Je spojenie medzi tepelným čerpadlom a kolektormi ziskové? Vysvetľujeme, ako čerpadlo pracuje v spojení so solárnymi farmami. Môžu solárne kolektory znížiť náklady na prevádzku tepelného čerpadla?
Solárne kolektory a tepelné čerpadlo spolu. Ako funguje toto pripojenie? 
Vákuové solárne kolektory (foto Galmet)
Tepelné čerpadlo dodáva energiu získanú z okolitého prostredia, a preto je zadarmo. Jeho úlohou je vynútiť tok tepla proti prirodzenému smeru - z oblasti s nižšou teplotou (zem, voda, vzduch) do teplejšej oblasti (vykurované miestnosti). Na to je potrebná hnacia energia - v prípade bežne používaných tepelných čerpadiel je to elektrina.
Čo ovplyvňuje prevádzkové náklady tepelného čerpadla?
Účinnosť tepelných čerpadiel, a teda aj náklady na ich prevádzku, je určená spotrebou elektrickej energie. A jeho veľkosť je ovplyvnená nielen dizajnom zariadenia, ale predovšetkým podmienkami, v ktorých pracuje.
Účinnosť čerpadla závisí v najväčšej miere od teploty média, z ktorého čerpá teplo (tzv. Nižší zdroj). Toto je indikované COP (Coefficient Of Performance), t.j. pomer množstva energie prenesenej v kondenzátore pumpy k množstvu spotrebovanej energie - v tomto prípade elektriny - ako je určené vzorcom:
COP = Q H / W
kde:
Q H - tepelný výkon z tepelného čerpadla (získaný z dolného zdroja tepla + z energie na pohon kompresora)
W - energia na pohon kompresora tepelného čerpadla
Iným spôsobom môžete tento vzťah uložiť ako:
COP ≤ T s / (Ts - T p ), kde
T s - teplota kondenzátora,
T p - teplota výparníka (na Kelvinovej stupnici).
Vzorec ukazuje, že čím väčší je teplotný rozdiel medzi výparníkom (t. J. Médiom, z ktorého sa odvádza teplo) a kondenzátorom (t. J. Teplotou, na ktorú čerpadlo ohrieva vodu), tým nižšia je účinnosť tepelného čerpadla.
Na vykurovanie miestností je potrebná teplota Ts 35 oC (asi 308 K), v skutočnosti dokonca vyššia - nad 40 o C (asi 313 K). Je ľahké vypočítať (pomocou vyššie uvedeného vzorca), aký veľký dopad na COP, t. J. Prevádzkové náklady na čerpadlo, majú zvýšenie Ts o 5 alebo 10 o C. Ale čím nižšia je teplota kondenzátora, tým väčšia plocha vykurovacích zariadení musí byť, aby sa dosiahol predpokladaný výkon. A tým je inštalácia drahšia, t. J. Zníženie Ts sa nemusí vždy vyplácať. Kľúčom k dosiahnutiu vysokej COP je preto teplota média (napr. Zeme), z ktorého môže čerpadlo prijímať teplo - Tp by mala byť čo najvyššia.
Viac o tepelných čerpadlách, ich účinnosti a nákladoch >>
Kde sa zohriať
Relatívne stabilná a pomerne vysoká teplota v vykurovacej sezóne má prírodné vodné nádrže, ako aj pôdu v hĺbke menšej ako 1 m. Teplota výparníka v podzemnom čerpadle, a ešte viac vody, nie je spravidla nižšia ako 0 ° C (približne 273 K) počas celého obdobia čas jej práce. Nižší zdroj, ako je rybník, rieka alebo hlboká studňa, môže byť 10 o C (približne 283 K), dokonca aj počas praskajúcich mrazy a zeme, najmä pri vysokých hladinách podzemnej vody - približne 5 o C (278 K). Na zber tepla zo zeme alebo vody je potrebné zariadenie, ktorého náklady na čerpadlo s výhrevným výkonom asi 10 kW presahujú 20 000. zł. Nie vždy je však možné to dosiahnuť (kvôli nedostatku miesta, nízkej hladine podzemnej vody, nedostatku vodnej nádrže v blízkosti).
V tejto situácii sa zvyčajne používajú čerpadlá, ktoré zhromažďujú teplo zo vzduchu, ale ich účinnosť v zime, keď je vzduch vonku pod bodom mrazu, je neuspokojivá. Zaujímavým nápadom na vyriešenie týchto problémov je kombinácia tepelného čerpadla so solárnymi kolektormi.
A solárne kolektory?
Zariadenia so solárnymi kolektormi v poľských podmienkach sú navrhnuté za predpokladu, že poskytnú 70% tepla potrebného na prípravu teplej úžitkovej vody (jedná sa o konštrukčné predpoklady - v Poľsku je ťažké ich implementovať). Potom z štvorcových metrov kolektorovej plochy by sa mohlo ročne získať až 750 kWh energie, ale v praxi sa využíva menej ako polovica tejto energie. Je to spôsobené, okrem iného, simultánnym dopytom po teplej vode a dostupnosťou slnečnej energie (energia sa stráca, pretože sa zahriata voda ochladzuje skôr, ako sa použije) a teplota kolektora je príliš nízka (kvapalina sa v nej zohrieva, ale na teplotu príliš nízku na ohrev úžitkovej vody). ).
Takto stratená energia 300 - 400 kWh / m 2 / rok sa môže použiť, keď je solárny systém pripojený k tepelnému čerpadlu tak, aby kvapalina z kolektorov ohrievala výparník.
Aj pri zamračenej oblohe kolektory často dosahujú teplotu 20 o C (príliš nízka na zohriatie úžitkovej vody), zatiaľ čo v zemi je len niekoľko stupňov nad nulou. A teplota výparníka približne tucet stupňov znamená o 20-40% nižšiu spotrebu energie!
Ďalšou výhodou spolupráce tepelného čerpadla s kolektorom
Výhodou práce so zemným čerpadlom s kolektormi je aj rýchlejšia „regenerácia“ pôdy. V vykurovacej sezóne čerpadlo, ktoré z neho prijíma teplo, spôsobuje zníženie teploty, ktoré by sa malo v období od jari do jesene vrátiť na normálnu úroveň, takže v nasledujúcej vykurovacej sezóne čerpadlo opäť dosiahne vysoký faktor účinnosti COP. Ak sa čerpadlo používa počas celého roka na prípravu teplej úžitkovej vody, potom regenerácia pôdy trvá dlhšie - skúsenosti ukazujú, že okolo augusta.
Jeho prepnutie na spoluprácu so solárnym kolektorom s plochou 2 m 2 na 10 kW energie (tzv. Chladenie) pumpy však znižuje čas regenerácie pôdy asi o 4 mesiace. Teplota zeme potom môže byť o 3 ° C vyššia, čo znamená COP o 10% vyššiu. Vďaka automatickému ovládaniu systému dodávajú kolektory do zariadenia na teplú vodu rovnaké množstvo tepla ako v prípade autonómnej prevádzky - čerpadlo využíva iba energiu, ktorú nie je možné použiť na ohrev vody.