Multiple-source heat pumps: state of the art and future directions

To tackle down the issue of CO2 emissions, a fundamental tool in the heating and cooling processes is represented by the coupling between heat pumps and renewable energy sources. The main resources, air, sun and ground, have been analyzed and studied over the years individually (air-source, solar assisted and ground-source heat pump systems) and, at the same time, in configurations based on multiple sources (dual- and multiple-source systems). This work represents a review on the possible components, layouts and improvements of these technologies. Then, a brief focus on the energy storages, with their classification and advantages, is presented. Afterwards, an analysis on the present and foreseen refrigerants, with the aim of reducing greenhouse gases, is reported. Future prospects of multi-source heat pumps expect artificial neural networks and optimization methods to improve the design and operation of the systems. Furthermore, many improvements on the solar exploitation are awaited: evacuated tube collectors and new photovoltaic module materials above the others.

Per affrontare il tema delle emissioni di CO2, uno strumento fondamentale nei processi di riscaldamento e raffreddamento è rappresentato dall'accoppiamento tra pompe di calore e fonti energetiche rinnovabili. Le principali risorse, aria, sole e terra, sono state analizzate e studiate negli anni singolarmente (sistemi aria-sorgente, elioassisti e terra-sorgente) e, allo stesso tempo, in configurazioni basate su più sorgenti (sistemi a doppia e multi-sorgente). Questo lavoro rappresenta una rassegna sui possibili componenti, layout e miglioramenti di queste tecnologie. Successivamente, viene presentato un breve focus sugli accumuli di energia, con la loro classificazione e i loro vantaggi. In seguito, viene riportata un'analisi sui refrigeranti presenti e previsti, con l'obiettivo di ridurre i gas serra. Le prospettive future delle pompe di calore multi-sorgente prevedono reti neurali artificiali e metodi di ottimizzazione per migliorare la progettazione e il funzionamento dei sistemi. Inoltre, si attendono molti miglioramenti sullo sfruttamento solare: collettori a tubi sottovuoto e nuovi materiali per moduli fotovoltaici sopra a tutti.