Heat pumps integrated with greenhouses literature review/pl

▼Grupa badawcza ds. technologii zrównoważonego rozwoju (FAST) na Western University

Poszukiwani! Studenci, którzy chcą stworzyć rozproszoną przyszłość dzięki drukowi 3D z otwartym kodem źródłowym zasilanemu energią słoneczną i recyklingowi. Skontaktuj się z dr. Joshuą Pearce'em – aplikuj tutaj
Strona główna · Projekty i publikacje · Metody · Przeglądy literatury · Ludzie · Sponsorzy · Aktualności · Twitter/X · YouTube · LinkedIn · Github · Dla dzieci!

▼Ta strona stanowi przegląd literatury .Możesz swobodnie edytować tę stronę i dodawać źródła i podsumowania.

Naukowcy przeprowadzili niezliczone badania nad strategiami kontroli mikroklimatu szklarni. Różne techniki, w tym optymalizacja cech strukturalnych (np. orientacji, geometrii, materiału pokrywającego), stosowanie różnych nowoczesnych algorytmów sterowania (np. systemów sterowania opartych na sztucznej inteligencji) i wykorzystywanie pasywnych lub aktywnych systemów zarządzania energią (np. geotermalnych systemów ogrzewania/chłodzenia, kolektorów słonecznych, systemów magazynowania) zostały dokładnie ocenione w literaturze, aby zaoferować najbardziej zrównoważoną szklarnię (szklarnie) zgodną z okolicznościami każdej lokalizacji (Achour i in., 2021; Badji i in., 2022; Choab i in., 2019) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} . W dziedzinie zarządzania energią wcześniejsze badania wdrożyły różne podejścia w celu zaspokojenia zapotrzebowania szklarni na ogrzewanie/chłodzenie (Choab i in., 2019) ^{[ 3 ]} . W kontekście ograniczeń środowiskowych, zwłaszcza na wyższych szerokościach geograficznych, wielu badaczy skupia się na zrównoważonych źródłach/technologiach energii, takich jak energia słoneczna i geotermalna oraz pompy ciepła (Gorjian i in., 2021) ^{[ 4 ]} . W niniejszym artykule przeanalizowano najważniejsze badania dotyczące zastosowania pomp ciepła w zaspokajaniu potrzeb cieplnych/chłodniczych szklarni, poprzez przegląd następujących artykułów w literaturze:

Ekonomika ogrzewania szklarni za pomocą pompy ciepła wspomaganej powietrzem kopalnianym (S. Marsh i Singh, 1994) ^{[ 5 ]}

https://doi.org/10.13031/2013.28288

• System ogrzewania szklarni w Charleston w Zachodniej Wirginii, składający się z pompy ciepła (źródło: nieczynna kopalnia głębinowa) i ogrzewacza gazowego jako systemu zapasowego.
• Jeśli nie brać pod uwagę kosztów kapitałowych, pompa ciepła miała przewagę ekonomiczną nad konwencjonalną.
• Biorąc pod uwagę koszty inwestycyjne, koszt cyklu życia pompy ciepła był wyższy niż koszt eksploatacji ogrzewacza opalanego gazem ziemnym.
• Przy współczynniku COP powyżej 3 system hybrydowy staje się ekonomicznie opłacalny.

Ocena wykonalności alternatywnych źródeł energii do ogrzewania szklarni (Garcı́a i in., 1998) ^{[ 6 ]}

https://doi.org/10.1006/jaer.1997.0228

• Systemy ogrzewania szklarni (konwencjonalny system wykorzystujący paliwa kopalne oraz trzy systemy hybrydowe, składające się odpowiednio z kolektorów słonecznych, pompy ciepła i systemu kogeneracji) – w warunkach siedmiu lokalizacji europejskich.
• Pompy ciepła i układy kogeneracyjne okazały się bardziej wykonalne w klimacie północnym niż południowym Europy.
• Płaskie kolektory słoneczne: nieopłacalne

W sprawie badania energooszczędnej szklarni do zastosowań w ogrzewaniu, chłodzeniu i osuszaniu (Chou i in., 2004) ^{[ 7 ]}

https://doi.org/10.1016/S0306-2619(03)00157-0

Pompa ciepła o mocy skraplacza i parownika wynoszącej 30,0 kW i 37,0 kW jest wystarczająca do utrzymania temperatury wewnętrznej szklarni na poziomie 27°C w dzień i 18°C ​​w nocy, a także wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu na poziomie około 40%.

Współczynnik COP tej pompy ciepła wahał się od 1,2 do 4,0.

Analiza ekonomiczna zintegrowanego systemu pompy ciepła zasilanej energią geotermalną i wspomaganej energią słoneczną ze szklarni (Ozgener & Hepbasli, 2005a) ^{[ 8 ]}

https://doi.org/10.1115/1.2126984

Eksperymentalne badanie wydajności systemu pompy ciepła gruntowego wspomaganego energią słoneczną do ogrzewania szklarni (Ozgener & Hepbasli, 2005b) ^{[ 9 ]}

https://doi.org/10.1002/er.1049

Analiza wydajności systemu pompy ciepła gruntowego wspomaganego energią słoneczną do ogrzewania szklarni: badanie eksperymentalne (Ozgener & Hepbasli, 2005c) ^{[ 10 ]}

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2004.08.030

• Turcja: wśród pierwszych pięciu krajów wykorzystujących energię geotermalną.
• Pompy ciepła gruntowe (GSHP) charakteryzują się wysokimi kosztami inwestycyjnymi w porównaniu do tradycyjnych systemów grzania/chłodzenia typu split.
• Stosunek korzyści do kosztów w przypadku gruntowych pomp ciepła jest wyższy niż w przypadku konwencjonalnych systemów w Turcji.
• Wyniki eksperymentów: GSHP wspomagane energią słoneczną może być stosowane do ogrzewania szklarni w regionach Morza Śródziemnego i Morza Egejskiego w Turcji.

Ocena systemu pompy ciepła do ogrzewania szklarni (Aye i in., 2010) ^{[ 11 ]}

https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.07.002

• Wykonalność pompy ciepła typu powietrze-woda dla szklarni o powierzchni 4000 m2 ^, zlokalizowanej w Melbourne w Australii.
• Dzięki tej pompie ciepła można zaoszczędzić aż do 16% zużycia gazu LPG w tradycyjnym ogrzewaniu.
• Prosty okres zwrotu inwestycji w pompę ciepła: mniej niż 6 lat.
• Emisja gazów cieplarnianych przez pompę ciepła: o 3% wyższa niż w przypadku kotła na LPG.

Analiza efektywności energetycznej systemu pompy ciepła gruntowego z magazynowaniem ciepła utajonego do ogrzewania szklarni (Benli, 2011) ^{[ 12 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.07.033

• Szklarnia zintegrowana z gruntową pompą ciepła i systemem magazynowania ciepła utajonego.
• Współczynnik COP pomp ciepła GSHP jest wyższy niż w przypadku konwencjonalnych pomp ciepła powietrze-woda (ASHP).
• Praca sprężarki była stosunkowo stabilna, ponieważ temperatura gruntu była niemal stabilna nawet w najzimniejszym miesiącu.
• Umieść pompę ciepła wewnątrz szklarni lub w izolowanym miejscu, aby zapobiec utracie energii cieplnej przez solankę w drodze do/z gruntu.
• Nie ma potrzeby stosowania dodatkowego źródła ciepła.
• Współczynnik COP pompy ciepła i całego systemu: odpowiednio w zakresie 2,3-3,8 i 2-3,5.

Ogrzewanie szklarni za pomocą pomp ciepła o wysokim współczynniku efektywności energetycznej (COP) (Tong i in., 2010) ^{[ 13 ]}

https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2010.05.003

Przy temperaturze wewnętrznej szklarni wynoszącej 16°C i temperaturze zewnętrznej w zakresie od -5 do 6°C: średni godzinowy współczynnik COP wynosił 4,0 przy wartości maksymalnej 5,8.

Redukcja zużycia energii i emisji CO2 w szklarniach ogrzewanych pompami ciepła (Tong i in., 2012) ^{[ 14 ]}

https://doi.org/10.13031/2013.41488

• Porównanie wydajności dwóch systemów grzewczych (pompy ciepła i pieca naftowego) w dwóch zorientowanych północ-południe, jednoprzęsłowych szklarniach z dachem dwuspadowym, zlokalizowanych w Kashiwa w Japonii.
• W przypadku temperatury otoczenia od -5 do 6 °C godzinowe zużycie energii w szklarni z pompą ciepła wynosiło około 0,22-0,56 MJ/ ^m2 .
• Ten sam parametr wynosił około 0,42-0,76 MJ/m2 ^w przypadku szklarni ogrzewanej piecykiem naftowym.
• System pompy ciepła: 1,3–2,6 razy bardziej wydajny niż piec naftowy.
• Godzinowa emisja CO2 _w szklarni z pompą ciepła: 9,5-24 g/ ^m2 .
• Ten sam parametr wynosił 31-55 g/m2 ^dla szklarni ogrzewanej piecykiem naftowym.
• System pompy ciepła okazał się opłacalny.

Ocena wydajności systemu pompy ciepła wykorzystującej energię gruntową do ogrzewania szklarni w północnych Chinach (Chai i in., 2012) ^{[ 15 ]}

https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2011.11.002

• Przeanalizowano pod kątem technicznym, ekonomicznym i środowiskowym szklarnię w stylu chińskim (G1) oraz szklarnię wieloprzęsłową (G2) zlokalizowane w Chinach.
• Średni współczynnik COP pompy ciepła: 3,83 i 3,91 odpowiednio dla ogrzewania G1 i G2.
• Dzienny koszt ogrzewania: 0,016 USD/m ² d i 0,058 USD/m ² d odpowiednio dla G1 i G2.
• Gdyby zapotrzebowanie na energię elektryczną tych pomp ciepła pochodziło z elektrowni opalanych węglem, eksploatacja GSHP spowodowałaby wzrost emisji CO2 _o 46,1% i 43,5% w porównaniu z systemem ogrzewania opalanym węglem odpowiednio w G1 i G2.

Eksperymentalna ocena wykorzystania różnych odnawialnych źródeł energii do ogrzewania szklarni (Esen & Yuksel, 2013) ^{[ 16 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.06.018

• Zbiornik do produkcji biogazu, płaskie kolektory słoneczne oraz gruntowa pompa ciepła z poziomymi wymiennikami ciepła: do ogrzewania szklarni. Kompleks ten może być zlokalizowany we wschodnich i południowo-wschodnich regionach Turcji, gdzie obornik zwierzęcy, jako biomasa, musi być dostępny w pobliżu.
• GSHP, zbiornik na biogaz, a także ich kombinacja: każda z tych instalacji może stanowić samodzielny system ogrzewania szklarni.
• System energii słonecznej: może być samodzielnym systemem grzewczym z wysoką temperaturą akumulacji.

Porównanie wydajności systemów pomp ciepła ze źródłem poziomym i pionowym w ogrzewaniu szklarni w klimacie łagodnym Elaziğ, Turcja (Benli, 2013) ^{[ 17 ]}

https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.06.005

• Poziome i pionowe pompy ciepła GSHP połączone ze szklarniami, w których zbierano produkty sezonowe.
• Współczynnik COP pompy ciepła: 3,1-3,6 i 3,2-3,6 odpowiednio dla pompy poziomej i pionowej.
• Współczynnik COP całego układu: odpowiednio 2,7-3,3 i 2,9-3,5 dla układów poziomych i pionowych.  

Ocena wydajności dużej pompy ciepła wykorzystującej odwiert gruntowy do szklarni w północnej Japonii (Li i in., 2013) ^{[ 18 ]}

https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.09.009

• GSHP połączona z 12 przemysłowymi szklarniami w Akabirze w Japonii.
• Pompa ciepła i cały system: współczynnik COP ogrzewania odpowiednio 3 i 2,7.
• Pompa ciepła i cały system: emisja CO2 _w przypadku tego systemu była odpowiednio o 20% i 22% niższa niż w przypadku systemu ASHP i systemu naftowego.

Ogrzewanie i chłodzenie szklarni za pomocą systemu pompy ciepła wykorzystującego nadmiar powietrza i energię cieplną wód podziemnych (S.-H. Yang i in., 2013) ^{[ 19 ]}

https://doi.org/10.1016/S1881-8366(13)80016-X

• Źródłem ciepła dla systemu pompy ciepła była energia cieplna wód podziemnych i nadmiaru powietrza odrzucanego ze szklarni.
• Wdrożono również system sterowania.
• Średni współczynnik COP: 3,25 i 2,84 odpowiednio w lutym i marcu.

Wykorzystanie i ocena wydajności systemu pompy ciepła wykorzystującej nadmiar powietrza do chłodzenia i ogrzewania szklarni (S.-H. Yang i Rhee, 2013) ^{[ 20 ]}

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.038

• Energia cieplna strumienia nadmiaru powietrza ze szklarni o powierzchni 100 m² ^do pompy ciepła i systemu magazynowania energii cieplnej w Korei. Ilość: od 258,3 do 6259,0 MJ/miesiąc.
• Średnie miesięczne oszczędności energii: odpowiednio 0,63%, 10,36% i 25,72% w styczniu, lutym i marcu.
• Oszacowanie kosztu kapitałowego systemu konserwacyjnego na podstawie kosztu kapitałowego instalacji eksperymentalnej: okres zwrotu nakładów na system wynosi 15,7 roku, jeśli system działa 5 miesięcy w roku.

Opracowanie i ocena systemu wzbogacania CO2 w procesie spalania połączonego z pompą ciepła dla szklarni (S.-H. Yang i in., 2014) ^{[ 21 ]}

https://doi.org/10.1016/j.eaef.2013.12.005

• Rafinacja gazu w celu uzyskania nietoksycznego nawozu do nawożenia szklarniowego
• Układ odzysku ciepła wykorzystujący energię cieplną strumienia gazu CO2 _do zasilania pompy ciepła.
• Algorytm sterowania zapewniający efektywną pracę proponowanego systemu.
• Średnia sprawność odzysku ciepła: 0,62, 0,87 i 1,18 odpowiednio dla stycznia, kwietnia i lipca.

Rozkład temperatury i wydajność systemów wielopompowych sprzężonych z gruntem w szklarni (Choi i in., 2014) ^{[ 22 ]}

https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.07.010

• System wielopompowy ciepła sprzężony z gruntem (GCHP) składający się z wymiennika ciepła w pętli gruntowej (GLHX) i wielu pomp ciepła.
• Montaż wielu pomp ciepła wewnątrz szklarni minimalizuje wahania temperatury w jej wnętrzu.
• Konieczne jest opracowanie jednostki wielopompowej, która może pracować przy niższych temperaturach skraplacza, np. około 12°C, aby zapewnić większy komfort cieplny w przypadku niektórych upraw, zwiększając tym samym ich plony.

Wydajność sprzężenia układu kolektora płaskiego i pompy ciepła skojarzonej z pionowym wymiennikiem ciepła do ogrzewania dwóch typów szklarni (Awani i in., 2015) ^{[ 23 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.06.032

W przypadku geotermalnej pompy ciepła wspomaganej energią słoneczną, zintegrowanej ze szklarnią w Tunezji, koszty wierceń stanowią istotną przeszkodę i w dużej mierze zależą od głębokości odwiertu.

Optymalizacja wydajności systemów kolektorów słonecznych i pomp ciepła geotermalnych w celu zapewnienia obciążenia cieplnego niezbędnego do ogrzewania szklarni (Mehrpooya i in., 2015) ^{[ 24 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.03.073

• Maksymalny współczynnik COP bez podgrzewania czynnika roboczego przed parownikiem: 4,14.
• Prosty okres zwrotu: 14 lat.

Modelowanie numeryczne i analiza ekonomiczna pompy ciepła wykorzystującej energię gruntową do zasilania szklarni w prowincji Alborz w Iranie (Noorollahi i in., 2016) ^{[ 25 ]}

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.05.059

• GSHP jako jednostka grzewczo-klimatyzacyjna w szklarni o powierzchni 1000 m2 ^{zlokalizowanej} w Karadżu.
• Im dłuższy jest wymiennik gruntowy, tym większa jest wydajność pompy ciepła.
• Zastosowanie pompy ciepła gruntowego w szklarni w Iranie nie jest opłacalne, ponieważ koszty kapitałowe pomp ciepła i ceny energii elektrycznej są stosunkowo wysokie, a cena gazu ziemnego jest niska.

Osuszacz powietrza z pompą ciepła jako skuteczne urządzenie zapobiegające kondensacji w szklarniach ogrodniczych (Chantoiseau i in., 2016) ^{[ 26 ]}

https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2015.11.011

• Pompa ciepła obniża wilgotność względną powietrza w szklarni w parowniku, a następnie podgrzewa suche powietrze w skraplaczu i wprowadza je z powrotem do szklarni.
• System osuszania powietrza wspomagany pompą ciepła zużywał od 6 do 8,5 razy mniej energii niż konwencjonalny system wentylacyjno-grzewczy.
• System ten okazał się bardziej ekonomiczny niż konwencjonalne systemy grzewcze w kilku ważnych krajach.

Potencjał oszczędności energii operacyjnej w systemie pomp ciepła wykorzystujących ścieki cieplne do ogrzewania szklarni w Czedżu (Kim i in., 2017) ^{[ 27 ]}

https://doi.org/10.1142/S2010132517500304

• System odzyskiwania ciepła i pompa ciepła, zastosowane do zasilania trzech szklarni uprawami wymagającymi niskiej, średniej i wysokiej temperatury, mogłyby pozwolić zaoszczędzić odpowiednio 17%, 19% i 20% energii w porównaniu z konwencjonalną GSHP.

Ocena wydajności ogniw fotowoltaicznych, gruntowych pomp ciepła i generatorów ciepła wodorowego w autonomicznych systemach ogrzewania szklarni (AS Anifantis, 2017) ^{[ 28 ]}

https://doi.org/10.3303/CET1758086

Instalacja fotowoltaiczna i wodorowa zintegrowana z pompą ciepła gazową do ogrzewania szklarni: badanie matematyczne (Alexandros Sotirios Anifantis i in., 2018) ^{[ 29 ]}

https://doi.org/10.3390/su10020378

• Do ogrzewania szklarni zastosowano dwa systemy GSHP oparte na technologii fotowoltaicznej.
• Pierwszy system: instalacja fotowoltaiczna, elektrolizer, system magazynowania wodoru, ogniwo paliwowe i gruntowa pompa ciepła (GSHP); skomplikowany system o wydajności 13%; zdolny do zwiększenia temperatury w szklarni o 6–10 °C ponad temperaturę otoczenia.
• Drugi system: analogiczny do pierwszego, lecz zamiast przetwarzania wodoru w ogniwie paliwowym, w systemie zastosowano bezpośredni palnik wodoru; prosty, o wydajności 7%; zdolny do zwiększenia temperatury w szklarni o 3-7 °C w stosunku do temperatury otoczenia.

Wpływ warunków otoczenia na suszenie ziół w suszarce solarnej ze zintegrowaną pompą ciepła (Tham i in., 2017) ^{[ 30 ]}

https://doi.org/10.1080/07373937.2016.1271984

• Pompa ciepła niskotemperaturowa: system uzupełniający do suszarki słonecznej w nocy i w pochmurne dni.
• Pożądane warunki suszenia można było utrzymać bez względu na warunki otoczenia.
• Wilgotność względna (RH) w suszarni została zmniejszona o 10-15%.
• Szybkość suszenia herbaty jawajskiej wzrosła czterokrotnie.
• Oszczędność 10% czasu suszenia liści O-aristatus i C-nutans.
• Zapewniono stałość i jednolitość temperatury suszenia oraz wilgotności względnej w pomieszczeniu.

Numeryczne i eksperymentalne badanie zamkniętego obiegu gruntowego wymiennika ciepła połączonego z systemem pompy ciepła i kolektorem słonecznym do ogrzewania szklarni na północy Tunezji (Awani i in., 2017) ^{[ 31 ]}

https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.01.030

• Pozioma pompa ciepła gruntowa wspomagana płaskim kolektorem słonecznym do ogrzewania szklarni w Tunezji.
• Pompa ciepła zasilana energią geotermalną i słoneczną stanowiła obiecującą alternatywę dla konwencjonalnych systemów grzewczych.

Ocena hybrydowego systemu dla efektu cieplarnianego o niemal zerowym zużyciu energii (Yildirim & Bilir, 2017) ^{[ 32 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.06.068

• Szklarnia o niemal zerowym zużyciu energii, w której zastosowano moduły fotowoltaiczne do zasilania zarówno gruntowej pompy ciepła, jak i oświetlenia trzech szklarni z różnymi uprawami, w tym pomidorów, ogórków i sałaty.
• Ze względu na asymetryczną konstrukcję dachu, 50% powierzchni południowej elewacji przeznaczono na montaż paneli fotowoltaicznych.
• Sezonowy współczynnik COP GSHP wynosi odpowiednio 2,25 i 2,76 dla chłodzenia i ogrzewania.
• Wskaźnik pokrycia zapotrzebowania na energię elektryczną przez panele fotowoltaiczne w miesiącach letnich: 33,2–67,2%.
• Wskaźnik pokrycia zapotrzebowania na energię elektryczną przez panele fotowoltaiczne w miesiącach zimowych wynosi odpowiednio 95,7%, 86,8% i 104,5% dla pomidorów, ogórków i sałaty.
• Prosty okres zwrotu nakładów na pomidory, ogórki i sałatę wynosi odpowiednio 7,2, 7,4 i 7 lat.
• Okres zwrotu z inwestycji w gazy cieplarniane: odpowiednio 5,7 i 2,6 roku w przypadku wytwarzania energii elektrycznej z gazu ziemnego i węgla.

Pompa ciepła wspomagana kolektorem słonecznym z rurą próżniową do ogrzewania szklarni (Hassanien i in., 2018) ^{[ 33 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.03.072

• Kolektor słoneczny próżniowy (ETC) do podgrzewania wody zasilającej pompę ciepła.
• Sprawność cieplna i okres zwrotu inwestycji ETC: 0,49 i 4,1 roku.
• Współczynnik COP pompy ciepła: 4,24.
• W styczniu nie udało się zaspokoić całego zapotrzebowania na energię ze względu na znaczne straty ciepła ze zbiornika ciepłej wody użytkowej oraz połączeń rurowych.

Wydajność cieplna wymiennika ciepła z koszem stożkowym połączonego z pompą ciepła geotermalną do chłodzenia szklarni w klimacie tunezyjskim (Boughanmi i in., 2015) ^{[ 34 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.07.004

Wydajność układu pompy ciepła podłączonego do nowego stożkowego helikoidalnego wymiennika ciepła geotermalnego w celu ogrzewania szklarni na północy Tunezji (Boughanmi i in., 2018) ^{[ 35 ]}

https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.06.054

• Nowy stożkowy helikoidalny geotermalny wymiennik ciepła (CHGHE) został podłączony do pompy ciepła w celu zmniejszenia powierzchni użytkowej i kosztów eksploatacji w porównaniu z poziomymi i pionowymi wymiennikami ciepła.
• Ten system pompy ciepła składał się z jednostki sufitowej składającej się z wymiennika ciepła zawieszonego w powietrzu.
• Pozostałe wymienniki ciepła umieszczono pod podłogą szklarni.
• Dzięki temu mogli dostarczyć 3,6 MJ ciepła do szklarni w nocy, zagwarantowali wzrost temperatury wewnątrz o 3°C i spadek wilgotności względnej o 6%.
• Współczynnik COP pompy ciepła i całego systemu: odpowiednio 3,9 i 2,82.

Analiza możliwości wykorzystania pompy ciepła do ogrzewania szklarni w warunkach klimatycznych Polski – studium przypadku (Nemś i in., 2018) ^{[ 36 ]}

https://doi.org/10.3390/su10103483

• Porównano pompę ciepła ASHP, pompę ciepła GSHP i kocioł konwencjonalny w szklarni w polskich warunkach klimatycznych. Pod względem technicznym, ekonomicznym i środowiskowym.
• Współczynnik COP dla ASHP i GSHP o zbliżonej wydajności: odpowiednio 2,59-4 i 5,53-5,83.
• Koszty inwestycji w GSHP, ASHP i kocioł: odpowiednio 34 EUR/m2 ^, 12 EUR/m2 ⁱ 7,4 EUR/ ^m2 .
• Obecne koszty energii elektrycznej wytwarzanej przez GSHP i ASHP: odpowiednio 385,60 EUR/rok i 678,64 EUR/rok.
• Okres zwrotu inwestycji w przypadku GSHP i ASHP: odpowiednio 18 i 5,5 roku.
• Roczny zysk z eksploatacji GSHP i istniejącego kotła: 62%.
• Roczny zysk z eksploatacji ASHP: 32%.

Analiza wydajności grzewczej pompy ciepła powietrze-woda wykorzystującej powietrze podziemne w uprawach szklarniowych (Lim i in., 2020) ^{[ 37 ]}

https://doi.org/10.3390/en13153863

• Wykorzystanie powietrza podziemnego jako źródła ciepła dla pompy ciepła typu woda-woda, ogrzewającej szklarnię w Korei Południowej. Powietrze podziemne nie może być bezpośrednio wykorzystane ze względu na wysoką wilgotność i niską temperaturę.
• Specjalny pomocniczy wymiennik ciepła przeznaczony do podgrzewania wody za pomocą powietrza podziemnego.
• Współczynnik COP proponowanej pompy ciepła: 2,1-2,7 dla zapewnienia mocy grzewczej 34,9-44,2 kW.
• System ten pozwolił zaoszczędzić 75% całkowitych kosztów ogrzewania w porównaniu z tradycyjnym ogrzewaniem.
• Wersja z zamkniętą pętlą miała współczynnik COP mniejszy o 50%.

Porównanie termoekonomiczne rozwiązania ogrzewania i chłodzenia opartego na kotle opalanym węglem i pompie ciepła wykorzystującej wodę gruntową – studium przypadku szklarni w Hubei w Chinach (Luo i in., 2020) ^{[ 38 ]}

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110214

• Wymiana tradycyjnego kotła grzewczego na GSHP w celu ogrzewania i chłodzenia szklarni.
• Pompa ciepła jest lepszym wyborem niż kocioł, ponieważ latem pełni również rolę klimatyzatora.
• Koszty kapitałowe i eksploatacyjne GSHP: wyższe niż w przypadku kotła opalanego węglem.
• Średnia cena energii (AEP) GSHP spadnie w ciągu dziesięciu lat. Natomiast AEP kotła wzrośnie.

Analiza eksperymentalna systemu pompy ciepła wspomaganej energią słoneczną (SAHP) do ogrzewania szklarni półsłonecznej (Hematian i in., 2021) ^{[ 39 ]}

https://doi.org/10.1080/15567036.2019.1663308

• Badanie eksperymentalne pompy ciepła SAHP do ogrzewania szklarni zlokalizowanej w Tebrizie (północny zachód Iranu).
• Każdy wzrost natężenia promieniowania słonecznego i temperatury otoczenia oraz obniżenie temperatury zbiornika i prędkości sprężarki powodowało wzrost współczynnika COP pompy ciepła.
• Wzrost prędkości wiatru poprawił wydajność cieplną systemu i obniżył sprawność kolektora. Jednak jego wpływ na wydajność systemu nie jest znaczący w porównaniu z wpływem innych czynników.

Analiza porównawcza wydajności pompy ciepła wspomaganej energią słoneczną do ogrzewania szklarni w Tunezji (Agrebi i in., 2021) ^{[ 40 ]}

https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.06.004

• Pompa ciepła wspomagana energią słoneczną ogrzewała szklarnię w skali laboratoryjnej w Tunezji.
• Współczynnik COP pompy ciepła był bezpośrednio związany z temperaturą wody na wylocie parownika.
• Płaski kolektor pomaga wydłużyć żywotność pompy ciepła i zmniejszyć zużycie energii elektrycznej o 18%.

Strategie oszczędzania energii w zrównoważonej uprawie szklarniowej w klimacie śródziemnomorskim – studium przypadku (Ouazzani Chahidi i in., 2021) ^{[ 41 ]}

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116156

• Półprzezroczyste panele fotowoltaiczne na dachu, pasywny system chłodzenia (naturalna wentylacja i system zacieniania) oraz gruntowa pompa ciepła (GSHP) zostały zbadane pod kątem potencjalnego oszczędzania energii w szklarni we Włoszech.
• Wdrożenie EnergyPlus: otwierane okna mogą pozwolić zaoszczędzić 16% energii zużywanej na chłodzenie szklarni.
• Pompa ciepła mogłaby zaoszczędzić 21% energii pierwotnej w porównaniu z kotłem gazowym i agregatem chłodniczym.
• Półprzezroczyste panele fotowoltaiczne pokrywały odpowiednio 16% i 44% rocznego zapotrzebowania na energię elektryczną i roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną klimatyzacji.

Badania eksperymentalne systemu pompy ciepła gruntowej do ogrzewania i chłodzenia szklarni (Harjunowibowo i in., 2021) ^{[ 42 ]}

https://doi.org/10.1093/ijlct/ctab052

• Nowatorski odwiertowy magazyn energii cieplnej w glebie, składający się z 24 pojedynczych pionowych wymienników ciepła zintegrowanych z poziomymi rurami: służący do magazynowania wytworzonego ciepła latem i w okresach przejściowych; pełniący funkcję dodatkowego źródła ciepła zimą.
• Pianka izolacyjna: w celu maksymalnego ograniczenia strat ciepła gruntowego wymiennika ciepła.
• Panele fotowoltaiczne zainstalowano na ścianach szklarni o powierzchni 46,94 m2 ^, zlokalizowanej w Wielkiej Brytanii.
• Na dachu zamontowano półprzezroczyste panele fotowoltaiczne w celu zasilania GSHP.
• System magazynowania ciepła i izolacji oparty na glebie pozwolił na zmniejszenie wskaźnika nierównowagi cieplnej gleby o 33% rocznie.
• Współczynnik COP grzania i chłodzenia pompy ciepła wynosi odpowiednio 1,48–2,97 i 1,20–3,45.

Systemy pomp ciepła wykorzystujących energię gruntową (GSHP) do szklarni ogrodniczych położonych w pobliżu węzłów autostradowych: studium przypadku w Korei Południowej (Seo & Seo, 2021) ^{[ 43 ]}

https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110194

• GSHP jako główny element systemu ogrzewania szklarni: zainstalowany w szklarniach w pobliżu węzłów autostradowych i skrzyżowań w Korei Południowej.
• Współczynnik COP stanowiska testowego: 3,4-3,6; symulowany COP: 3,7.
• Cztery zdefiniowane scenariusze: 1) ogrzewanie za pomocą pompy ciepła gruntowego (GSHP) zamiast kotła olejowego, 2) ogrzewanie i chłodzenie za pomocą pompy ciepła gruntowego (GSHP) zastępującej kocioł olejowy i jednostki klimatyzacyjne, 3) ogrzewanie i chłodzenie za pomocą pompy ciepła gruntowego (GSHP) pracującej z pełną wydajnością oraz 4) ogrzewanie za pomocą pompy ciepła gruntowego (GSHP) zapewniającej stałą marżę zysku.
• Trzeci scenariusz ^o największych korzyściach finansowych.
• Pierwszy i drugi ^{scenariusz przyniosły} najgorsze rezultaty, ponieważ uzyskany zysk nie był wystarczający, aby pokryć koszty operacyjne.
• Różnica między kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi pomp ciepła była większa niż w przypadku kotłów olejowych: W rezultacie systemy pomp ciepła mogą zaoszczędzić znacznie więcej energii niż systemy konwencjonalne.

Opracowanie i walidacja modelu pompy ciepła powietrze-woda do ogrzewania szklarni (Rasheed i in., 2021) ^{[ 44 ]}

https://doi.org/10.3390/en14154714

Ocena efektywności energetycznej oparta na modelowaniu i walidacja systemu pompy ciepła powietrze-woda zintegrowanego z wieloprzęsłową szklarnią w trybie chłodzenia (Rasheed i in., 2022) ^{[ 45 ]}

https://doi.org/10.3390/agronomy12061374

• Pompa ciepła powietrze-woda (AWHP) do chłodzenia w szklarni trójprzęsłowej.
• Model cieplny szklarni przy użyciu TRNSYS.
• Czynnikiem chłodniczym pompy ciepła był R410A.
• Wzrost temperatury otoczenia spowodował wzrost zużycia energii przez AWHP.
• Maksymalne zapotrzebowanie na energię w szklarni przy temperaturze wewnętrznej 25°C wynosi 0,4 kW/m2 ^, z czego pompa ciepła dostarczyła 0,2 kW/m2 ^.

Studium demonstracyjne systemu grzewczego z pompą ciepła wykorzystującą energię słoneczną do ogrzewania szklarni (X. Yang i in., 2022) ^{[ 46 ]}

https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105298

• Sezonowy magazyn energii słonecznej (SSTES) + dzienny magazyn energii słonecznej (DSTES) wspomagały GSHP w szklarni w Chinach.
• Współczynnik COP GSHP bez DSTES wynosił 2,79.
• W sezonie zimowym: DSTES zmniejszył zużycie energii elektrycznej przez GSHP i pokrył zużycie energii przez SSTES: Dzięki temu roczny współczynnik COP wzrósł do 3,19.
• Zastosowanie długich rur wymiennika ciepła mogłoby również przynieść oszczędności w postaci obniżenia kosztów poprzez zmniejszenie wydajności gruntowej pompy ciepła.
• Dostosowanie temperatury SSTES do odpowiedniego poziomu: skrócenie czasu pracy pomp obiegowych + zmniejszenie zużycia energii elektrycznej.

Ogrzewanie szklarni poprzez transfer energii między szklarniami: projektowanie i wdrażanie systemu (Sun i in., 2022) ^{[ 47 ]}

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119815

• Nadwyżka ciepła w szklarni typu chińskiego (CSG) + powietrze otoczenia: dwa źródła pompy ciepła dla szklarni wieloprzęsłowej w Chinach.
• Wykorzystując nadmiar ciepła powietrza CSG: współczynnik COP pompy ciepła może osiągnąć wartość 3,4-4,2, czyli o 23-26% więcej niż w przypadku podłączenia do parownika powietrza otoczenia.
• Ta pompa ciepła mogła przełączać źródła ciepła. Dzięki temu jej współczynnik COP był o 6-11% wyższy niż w przypadku konwencjonalnej pompy ciepła ASHP.
• Minimalna powierzchnia CSG musi być dwukrotnie większa od powierzchni szklarni wieloprzęsłowej.

Zaspokajanie zapotrzebowania na energię elektryczną do ogrzewania szklarni za pomocą wodoru: zastosowanie systemu solarno-fotowoltaiczno-wodorowego z pompą ciepła w Turcji (Özçelep i in., 2023) ^{[ 48 ]}

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.10.125

• Do zasilania pompy ciepła w szklarni przez cały rok wykorzystuje się panele wodorowe i fotowoltaiczne.
• Ani wodór, ani pompa ciepła nie są w stanie pokryć całego zapotrzebowania cieplnego wielkoskalowych szklarni.
• Zintegrowanie energii wodorowej i systemu pompy ciepła w instalacji fotowoltaicznej o powierzchni 24 m2 ^zaspokoi zapotrzebowanie na ciepło szklarni o powierzchni 1000 m2 ^w Bismil w Turcji.

odniesienia