Performance of Heat Pump Based on Composite Adsorbent ‘Silica Gel – Crystalline Hydrate’
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Odesa National University of Technology, Odesa
Abstract
ENG: Performance of an adsorptive heat pump has been studied. The factors affecting the efficiency of its work have been analyzed. Operating parameters and efficiency of adsorptive heat pumps and adsorptive heat storage devices have been compared. An algorithm of calculating the basic operating characteristics of an adsorption heat pump in heat supply systems has been proposed. It involves calculating the mass transfer coefficient, final absolute humidity of the air flow passed though adsorbent layer, the water uptake or adsorption and the useful heat of adsorption and heat of condensation, determination of heat inputs for the operation of the device such as heating the adsorbent, case of the device, hydraulic circuit, the water in the tank and adsorbed water, heat of desorption and heat of evaporation, estimation the coefficient of energy performance. The evaluation criteria of the efficiency of adsorptive heat pumps and heat storage devices have been compared. It is shown that the operating parameters of the adsorptive heat pump and the adsorptive thermal energy storage device based on composite adsorbents ‘silica gel – sodium sulfate’ and ‘silica gel – sodium acetate’ are the same, i.e. airflow rate 0.08 - 0.1 m3/s and initial absolute humidity of airflow 0.03 – 0.04 kg/m3, which are corresponded with maximal efficiency of the device. The temperature of the humid air flow directed to the adsorbent layer is suggested to be set at 20 – 40 °C. The measures to increase the efficiency of the adsorptive heat pump are proposed. It is shown that ultrasonic air humidification allows to increase the coefficient of energy performance by almost 2 times compared to steam humidification. The obtained results can be used for developing energy-efficient heating systems of residential premises.
UKR: Досліджено процеси експлуатації адсорбційного теплового насоса. Проаналізовано фактори, що впливають на ефективність його роботи. Проведено порівняння параметрів роботи та ефективності адсорбційних теплових насосів і адсорбційних теплоакумуляторів. Запропоновано алгоритм розрахунку основних робочих характеристик адсорбційного теплового насоса в системах теплопостачання. Він включає в себе розрахунок коефіцієнта масопередачі, кінцевої абсолютної вологості повітряного потоку, що проходить через шар адсорбенту, поглинання або адсорбції води та корисної теплоти адсорбції та теплоти конденсації, визначення теплових витрат для роботи пристрою, зокрема, нагрівання адсорбент, корпус приладу, гідравлічний контур, вода в резервуарі та адсорбована вода, теплота десорбції та теплота випаровування, оцінка коефіцієнта перетворення теплової енергії. Порівняно критерії оцінки ефективності адсорбційних теплових насосів і теплоакумуляторів. Показано, що робочі параметри адсорбційного теплового насоса та адсорбційного накопичувача теплової енергії на основі композиційних адсорбентів «силікагель – натрію сульфат» та «силікагель – натрію ацетат» однакові, тобто витрата повітря 0,08 - 0,1 м3/с і початкова абсолютна вологість повітряного потоку 0,03 - 0,04 кг/м3, що відповідає максимальному коефіцієнту перетворення енергії пристрою. Температуру потоку вологого повітря, спрямованого на шар адсорбенту, рекомендується встановлювати на рівні 20 – 40°С. Запропоновано заходи щодо підвищення ефективності адсорбційного теплового насоса. Показано, що ультразвукове зволоження повітря дозволяє збільшити коефіцієнт перетворення енергії майже в 2 рази порівняно з паровим зволоженням. Отримані результати можуть бути використані для розробки енергоефективних систем опалення житлових приміщень.
UKR: Досліджено процеси експлуатації адсорбційного теплового насоса. Проаналізовано фактори, що впливають на ефективність його роботи. Проведено порівняння параметрів роботи та ефективності адсорбційних теплових насосів і адсорбційних теплоакумуляторів. Запропоновано алгоритм розрахунку основних робочих характеристик адсорбційного теплового насоса в системах теплопостачання. Він включає в себе розрахунок коефіцієнта масопередачі, кінцевої абсолютної вологості повітряного потоку, що проходить через шар адсорбенту, поглинання або адсорбції води та корисної теплоти адсорбції та теплоти конденсації, визначення теплових витрат для роботи пристрою, зокрема, нагрівання адсорбент, корпус приладу, гідравлічний контур, вода в резервуарі та адсорбована вода, теплота десорбції та теплота випаровування, оцінка коефіцієнта перетворення теплової енергії. Порівняно критерії оцінки ефективності адсорбційних теплових насосів і теплоакумуляторів. Показано, що робочі параметри адсорбційного теплового насоса та адсорбційного накопичувача теплової енергії на основі композиційних адсорбентів «силікагель – натрію сульфат» та «силікагель – натрію ацетат» однакові, тобто витрата повітря 0,08 - 0,1 м3/с і початкова абсолютна вологість повітряного потоку 0,03 - 0,04 кг/м3, що відповідає максимальному коефіцієнту перетворення енергії пристрою. Температуру потоку вологого повітря, спрямованого на шар адсорбенту, рекомендується встановлювати на рівні 20 – 40°С. Запропоновано заходи щодо підвищення ефективності адсорбційного теплового насоса. Показано, що ультразвукове зволоження повітря дозволяє збільшити коефіцієнт перетворення енергії майже в 2 рази порівняно з паровим зволоженням. Отримані результати можуть бути використані для розробки енергоефективних систем опалення житлових приміщень.
Description
E. Belyanovskaya: ORCID 0000-0003-1873-4574; K. Sukhyy: ORCID 0000-0002-4585-8268; I. Sukha: ORCID 0000-0002-5579-2047
Keywords
adsorptive heat pump, adsorptive heat energy conversion, coefficient of energy performance, composite adsorbent, adsorption, адсорбційний тепловий насос, адсорбційна трансформація теплової енергії, тепловий коефіцієнт, композитний адсорбент, адсорбція
Citation
Belyanovskaya E. A., Sukhyy K. M., Serhiienko Ya. O., Sukhyy M. K., Sukha I. V. Performance of Heat Pump Based on Composite Adsorbent ‘Silica Gel – Crystalline Hydrate’. Scientific Works. 2023. Vol. 87, Iss. 1. P. 81–86. DOI: https://doi.org/10.15673/swonaft.v87i1.2696.