Je propojení mezi tepelným čerpadlem a kolektory ziskové? Vysvětlíme, jak čerpadlo pracuje ve spojení se solárními farmami. Mohou solární kolektory snížit náklady na provoz tepelného čerpadla?
Solární kolektory a tepelné čerpadlo dohromady. Jak toto připojení funguje? 
Vakuové solární kolektory (foto Galmet)
Tepelné čerpadlo dodává energii odebranou z okolního prostředí, a tudíž zdarma. Jeho úkolem je vynutit tok tepla proti přirozenému směru - z oblasti s nižší teplotou (země, voda, vzduch) do teplejší oblasti (vytápěné místnosti). K tomu je nutná energie pohonu - v případě běžně používaných tepelných čerpadel je to elektřina.
Co ovlivňuje provozní náklady tepelného čerpadla?
Účinnost tepelných čerpadel, a tím i náklady na jejich provoz, je určena spotřebou elektřiny. A jeho velikost je ovlivněna nejen konstrukcí zařízení, ale především podmínkami, ve kterých pracuje.
Účinnost čerpadla závisí do největší míry na teplotě média, ze kterého odebírá teplo (tzv. Nižší zdroj). Toto je indikováno COP (Coefficient Of Performance), tj. Poměr množství energie přenesené v kondenzátoru čerpadla k množství spotřebované energie - v tomto případě elektřiny - jak je určeno vzorcem:
COP = Q H / W
kde:
Q H - tepelný výkon z tepelného čerpadla (získaný ze spodního zdroje tepla + z energie k pohonu kompresoru)
W - energie k pohonu kompresoru tepelného čerpadla
Jiným způsobem můžete tento vztah uložit jako:
COP ≤ T s / (Ts - T p ), kde
T s - teplota kondenzátoru,
T p - teplota výparníku (na Kelvinově stupnici).
Vzorec ukazuje, že čím větší je teplotní rozdíl mezi odpařovačem (tj. Médiem, ze kterého je odváděno teplo) a kondenzátorem (tj. Teplotou, na kterou čerpadlo ohřívá vodu), tím nižší je účinnost tepelného čerpadla.
Pro vytápění místností je zapotřebí teplota Ts 35 o C (asi 308 K), v praxi dokonce vyšší - nad 40 o C (asi 313 K). Je snadné vypočítat (pomocí výše uvedeného vzorce), jak velký dopad na COP, tj. Provozní náklady čerpadla, mají zvýšení Ts o 5 nebo 10 o C. Ale čím nižší je teplota kondenzátoru, tím větší musí být povrchová plocha topných zařízení, aby bylo dosaženo předpokládaného výkonu. A tím je instalace dražší, tj. Snížení Ts se ne vždy vyplatí. Klíčem k dosažení vysoké COP je proto teplota média (např. Zem), ze které by čerpadlo mohlo přijímat teplo - Tp by měla být co nejvyšší.
Více o tepelných čerpadlech, jejich účinnosti a nákladech >>
Kde se zahřát
Relativně stabilní a relativně vysoká teplota v topné sezóně mají přírodní vodní nádrže, stejně jako půdu v hloubce menší než 1 m. Teplota výparníku zemního čerpadla, a ještě více vody, není obecně nižší než 0 ° C (přibližně 273 K) čas její práce. Nižší zdroj, jako je rybník, řeka nebo hluboká studna, může být 10 o C (asi 283 K) i při praskajícím mrazu a zemi, zejména při vysokých hladinách podzemní vody - asi 5 o C (278 K). Je zapotřebí zařízení pro sběr tepla ze země nebo vody, jehož náklady na čerpadlo s topnou kapacitou asi 10 kW přesahují 20 tisíc. zł. To však není vždy možné (kvůli nedostatku prostoru, nízké hladině podzemní vody, nedostatku vodní nádrže v blízkosti).
V této situaci se obvykle používají čerpadla, která shromažďují teplo ze vzduchu, ale jejich účinnost v zimě, když je venkovní vzduch pod bodem mrazu, je neuspokojivá. Zajímavým nápadem, jak tyto problémy vyřešit, je kombinovat tepelné čerpadlo se solárními kolektory.
A sluneční kolektory?
Zařízení se solárními kolektory v polských podmínkách jsou navržena za předpokladu, že budou poskytovat 70% tepla potřebného k přípravě teplé vody pro domácnost (jedná se o konstrukční předpoklady - v Polsku je obtížné realizovat). Pak z čtverečního metru kolektorové plochy bylo možné získat až 750 kWh energie ročně, ale v praxi se používá méně než polovina této energie. Je to mimo jiné způsobeno současnou poptávkou po horké vodě a dostupností sluneční energie (energie se ztrácí, protože se zahřátá voda před použitím ochlazuje) a teplota kolektoru je příliš nízká (kapalina se v ní zahřívá, ale na teplotu příliš nízkou na ohřev užitkové vody) ).
Takto ztracená energie 300-400 kWh / m 2 / rok může být použita, když je solární systém připojen k tepelnému čerpadlu, takže kapalina z kolektorů ohřívá výparník.
I při zamračené obloze kolektory často dosahují teploty 20 ° C (příliš nízká na ohřev užitkové vody), zatímco v zemi je jen několik stupňů nad nulou. A teplota výparníku asi o deset stupňů vyšší znamená spotřebu energie o 20 až 40%!
Další výhoda spolupráce tepelného čerpadla s kolektorem
Výhodou práce se zemním čerpadlem s kolektory je také rychlejší „regenerace“ půdy. V topné sezóně způsobuje čerpadlo, které z něj dostává teplo, pokles teploty, která by se měla v období od jara do podzimu vrátit na normální úroveň, takže v následující topné sezóně čerpadlo opět dosáhne vysokého faktoru účinnosti COP. Pokud se čerpadlo používá po celý rok k přípravě teplé užitkové vody, pak regenerace půdy trvá déle - zkušenosti ukazují, že kolem srpna.
Přepnutí na spolupráci se solárním kolektorem o ploše 2 m 2 na 10 kW výkonu (tzv. Chlazení) čerpadla zkracuje dobu regenerace půdy asi o 4 měsíce. Teplota země pak může být o 3 ° C vyšší, což znamená COP o 10% vyšší. Díky automatickému ovládání systému dodávají kolektory do instalace teplé vody stejné množství tepla jako v případě autonomního provozu - čerpadlo využívá pouze energii, kterou nelze použít k ohřevu vody.