faqat COP ni bermagan; optimal gaz sovutgich bosimi, bug‘lanish bosimi, CO₂ sarfi, kompressor quvvati, qo‘shimcha sovutish, IHX samaradorligi, evaporator kirish bug‘ sifati, TESC quvvat sarfi va TESC ning o‘z isitish/sovutish COP sini birgalikda hisobot qilgan. Ushbu ko‘p o‘zgaruvchili tuzilma samaradorlik oshishining termodinamik sababini kuzatiladigan qilgan.

Metodologik cheklovlar

Tajriba faqat ikkita evaporator glikol kirish haroratida bajarilgan: 0°C va 10°C. Gaz sovutgich suv kirish harorati 40°C, kompressor tezligi 1450 rpm, CO₂ zaryadi 8500 g va yordamchi kontur harorat farqlari 5 K da o‘zgarmas saqlangan. Shu sababli natijalar keng yillik ishlash xaritasi emas.

Tadqiqot bitta TESC rack geometriyasi va muayyan LCC12-8 termoelektrik modullarini o‘rganadi. TEM soni, yarimo‘tkazgich turi, issiqlik almashgich geometriyasi yoki kontakt issiqlik qarshiligi boshqacha bo‘lsa, turli optimumlar yuzaga kelishi mumkin.

Tajriba nuqtalari barqaror holat sharoitida o‘lchangan. Start-stop xatti-harakati, defrost, dinamik bino yuklari, mavsumiy harorat o‘zgarishi va haqiqiy foydalanish profillari o‘rganilmagan.

Manbada yana ikkita hisobot nomuvofiqligi mavjud: Table 4 da 2–8 V deb berilgan TESC kuchlanish oralig‘i Conclusions da 1–8 V deb yozilgan; 10°C sharoitidagi umumiy quvvat oshishi Results bo‘limida taxminan %6,5 bo‘lsa, Conclusions bandida %13,4 deb ko‘rsatilgan.

Kelajakdagi tadqiqot

Manba mualliflari TESC samaradorligini oshirish uchun komponent geometriyalarini yanada optimallashtirishni va tizimni ko‘p bosqichli yoki ejector asosidagi transkritik CO₂ sikllari kabi muqobil arxitekturalar bilan birga eksperimental ravishda o‘rganishni tavsiya etadilar.

Kengroq amaliy baholash uchun turli issiq manba sharoitlari, turli issiq suv haroratlari, o‘zgaruvchan kompressor tezliklari, turli TESC kuchlanish strategiyalari, mavsumiy samaradorlik, uzoq muddatli ishonchlilik va iqtisodiy tahlil kabi qatlamlarni alohida sinovdan o‘tkazish kerak.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl tadqiqot: An experimental assessment of a CO2 transcritical heat pump aided with a thermoelectric subcooler system

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

Mas’ul muallif: Tufan Özyıldız.

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

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

Affiliatsiya 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 topshirilgan sana: 9 iyun 2026.

Manba hajmi: 36 sahifa.

Ko‘rib chiqilish holati: Preprint; yuklangan PDF hakamlar ko‘rigidan o‘tmaganini ochiq bildiradi.

Hakamlikdan o‘tgan version-of-record: Hozirgi to‘liq sarlavha qidiruvida alohida tasdiqlangan journal version-of-record aniqlanmadi.

Litsenziya: Yuklangan PDF va mavjud SSRN bibliografik yozuvida ochiq Creative Commons qayta foydalanish litsenziyasi tasdiqlanmadi; himoyalangan shakl/matndan foydalanish uchun fail-closed qo‘llanishi kerak.

Tadqiqot turi: Eksperimental transkritik CO₂ issiqlik nasosi / termodinamik tizim samaradorligi tadqiqoti.

Ishchi suyuqlik: CO₂.

Asosiy taqqoslash: BASE cycle va TESC cycle.

Issiqlik nasosi arxitekturasi: Bir bosqichli transkritik CO₂ sikli; gaz sovutgich, TESC, IHX, kengayish klapani va evaporator.

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

CO₂ zaryadi: 8500 g.

Foydali ortiqcha qizish: 5 K.

Gaz sovutgich bosim skaneri: 92–100 bar.

Table 4 TESC kuchlanish skaneri: 2–8 V DC.

Manba ichidagi kuchlanish nomuvofiqligi: Conclusions bo‘limi ayni oraliqni 1–8 V DC deb ifodalaydi.

Evaporator glikol kirish haroratlari: 0°C va 10°C.

Gaz sovutgich suv kirish harorati: 40°C.

Suv va glikol yordamchi konturi ΔT: 5 K.

W45 sharti: Suv kirishini 40°C va ΔT ni 5 K da ushlab, 45°C chiqishga erishish maqsadi.

TESC rack: 6 TESC bloki, 3 parallel liniya, jami 24 TEM.

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

MHX: Mis; 60×86×10 mm; 0,037 m² ichki issiqlik uzatish maydoni.

Cold plate: Alyuminiy; 40×80×12 mm.

Ma’lumot yozuvi: Barqaror holatdan keyin kamida 15 daqiqa; 5 soniya namuna olish oralig‘i.

Energiya balansini tekshirish: Tajriba nuqtalarida standart og‘ish %5 dan past.

BASE optimal gaz sovutgich bosimi: Taxminan 98,1 bar.

TESC optimal gaz sovutgich bosimi: Taxminan 97,1 bar.

Optimal TESC kuchlanishi: 0°C glikol uchun 5,7 V DC; 10°C uchun 3,8 V DC.

Eng yuqori COPh yaxshilanishi: %11,9; 1,65 → 1,84; glikol kirishi 0°C.

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

Eng yuqori isitish quvvati oshishi: %30,2; 3404,2 W → 4430,9 W.

10°C isitish quvvati oshishi: %13,4; 4740,6 W → 5374,0 W.

Sovutish quvvati oshishi: %17,5 va %6,8.

TESC issiq-yuza issiqlik hissasi: 922,5 W va 556,0 W.

Umumiy qo‘shimcha sovutish: TESC siklida 11,12 K va 5,91 K.

Evaporator kirish bug‘ sifati: BASE 0,45 / 0,43; TESC 0,35 / 0,37.

IHX samaradorligi o‘zgarishi: %42,7 → %38,4 va %36,1 → %34,0.

Umumiy quvvat o‘zgarishi: 0°C da 2065,7 W → 2403,7 W, taxminan +%16,4. 10°C da 2194,4 W → 2336,6 W, taxminan +%6,5; Conclusions bo‘limida ikkinchi nisbat %13,4 deb yozilgan va manba ichidagi nomuvofiqlik sifatida saqlangan.

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

Data Availability: Manbada alohida Data Availability Statement mavjud emas.

Conflict of Interest: Manbada alohida manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti mavjud emas; uning yo‘qligi faraz qilinmagan.

CRediT / Author Contributions: Manbada alohida muallif hissalari bo‘limi mavjud emas.

Asosiy talqin chegarasi: Natijalar ma’lum laboratoriya test-rig, ma’lum TESC geometriyasi va ikki glikol kirish haroratidagi barqaror holat optimumlariga tegishli; yillik/mavsumiy dala samaradorligi yoki iqtisodiy maqsadga muvofiqlik natijasi emas.