Насколько выгодна связь между тепловым насосом и коллекторами? Мы объясняем, как работает насос в сочетании с солнечными фермами. Могут ли солнечные коллекторы снизить стоимость эксплуатации теплового насоса?
Солнечные коллекторы и тепловой насос вместе. Как работает это соединение? 
Вакуумные солнечные коллекторы (фото Галмет)
Тепловой насос обеспечивает энергию, взятую из окружающей среды, и, следовательно, бесплатно. Его задача состоит в том, чтобы направлять тепловой поток против естественного направления - из области с более низкой температурой (земля, вода, воздух) в более теплую область (отапливаемые помещения). Для этого нужна энергия привода - в случае обычно используемых тепловых насосов это электричество.
Что влияет на эксплуатационные расходы теплового насоса?
Эффективность тепловых насосов, а значит и затраты на их эксплуатацию, определяется потреблением электроэнергии. И на его размер влияет не только дизайн устройства, но, прежде всего, условия, в которых оно работает.
КПД насоса в наибольшей степени зависит от температуры среды, из которой он получает тепло (так называемый нижний источник). На это указывает КС (коэффициент производительности), то есть отношение количества энергии, передаваемой в конденсаторе насоса, к количеству потребляемой энергии - в данном случае электроэнергии - как определяется по формуле:
COP = Q H / W
где:
Q H - тепловая мощность теплового насоса (полученная от нижнего источника тепла + от энергии для привода компрессора)
W - энергия для привода компрессора теплового насоса
Другим способом вы можете сохранить эти отношения как:
COP ≤ T s / (T s - T p ), где
T s - температура конденсатора,
T p - температура испарителя (по шкале Кельвина).
Формула показывает, что чем больше разница температур между испарителем (то есть средой, из которой отводится тепло) и конденсатором (то есть температурой, до которой насос нагревает воду), тем ниже эффективность теплового насоса.
Для обогрева помещений необходима температура T s 35 o C (около 308 К), на практике даже выше - выше 40 o C (около 313 К). Нетрудно подсчитать (используя приведенную выше формулу), насколько сильно влияние на КПД, т. Е. Эксплуатационные расходы насоса увеличивают T s на 5 или 10 o C. Но чем ниже температура конденсатора, тем больше должна быть площадь поверхности нагревательных устройств, чтобы достичь предполагаемой мощности. И это делает установку более дорогой, то есть снижение T s не всегда окупается. Следовательно, ключом к достижению высокого COP является температура среды (например, земли), от которой насос может получать тепло, - Tp должна быть как можно выше.
Подробнее о тепловых насосах, их эффективности и стоимости >>
Где согреться
Относительно стабильные и относительно высокие температуры в отопительный сезон имеют природные резервуары для воды, а также грунт на глубине менее 1 м. Температура испарителя грунтового насоса и, тем более, воды, как правило, не ниже 0 ° С (около 273 К) в течение всего времени. время ее работы. Нижний источник, такой как пруд, река или глубокий колодец, может составлять 10 o C (около 283 К) даже во время потрескивающих морозов, а грунт, особенно при высоких уровнях грунтовых вод - около 5 o C (278 К). Для сбора тепла от земли или воды необходима установка, стоимость которой для насоса с теплопроизводительностью около 10 кВт превышает 20 тысяч. злотых. Однако это не всегда возможно сделать (из-за нехватки места, низкого уровня грунтовых вод, отсутствия водохранилища поблизости).
В этой ситуации обычно используются насосы, которые собирают тепло из воздуха, но их эффективность зимой, когда воздух снаружи ниже нуля, является неудовлетворительной. Интересная идея для решения таких проблем - объединить тепловой насос с солнечными коллекторами.
А солнечные коллекторы?
Установки с солнечными коллекторами в польских условиях спроектированы с учетом того, что они будут обеспечивать 70% тепла, необходимого для приготовления горячей воды для бытового потребления (это предположения, которые сложно реализовать в Польше). Тогда с квадратного метра площади коллектора можно было бы получать до 750 кВт-ч энергии в год, но на практике используется менее половины ее. Это вызвано, среди прочего, неодновременным спросом на горячую воду и наличием солнечной энергии (энергия теряется из-за того, что нагретая вода остывает перед использованием), а температура коллектора слишком низкая (в ней нагревается жидкость, но до температуры, слишком низкой для нагрева используемой воды). ).
300-400 кВтч / м 2 / год энергии, потерянной таким образом, можно использовать, когда солнечная система подключена к тепловому насосу, так что жидкость из коллекторов нагревает свой испаритель.
Даже при облачном небе коллекторы часто достигают температуры 20 o C (слишком низкой, чтобы нагревать техническую воду), в то время как в земле она составляет всего несколько градусов выше нуля. А температура испарителя примерно на дюжину градусов означает на 20-40% меньше энергопотребление!
Дополнительное преимущество сотрудничества теплового насоса с коллектором
Преимущество работы с грунтовым насосом с коллекторами также заключается в более быстрой «регенерации» почвы. В отопительный сезон насос, получая от него тепло, вызывает снижение его температуры, которая в период с весны до осени должна вернуться к нормальному уровню, чтобы в следующем отопительном сезоне насос снова достигал высокого КПД КПД. Если насос используется в течение всего года для приготовления горячей технической воды, регенерация почвы занимает больше времени - опыт показывает, что примерно в августе.
Однако переключение на сотрудничество с солнечным коллектором площадью 2 м 2 на 10 кВт мощности (так называемое охлаждение) насоса сокращает время регенерации почвы примерно на 4 месяца. Температура земли может быть на 3 ° С выше, что означает, что КПД на 10% выше. Благодаря автоматическому управлению системой коллекторы подают столько же тепла в установку для горячей воды, что и в случае автономной работы - насос использует только энергию, которую нельзя использовать для нагрева воды.