Sistema di riscaldamento e raffreddamento alimentato da fotovoltaico per supermercati: una svolta nelle soluzioni energetiche sostenibili

Un team di ricercatori cinesi ha sviluppato con successo un innovativo sistema di riscaldamento e raffreddamento che sfrutta l'energia solare e l'accumulo tramite batterie. Questa tecnologia all'avanguardia rappresenta un significativo passo avanti nelle soluzioni energetiche sostenibili per gli edifici commerciali.

Gli scienziati che hanno ideato questo progetto hanno spiegato: "In questa ricerca, proponiamo un sistema integrato di riscaldamento e raffreddamento ecologico per supermercati commerciali, che combina la tecnologia solare fotovoltaica con capacità di accumulo di energia. Inoltre, il sistema recupera il calore di scarto generato dal compressore per produrre acqua calda, che può essere utilizzata in diverse applicazioni, tra cui il bagno, il riscaldamento degli ambienti e altri scenari pratici". Per valutare in modo completo il potenziale del sistema, i ricercatori hanno condotto simulazioni per analizzarne le prestazioni termodinamiche e le emissioni di carbonio in diverse regioni della Cina.

L'unicità di questo sistema risiede nell'integrazione intelligente di un raffreddatore di gas raffreddato ad acqua (WC) e di un raffreddatore di gas raffreddato ad aria (AC). Inoltre, incorpora componenti essenziali come valvole di regolazione (TV), un evaporatore, una pompa dell'acqua, un pannello fotovoltaico, una batteria, un inverter fotovoltaico e un controller fotovoltaico. Il sistema è stato modellato per funzionare in un supermercato di 1.866 metri quadrati, ipotizzando uno stato operativo stabile con il surriscaldamento del compressore impostato a 5 °C.

Nel progetto di sistema proposto, il fluido di lavoro evapora prima nell'evaporatore e poi entra nel compressore per la compressione. Il fluido di lavoro ad alta temperatura, derivante dalla compressione, fluisce quindi nel condensatore raffreddato ad acqua, dove trasferisce calore all'acqua di rubinetto, riscaldandola ad alta temperatura. Quest'acqua riscaldata viene successivamente pompata in un serbatoio di accumulo, pronta per essere utilizzata come acqua calda sanitaria.

I ricercatori hanno ulteriormente spiegato il funzionamento del sistema: "Dopo un raffreddamento preliminare nel refrigeratore di gas ad acqua, il fluido di lavoro passa al condensatore raffreddato ad aria, dove rilascia calore nell'atmosfera. Successivamente, il fluido viene ulteriormente raffreddato e indirizzato alla valvola di regolazione. Infine, il fluido di lavoro a bassa temperatura e bassa pressione rientra nell'evaporatore, completando il ciclo di refrigerazione."

Per valutare l'efficacia del sistema, i ricercatori hanno condotto simulazioni numeriche in cinque importanti città cinesi: Harbin, Pechino, Shanghai, Kunming e Guangzhou. Hanno anche confrontato i risultati con un sistema di riferimento privo di componenti fotovoltaici e aria condizionata, che utilizzava esclusivamente un WC per il riscaldamento.

Secondo i risultati della ricerca, "Il coefficiente di prestazione (COP) del sistema inizialmente aumenta e poi diminuisce all'aumentare della pressione di scarico, raggiungendo il suo valore massimo alla pressione di scarico ottimale. Quando la pressione di scarico raggiunge 8,13 MPa, il COP totale massimo raggiunge 7,34". Inoltre, lo studio ha rivelato che all'aumentare della latitudine di una città, il suo consumo energetico complessivo diminuisce. Rispetto al sistema base, il nuovo sistema può ridurre il consumo energetico di un impressionante 61,8% - 76,2%.

L'analisi ha inoltre dimostrato una chiara correlazione tra la latitudine di una città e le emissioni del sistema. Nel complesso, l'adozione del nuovo sistema porta a una sostanziale riduzione delle emissioni di carbonio, che va dal 51,3% al 63,3%. I ricercatori hanno concluso: "Il nostro nuovo sistema supera il sistema di riferimento in termini di riduzione della pressione di scarico. In particolare, maggiore è la temperatura ambiente, maggiore è la riduzione della pressione di scarico. A una temperatura ambiente di 40 °C, la pressione di scarico può essere ridotta fino al 12,28%. Questo innovativo sistema di riscaldamento e raffreddamento fotovoltaico promette di rivoluzionare i modelli di consumo energetico nei supermercati commerciali, offrendo un'alternativa sostenibile ed efficiente ai sistemi tradizionali.