Когда мы взялись создать водонагреватель, способный принимать тепло от любого источника — солнечных коллекторов, теплового насоса или обоих одновременно, — самым сложным оказался не сам бак, а то, что происходит внутри него. В августе 2024 года Solimpeks завершила проект TÜBİTAK 1707 R&D Order (№ 3225050), выполненный в тесном сотрудничестве с Innorma R&D, НИОКР-стартапом Solimpeks, по проектированию и производству бойлеров Plug&Play, объединяющих несколько источников тепловой энергии для повышения эффективности и упрощения монтажа.
Что дал проект TÜBİTAK 1707?
В рамках проекта созданы прототипы четырех объемов, каждый из которых рассчитан на свою задачу:
| Объем | Ключевая конструктивная особенность | Основное назначение | | --- | --- | --- | | 300 л | Компактный, удобный для пользователя формат | Бытовое применение, востребован на европейском рынке | | 500 л | Перфорированный диффузор, направляющий входящий холодный поток вниз | Работа в качестве буферной емкости, стабилизация колебаний температуры | | 800 л | Вложенные змеевики — наружный DN40 для подвода тепла, внутренний DN16 для потока воды | Более высокая эффективность теплопередачи без увеличения занимаемой площади | | 1000 л | Спиральный нижний змеевик и перегородка в виде «дымохода» | Более высокая потребность в горячей воде, ускоренная подача горячей воды |
Все четыре бойлера используют разные источники тепла — солнечную энергию через один змеевик, тепловой насос через другой — и при этом обеспечивают стабильную подачу горячей воды. Формат Plug&Play сводит требования к монтажу к минимуму, что делает эти водонагреватели идеальными для модернизации в домах и на небольших объектах. Он также служит более широким целям, включая Цели устойчивого развития ООН: экономию энергии, снижение выбросов и экспортный потенциал в Европе, на Ближнем Востоке и в Африке.
Как мы проектировали и испытывали прототипы?
Работа шла 24 месяца по структурированным пакетам работ. Мы начали с моделей на 300 л и 1000 л, подготовив чертежи САПР в соответствии с TS EN 12897 и ASHRAE 118.2. Особенно выделялись два новшества: спиральный нижний змеевик, минимизирующий перемешивание температурных слоев, и перегородка в виде «дымохода», ускоряющая естественную конвекцию нагретой воды и сокращающая время до появления пригодной для использования горячей воды. Змеевики изготавливались из гибкой нержавеющей стали 316L и прошли проверки сварных соединений, испытания на герметичность погружением и гидростатические испытания давлением 8 бар. Для интеллектуальной работы были интегрированы расширительные баки, циркуляционные насосы, воздухоотводчики и контроллер Resol DeltaSol.
Оптимизация сочетала моделирование в TRNSYS с алгоритмами NSGA-II для уточнения длины змеевиков, что повысило температуру на выходе на 2–3 °C и снизило внутренние градиенты температуры более чем на 11 °C. К середине 2023 года прототипирование распространилось на модели 500 л и 800 л; CFD-моделирование оценивало зарядку до 50–60 °C и разбор с расходом 16–24 л/мин, а сопоставление с предварительными испытаниями показало высокую корреляцию при небольших расхождениях в реальной гидродинамике.
На заключительном этапе, завершившемся к середине 2024 года, установки испытывались в стандартизованных условиях — температура окружающей среды 18–20 °C, температура воды на входе 13–15 °C — с зарядкой накопленной воды до 50 °C или 60 °C и последующим разбором при разных расходах, как со смесительным клапаном, поддерживающим на выходе 40 °C, так и без него. Данные о температуре, записанные программируемыми логическими контроллерами, хорошо совпали с прогнозами CFD.
С какими трудностями мы столкнулись и каких результатов достиг проект?
Уточненная геометрия змеевиков потребовала пересмотра опорных конструкций и процессов сварки гибкой трубы; в первых партиях при испытаниях погружением обнаруживались небольшие протечки, пока не были скорректированы параметры обжима. При уставках выше 55 °C тепловой насос испытательного стенда достигал предела рабочего диапазона, и работу брал на себя резервный электрический ТЭН (запасной вариант, который эти бойлеры и призваны обеспечивать), из-за чего в график пришлось добавить испытательные циклы. Расширенные варианты теплоизоляции выходили за рамки проекта; они дали бы лишь незначительный прирост эффективности.
Результаты оправдали усилия. Вложенные змеевики в модели на 800 л обеспечили на 20–30 % лучшую теплопередачу, что дало 300–500 литров воды температурой 40 °C за цикл. Диффузор на 500 л удлинил периоды разбора, усилив буферную функцию бака. В целом выход достигал 400–700 литров при повышенных расходах со смесительным клапаном, нередко превосходя ожидания моделирования по устойчивости характеристик. Переломным моментом стало обсуждение шага змеевиков: после нескольких итераций прототипов оно привело к гибридному решению с открытой обжимкой, которое уравновесило площадь поверхности и долговечность.
Для кого эти водонагреватели?
Для любых объектов со стабильной потребностью в тепле, где не хотят заниматься сложным монтажом: домов, больниц, гостиниц, общежитий и заводов. Ключевые пользователи — также подрядчики и энергетические компании, которых привлекает растущий спрос на системы, превосходящие старое оборудование и при этом более бережные к пользователям и планете. С объемами от 300 до 1000 литров линейка охватывает все: от модернизации в небольших квартирах до крупных коммерческих потребителей.
Что дальше?
Этот проект — один из 8 проектов при поддержке TÜBİTAK, которые Solimpeks выполнила с 2009 года, и он укрепляет нашу позицию в области инновационного аккумулирования тепловой энергии. Опираясь на предыдущие разработки — инициативы ЕС по модернизации зданий в рамках Horizon 2020 и финансируемые TÜBİTAK разработки, такие как гибридные системы PVT, — мы изучаем дальнейшие интеграции, например автоматическое переключение источников для оптимизации работы. Мы будем рады запросам о партнерстве или подробному обсуждению технологии.
