Ali je povezava med toplotno črpalko in kolektorji donosna? Pojasnjujemo, kako črpalka deluje v povezavi s sončnimi elektrarnami. Ali lahko sončni kolektorji zmanjšajo stroške delovanja toplotne črpalke?
Sončni kolektorji in toplotna črpalka skupaj. Kako deluje ta povezava? 
Vakuumski sončni kolektorji (foto Galmet)
Toplotna črpalka dobavlja energijo, odvzeto iz okolja, zato je brez. Njegova naloga je, da sili toplotni tok proti naravni smeri - od območja z nižjo temperaturo (tla, vode, zraka) do toplejšega območja (ogrevani prostori). Za to je potrebna pogonska energija - pri pogosto uporabljenih toplotnih črpalkah gre za elektriko.
Kaj vpliva na obratovalne stroške toplotne črpalke?
Učinkovitost toplotnih črpalk in s tem stroške njihovega delovanja določa poraba električne energije. In na njegovo velikost ne vpliva samo zasnova naprave, ampak predvsem pogoji, v katerih deluje.
Učinkovitost črpalke je v največji meri odvisna od temperature medija, iz katerega črpa toploto (tako imenovani spodnji vir). To označuje COP (Koeficient učinkovitosti), tj. Razmerje med količino energije, ki se prenese v kondenzatorju črpalke, in količino porabljene energije - v tem primeru električne energije - kot je določeno z
COP = Q H / Š
pri čemer je:
Q H - toplotna moč toplotne črpalke (dobljena iz spodnjega vira toplote + iz energije za pogon kompresorja)
W - energija za pogon kompresorja toplotne črpalke
Na drug način lahko to razmerje shranite kot:
COP ≤ T s / (T s - T p ), kjer
T s - temperatura kondenzatorja,
T p - temperatura uparjalnika (po Kelvinovi lestvici).
Iz formule je razvidno, da večja kot je temperaturna razlika med uparjalnikom (tj. Medijem, iz katerega se odvaja toplota) in kondenzatorjem (tj. Temperaturo, do katere črpalka segreva vodo), manjši je izkoristek toplotne črpalke
Za ogrevanje prostorov je potrebna temperatura T s 35 o C (približno 308 K), v praksi še višja - nad 40 o C (približno 313 K). Preprosto je izračunati (po zgornji formuli), kolikšen vpliv ima COP, to pomeni, da imajo obratovalni stroški črpalke povečanje T s za 5 ali 10 o C. Če pa je nižja temperatura kondenzatorja, večja mora biti površina ogrevalnih naprav, da dosežejo predpostavljeno moč. In s tem je namestitev dražja, tj. Znižanje T s se ne izplača vedno. Ključno pri doseganju visokega COP je torej temperatura medija (npr. Tal), iz katerega bi črpalka lahko prejemala toploto - Tp mora biti čim višja.
Več o toplotnih črpalkah, njihovi učinkovitosti in stroških >>
Kje se ogreti
Relativno stabilna in razmeroma visoka temperatura v ogrevalni sezoni imajo naravne rezervoarje vode, pa tudi tla na globini manjši od 1 m. Temperatura uparjalnika zemeljske črpalke in še bolj vode na splošno ni nižja od 0 ° C (približno 273 K) čas njenega dela. Nižji vir, kot je ribnik, reka ali globok vodnjak, je lahko med olupljenimi zmrzali 10 ° C (približno 283 K), tla, zlasti pri visoki ravni podzemne vode - približno 5 o C (278 K). Za zbiranje toplote iz zemlje ali vode je potrebna inštalacija, katere stroški za črpalko z ogrevalno močjo približno 10 kW presegajo 20 tisoč. zł. Vendar pa ga ni vedno mogoče (zaradi pomanjkanja prostora, nizke ravni podzemne vode, pomanjkanja rezervoarja za vodo v bližini).
V tej situaciji se običajno uporabljajo črpalke, ki zbirajo toploto iz zraka, vendar je njihova učinkovitost pozimi, ko je zunaj zrak zunaj zamrzovanja, nezadovoljiva. Zanimiva ideja za rešitev takšnih težav je kombiniranje toplotne črpalke s sončnimi kolektorji.
In sončni kolektorji?
Naprave s sončnimi kolektorji v poljskih pogojih so zasnovane ob predpostavki, da bodo zagotavljale 70% toplote, potrebne za pripravo tople vode za gospodinjstvo (to so predpostavke oblikovanja - na Poljskem jih je težko izvesti). Potem bi iz kvadratnega metra površine zbiralnika lahko dobili do 750 kWh energije na leto, vendar se v praksi porabi manj kot polovica. To med drugim povzroča sočasno povpraševanje po vroči vodi in razpoložljivost sončne energije (energija se izgubi, ker se ogrevana voda ohladi, preden jo porabimo) in temperatura zbiralnika je prenizka (tekočina se v njej segreva, a na prenizko temperaturo, da bi segrevala uporabno vodo ).
300-400 kWh / m 2 / leto izgubljene energije na ta način lahko uporabimo, ko je sončni sistem priključen na toplotno črpalko, tako da tekočina iz kolektorjev segreva njegov uparjalnik.
Tudi pri oblačnem nebu zbiralci pogosto dosežejo temperaturo 20 o C (prenizka za ogrevanje komunalne vode), v tleh pa le nekaj stopinj nad ničlo. In temperatura uparjalnika za deset ali več stopinj višje pomeni 20-40% manjšo porabo energije!
Dodatna prednost sodelovanja toplotne črpalke s kolektorjem
Prednost dela s zemeljsko črpalko s kolektorji je tudi hitrejša "regeneracija" tal. V ogrevalni sezoni črpalka, ki dobi toploto iz nje, povzroči znižanje svoje temperature, kar naj bi se v obdobju od pomladi do jeseni vrnilo na normalno raven, tako da bo v naslednji ogrevalni sezoni črpalka spet dosegla visok faktor izkoristka COP. Če črpalko vse leto uporabljamo za pripravo tople komunalne vode, potem regeneracija tal traja dlje - izkušnje kažejo, da je to okoli avgusta.
Vendar pa njegovo prehajanje na sodelovanje s sončnim kolektorjem s površino 2 m 2 na 10 kW moči (tako imenovano hlajenje) črpalke zmanjša čas regeneracije tal za približno 4 mesece. Temperatura tal je nato lahko za 3 ° C višja, kar pomeni COP za 10% višjo. Zahvaljujoč samodejnemu krmiljenju sistema, zbiralniki dovajajo enako količino toplote v toplovodno napravo kot pri avtonomnem delovanju - črpalka porabi samo energijo, ki je ni mogoče uporabiti za ogrevanje vode.