View
744
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Pompa ciepła z kolektorami słonecznymi stanowi wysokoefektywne rozwiązanie grzewcze. Wspomaganie pracy pompy ciepła może dotyczyć zarówno obiego pierwotnego, jak i wtórnego. Kolektory słoneczne w obiegu wtórnym bezpośrednio wspomagają podgrzewanie wody użytkowej a także ogrzewanie budynku. Możliwe jest to poprzez podłączenie instalacji solarnej i pompy ciepła do podgrzewacza biwalentnego c.w.u. lub podgrzewacza uniwersalnego (typu kombi). Praca kolektorów słonecznych skraca czas eksploatacji pompy ciepła co obniża zużycie energii elektrycznej, a także sprzyja tzw. regeneracji termicznej dolnego źródła ciepła poza sezonem grzewczym (dotyczy sond gruntowych lub kolektora gruntowego)
Citation preview
Pompa ciepła z kolektorami słonecznymi
Możliwości współpracy kolektorów słonecznych z pompą ciepła
Współpraca z obiegiem pierwotnym i wtórnym pompy ciepła
Korzyści ze wspomagania pracy pompy ciepła
Wydanie 1/2014
29.08.2014
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
2
Możliwości wykorzystania energii słonecznej
Kolektory słoneczne mogą zapewniać pokrycie
do 60% rocznych potrzeb ciepła dla podgrzewu
ciepłej wody użytkowej lub do 30% rocznych
potrzeb ciepła potrzebnego łącznie dla
podgrzewania wody użytkowej i wspomagania
ogrzewania domu.
Kolektory słoneczne stanowią uzupełnienie
systemów grzewczych, zarówno tradycyjnych
(z kotłem grzewczym), jak i wykorzystujących
energię odnawialną (z pompą ciepła).
Współpraca z pompą ciepła może być
realizowana w wielu wariantach – zarówno
po stronie obiegu pierwotnego, jak i wtórnego
pompy ciepła.
3
Obieg pierwotny i obieg wtórny pompy ciepła
Dolne źródło ciepła
OBIEG PIERWOTNY
Odbiór ciepła
OBIEG WTÓRNY
Kolektory słoneczne mogą wspomagać pracę pompy ciepła zarówno po stronie
pierwotnej (dolne źródło ciepła), jak i po stronie wtórnej (odbiór ciepła)
4
WARIANT 1: kolektory słoneczne
w obiegu wtórnym pompy ciepła
PRZYKŁADOWE SCHEMATY:
Kolektory słoneczne
w obiegu wtórnym pompy ciepła
Najczęstszym zastosowaniem kolektorów słonecznych we współpracy
z pompą ciepła, jest wspomaganie jej pracy po stronie wtórnej. W ten sposób
wspomagane jest bezpośrednio podgrzewanie ciepłej wody użytkowej, a także
wody grzewczej w systemie ogrzewania budynku. Instalacja solarna wprost
zmniejsza czas pracy pompy ciepła, obniżając zużycie energii elektrycznej.
5
1a) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. – z podgrzewaczem biwalentnym
W przypadku pomp ciepła solanka/woda, instalacja solarna odciąża ją od pracy
szczególnie poza sezonem grzewczym, zapewniając korzystne warunki dla
regeneracji termicznej dolnego źródła ciepła (np. sond gruntowych).
Należy zapewnić odpowiednią wielkość wężownicy do której podłączona
jest pompa ciepła (min. 0,25 m2 na 1 kW mocy grzewczej) lub w razie potrzeby
zastosować zewnętrzny wymiennik ciepła ( schemat 1b).
1
2 3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz biwalentny c.w.u.
3- pompa ciepła
4- system grzewczy
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
wtórnego pompy ciepła
6
1b) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. – zewnętrzny wymiennik ciepła
Jeżeli moc grzewcza pompy ciepła jest zbyt wysoka w stosunku do powierzchni
wężownicy w podgrzewaczu pojemnościowym (dla uzyskania podwyższonego
komfortu ciepłej wody użytkowej), to przekazywanie ciepła z pompy ciepła do
wody użytkowej, powinno odbywać się w zewnętrznym płytowym wymienniku
ciepła. Wówczas konstrukcja podgrzewacza musi zapewniać jednak niezbyt dużą
prędkość napływu podgrzanej wody użytkowej, aby nie dopuszczać do wysokiej
różnicy temperatury wody w parowniku pompy ciepła (obniżenie efektywności).
1
2 3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz biwalentny c.w.u.
3- pompa ciepła
4- wymiennik ciepła
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
wtórnego pompy ciepła
7
1c) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. – pompa ciepła wody użytkowej
Coraz popularniejsze staje się stosowanie pomp ciepła typu powietrze/woda
przeznaczonych do podgrzewania wody użytkowej. Stanowią one samodzielne
urządzenie, które może współpracować z kolektorami słonecznymi podłączonymi
do oddzielnej wężownicy grzewczej. Współpraca z kolektorami słonecznymi
zmniejsza zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła, co przekłada się także
na podwyższenie klasy efektywności energetycznej rozwiązania.
1
2
1- kolektory słoneczne
2- pompa ciepła c.w.u.
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
wtórnego pompy ciepła
8
1d) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Dzięki zastosowaniu podgrzewacza uniwersalnego (nazywanego także
multiwalentnym lub „kombi”) kolektory słoneczne mogą wspomagać pracę pompy
ciepła na łączne potrzeby ciepłej wody użytkowej oraz ogrzewania domu.
W podgrzewaczu typu „tank in tank” (zbiornik w zbiorniku), woda użytkowa
podgrzewana jest w wewnętrznym zbiorniku odbierając ciepło od wody grzewczej
podgrzewanej przez pompę ciepła, kolektory słoneczne i inne źródła ciepła.
1
2
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz uniwersalny „tank in tank”
3- pompa ciepła
4- system grzewczy
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
wtórnego pompy ciepła
3
4
9
1e) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Pompa ciepła i kolektory słoneczne mogą również podgrzewać wodę grzewczą
w podgrzewaczu uniwersalnym wyposażonym w wężownicę wody użytkowej.
W wężownicy podgrzewana jest od wody grzewczej przepływająca w trakcie
poboru ciepła woda użytkowa. Tego typu podgrzewacze przeznaczone są dla
standardowych potrzeb c.w.u. w domach 1-rodzinnych, tzn. bez nagłych wysokich
poborów wody (np. w przypadku korzystania jednocześnie z dwóch łazienek).
1
2
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
wtórnego pompy ciepła
3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz uniwersalny z wężownicą
dla podgrzewania wody użytkowej
3- pompa ciepła
4- system grzewczy
10
1f) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Podgrzewacze uniwersalne z przepływowym podgrzewaniem ciepłej wody
użytkowej są w niektórych typach wyposażane w dodatkowy wymiennik ciepła
oraz pompę wody grzewczej. W trakcie poboru wody użytkowej tak zwana funkcja
„booster” zwiększa moc grzewczą podgrzewu c.w.u.. W ten sposób zapewnia
się podwyższony komfort wody użytkowej dla zwiększonego zapotrzebowania.
1
2
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
wtórnego pompy ciepła
3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz uniwersalny
z funkcją „booster”
3- pompa ciepła
4- system grzewczy
11
1g) Kolektory słoneczne dla podgrzewania
c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Wspomaganie ogrzewania i podgrzewanie ciepłej wody użytkowej przez
kolektory słoneczne współpracujące z pompą ciepła, może być realizowane
również przy użyciu standardowego podgrzewana biwalentnego c.w.u. i zbiornika
buforowego centralnego ogrzewania (c.o.). Instalacja solarna podgrzewa wodę
użytkową, a w drugiej kolejności wodę grzewczą w zbiorniku buforowym.
Rozwiązanie zapewnia wysoki komfort wody użytkowej, ale wymaga więcej
miejsca zabudowy i wiąże się z wyższymi kosztami inwestycji.
1
2
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie
obiegu wtórnego pompy ciepła
4
3
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz biwalentny c.w.u.
3- zbiornik buforowy c.o.
4- pompa ciepła
5- system grzewczy
5
12
PRZYKŁAD: pompa ciepła we współpracy
z kotłem węglowym i kolektorami słonecznymi
Pompa ciepła Vaillant geoTHERM (1) we współpracy z kotłem na paliwo stałe
(3) oraz kolektorami słonecznymi (2). Woda użytkowa (5) oraz grzewcza (6) są
podgrzewane w podgrzewaczu uniwersalnym (3).
2
1
3
4
6
5
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie
obiegu wtórnego pompy ciepła
13
Współpraca kolektorów słonecznych z pompą
ciepła – układ automatycznej regulacji
Ważną rolę w układach połączonych pompy ciepła z kolektorami słonecznymi,
odgrywa układ regulacji, który powinien przede wszystkim zapewniać wyłączanie
lub ograniczanie pompy ciepła, w trakcie pracy instalacji solarnej.
Priorytet pracy powinien należeć do instalacji solarnej, która zapewnia najniższe
koszty wytworzenia ciepła (zł/kWh). Podczas pracy instalacji solarnej pobór mocy
elektrycznej wynosi przeciętnie 30÷50 W, podczas gdy dla pompy ciepła zależnie
od jej mocy grzewczej około 2÷3 kW (np. pobór mocy elektrycznej sprężarki 2 kW
dla pompy ciepła o mocy grzewczej 8 kW przy współczynniku COP = 4,0).
14
WARIANT 2: kolektory słoneczne
w obiegu pierwotnym pompy ciepła
PRZYKŁADOWE SCHEMATY:
Kolektory słoneczne
w obiegu pierwotnym pompy ciepła
Rzadsze zastosowanie kolektorów słonecznych dotyczy wspomagania pracy
pompy ciepła po stronie jej obiegu pierwotnego. Wymaga większych powierzchni
kolektorów, ale równocześnie dopuszcza możliwość stosowania tańszych
urządzeń, także absorberów (bez szyby) pracujących poza sezonem grzewczym,
gdzie ciepło jest magazynowane lub przyspiesza regenerację termiczną dolnego
źródła ciepła (np. kolektora gruntowego lub sond gruntowych).
Dzięki niskim temperaturom roboczym w obiegu pierwotnym pompy ciepła,
instalacja solarna uzyskuje wysokie sprawności pracy.
15
2a) Kolektory słoneczne dla wspomagania
pracy dolnego źródła ciepła (sondy pionowe)
Jako kolektory słoneczne można stosować absorbery bez przykrycia, które
podejmują pracę w porze ciepłej wspomagając dolne źródło ciepła (np. sondy
gruntowe). Współpraca z podgrzewaczem biwalentnym pozwala także na
bezpośrednie podgrzewanie wody użytkowej przez instalację solarną.
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
pierwotnego pompy ciepła
1- kolektory słoneczne
2- zbiornik solanki
3- pompa ciepła
4- podgrzewacz biwalentny c.w.u.
5- zbiornik buforowy c.o.
6- sondy gruntowe
1
2
4 3 5
6
16
2b) Kolektory słoneczne dla wspomagania
dolnego źródła ciepła (kolektor gruntowy)
Kolektory słoneczne mogą dostarczać ciepło do dolnego źródła ciepła, np. do
kolektora gruntowego, co przyspiesza jego regenerację termiczną i w zależności
od warunków geologicznych pozwala magazynować ciepło. Efektywność pracy
pompy ciepła będzie mogła być podwyższona (o kilka % w skali roku).
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
pierwotnego pompy ciepła
1- kolektory słoneczne
2- pompa ciepła
3- podgrzewacz uniwersalny
4- kolektor gruntowy poziomy
1
2
4
3
17
2c) Kolektory słoneczne dla współpracy
z sezonowym zasobnikiem ciepła
Kolektory słoneczne są spotykane we współpracy pomp ciepła solanka/woda
z tzw. sezonowymi zasobnikami ciepła. Rolą kolektorów jest dostarczanie ciepła
magazynowego na okres sezonu grzewczego w zasobniku zawierającym wodę
lub substancje chemiczne o niższej temperaturze krzepnięcia (np. octan sodu).
Tego typu rozwiązania są stosowane częściej w obszarach, gdzie nie
zezwala się na wykonanie odwiertów dla sond pionowych,
a powierzchnia działki nie pozwala wykonać
poziomego kolektora gruntowego.
Wariant współpracy kolektorów
słonecznych po stronie obiegu
pierwotnego pompy ciepła
1- kolektory słoneczne
2- pompa ciepła
3- sezonowy zasobnik ciepła
1
2
3
18
Podsumowanie
Zastosowanie kolektorów słonecznych do współpracy z pompą ciepła może być
realizowane na wiele sposobów. Wybór rozwiązania zależy zarówno od warunków
technicznych (budynek, powierzchnia działki), jak i ekonomicznych.
Układy pomp ciepła z kolektorami
słonecznymi cechują się najwyższymi
klasami efektywności energetycznej i ich
znaczenie w przyszłości będzie stale rosło
Odciążenie pompy ciepła od pracy obniża
koszty eksploatacyjne, pozwala także na
etapie doboru zmniejszyć rozmiar dolnego
źródła ciepła i poprawić warunki jego
termicznej regeneracji (w przypadku gruntu
jako dolnego źródła ciepła).
Chłodzenie
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji