Новая технология для тепловых насосов, разработанная исследователями из исследовательского института EPFL в Швейцарии
В Швейцарии от 50 до 60 процентов новых домов оснащены тепловыми насосами. Эти системы получают тепловую энергию из окружающей среды – например, из земли, воздуха или близлежащего озера, или реки – и превращают ее в тепло для зданий.
В то время как современные тепловые насосы в целом работают хорошо и являются экологически чистыми, есть возможности совершенствования.
В Лаборатории прикладного механического проектирования Швейцарского федерального технологического института в кампусе Microcity группа исследователей во главе с Юргом Шиффманном разработала метод, простым и быстрым способом включающий турбокомпрессоры в тепловые насосы.
Используя процесс машинного обучения, называемый символической регрессией, исследователи пришли к простым уравнениям для быстрого расчета оптимальных размеров турбокомпрессора для данного теплового насоса. Их исследования получили награду за лучшую бумагу на конференции Turbo Expo 2019, проводимой Американским обществом инженеров-механиков.
Метод исследователей существенно упрощает первый шаг в разработке турбокомпрессоров. Этот этап, который включает приблизительное вычисление идеального размера и скорости вращения для требуемого теплового насоса, является чрезвычайно важным, поскольку хорошая первоначальная оценка может значительно сократить общее время проектирования. До сих пор инженеры использовали расчетные диаграммы для определения размеров своих турбокомпрессоров, но эти диаграммы становятся все более неточными, чем меньше оборудование. И графики не идут в ногу с новейшими технологиями.
Вот почему два аспиранта EPFL – Виолетта Мунье и Сирил Пикард – работали над разработкой альтернативы. Они внесли результаты 500 000 симуляций в алгоритмы машинного обучения и создали уравнения, которые воспроизводят графики, но имеют ряд преимуществ: они надежны даже при малых размерах турбокомпрессоров; они столь же детальны, как и более сложные симуляции; и они в 1500 раз быстрее. Исследовательский метод также позволяет инженерам пропустить некоторые этапы традиционных процессов проектирования. Это прокладывает путь к более легкому внедрению и более широкому использованию микро турбокомпрессоров в тепловых насосах.
Преимущества микро турбокомпрессоров
Обычные тепловые насосы используют поршни для сжатия жидкости, называемой хладагентом, и запускают цикл сжатия пара. Для правильной работы поршни должны быть хорошо смазаны, но масло может прилипать к стенкам теплообменника и ухудшать процесс теплопередачи. Однако микротурбокомпрессоры, диаметр которых составляет всего несколько десятков миллиметров, могут работать без масла; они вращаются на газовых подшипниках со скоростью сотен тысяч оборотов в минуту. Вращательное движение и газовые слои между компонентами означают, что трение практически отсутствует. В результате эти миниатюрные системы могут повысить коэффициенты теплопередачи тепловых насосов на 20-30 процентов.
Источник: https://techxplore.com/news/2019-07-ai-designed-consume-energy.html