Η καινοτόμος αιολική και ηλιακή αντλία θερμότητας δημιουργήθηκε από μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Shenyang Jianzhu και το Πανεπιστήμιο Jiaotong της Σαγκάης. Σχεδίασαν ένα κτίριο κατοικιών με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Το σπίτι βρίσκεται στο Shenyang, στη βορειοανατολική Κίνα. Οι παγωμένοι χειμώνες και τα ζεστά καλοκαίρια στην περιοχή έχουν δημιουργήσει ιδανικές συνθήκες για να δοκιμαστεί η ενεργειακή της απόδοση.

Πρόκειται για ένα διώροφο κτίριο εμβαδού 334,8 τετραγωνικών μέτρων με επιφάνεια στέγης περίπου 130 τετραγωνικών μέτρων, στο οποίο είναι εγκατεστημένοι ηλιακοί συλλέκτες, αναφέρει ο IE. Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας ανά ώρα κυμαινόταν καθ' όλη τη διάρκεια του έτους στην εγκατάσταση από 0 έως 0,3 kWh/m².

Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν φωτοβολταϊκά πάνελ 550W και ανεμογεννήτριες 3kW στο σύστημα. Το σύστημα υποστηριζόταν από μπαταρία 40 kWh και χωρητικότητα φυσιολογικού ορού για αποθήκευση θερμότητας. Στο σύστημα χρησιμοποιήθηκαν επίσης δύο αντλίες θερμότητας: μια γεωθερμική αντλία και μια αντλία αέρα. Επιπλέον, εγκαταστάθηκαν γεωθερμικοί εναλλάκτες θερμότητας για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντος εδάφους.

Η γεωθερμική αντλία λάμβανε θερμότητα από το έδαφος το χειμώνα και απελευθέρωνε την περίσσεια θερμότητας πίσω στο έδαφος κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου. Ο αέρας, με τη σειρά του, συμπλήρωνε το σύστημα όταν άλλαζαν οι περιβαλλοντικές συνθήκες.

Για τη βελτίωση της απόδοσης, οι μηχανικοί έχουν εφαρμόσει μια διαδικασία βελτιστοποίησης δύο βημάτων. Στο πρώτο στάδιο, προσδιορίστηκε η ιδανική διαμόρφωση του συστήματος χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο ταξινόμησης. Το δεύτερο στάδιο έλεγχε το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας σε εβδομαδιαία βάση. Αυτό επέτρεψε στο σύστημα να προσαρμόζει αυτόματα την παραγωγή ενέργειας, την κατανάλωση θερμότητας και την αποθήκευση ενέργειας στις μπαταρίες ανάλογα με την εποχή.

Η βέλτιστη διαμόρφωση της εγκατάστασης είναι ηλιακοί συλλέκτες 13,12 kW, δύο ανεμογεννήτριες, μπαταρίες αποθήκευσης 25,46 kWh, μια γεωθερμική αντλία θερμότητας 6,17 kW και μια δεξαμενή διαλύματος 2,76 m².

Σε δοκιμές, διαπιστώθηκε ότι ένα τέτοιο σύστημα μείωσε το ισοπεδωμένο κόστος ενέργειας κατά τουλάχιστον 54,7% και αύξησε τη συνολική απόδοση κατά 4% σε σύγκριση με τα βασικά συστήματα. Ο δείκτης ανεξαρτησίας του συστήματος, ένα μέτρο της εξάρτησης από το δίκτυο, έχει μειωθεί κατά 75%.

Στη Γερμανία, αναπτύσσεται μια νέα αντλία θερμότητας που χρησιμοποιεί σωλήνες και ηλεκτροθερμιδικό αποτέλεσμα για την εξαγωγή θερμότητας από την πηγή αντί για συμπιεστές. Τα πρώτα πρωτότυπα έχουν ήδη επιτύχει ηλεκτρική απόδοση ρεκόρ 99,7%.