Je li veza toplinske crpke i kolektora isplativa? Objašnjavamo kako pumpa djeluje zajedno sa solarnim farmama. Mogu li solarni kolektori smanjiti troškove rada toplinske pumpe?
Solarni kolektori i toplinska pumpa zajedno. Kako funkcionira ta veza? 
Vakuumski solarni kolektori (foto Galmet)
Toplinska pumpa isporučuje energiju uzetu iz okoliša, a samim tim i besplatno. Njegov je zadatak da prisili protok topline u prirodnom smjeru - od područja s nižom temperaturom (tlo, voda, zrak) do toplijeg područja (grijane prostorije). Za to je potrebna pogonska energija - u slučaju obično korištenih toplinskih pumpi to je električna energija.
Što utječe na troškove rada toplinske crpke?
Učinkovitost toplinskih crpki, a samim tim i troškovi njihovog rada, određuje se potrošnjom električne energije. A na njegovu veličinu utječe ne samo dizajn uređaja, već prije svega uvjeti u kojima radi.
Učinkovitost crpke u najvećoj mjeri ovisi o temperaturi medija iz kojeg crpi toplinu (tzv. Niži izvor). Na to se ukazuje COP (Koeficijent učinkovitosti), tj. Omjer količine energije koja se prenosi u kondenzatoru pumpe i količine potrošene energije - u ovom slučaju električne energije - kako je određeno formulom:
COP = Q H / W
gdje je:
Q H - toplotna snaga toplinske pumpe (dobivena iz donjeg izvora topline + iz energije za pogon kompresora)
W - energija za pogon kompresora toplinske pumpe
Na drugi način, taj odnos možete spremiti kao:
COP ≤ T s / (T s - T p ), gdje
T s - temperatura kondenzatora,
T p - temperatura isparivača (na Kelvinovoj skali).
Formula pokazuje da što je veća temperaturna razlika između isparivača (tj. Medija iz kojeg se uklanja toplina) i kondenzatora (tj. Temperature na kojoj pumpa zagrijava vodu), niža je učinkovitost toplinske pumpe
Za grijanje prostorija potrebna je temperatura T s 35 o C (oko 308 K), u praksi još viša - iznad 40 o C (oko 313 K). Lako je izračunati (koristeći gornju formulu) koliki utjecaj na COP, tj. Troškovi rada crpke imaju povećanje T s za 5 ili 10 o C. Ali što je niža temperatura kondenzatora, veća površina površine uređaja za grijanje mora biti da bi dostigla pretpostavljenu snagu. To čini instalaciju skupljom, tj. Spuštanje T s ne znači uvijek isplativo. Ključno za postizanje visokog COP je, dakle, temperatura medija (npr. Tla) od koje bi crpka mogla primati toplinu - Tp treba biti što viša.
Više o toplotnim crpkama, njihovoj učinkovitosti i troškovima >>
Gdje se ugrijati
Relativno stabilna i relativno visoka temperatura u sezoni grijanja imaju prirodne rezervoare vode, kao i tlo na dubini manjoj od 1 m. Temperatura isparivača prizemne pumpe, a još više vode, uglavnom nije niža od 0 ° C (oko 273 K) vrijeme njezina rada. Niži izvor poput ribnjaka, rijeke ili dubokog bunara može biti 10 o C (oko 283 K) čak i tijekom pucanja mraza, a tlo, posebno pri visokim razinama podzemne vode - oko 5 o C (278 K). Potrebna je instalacija za prikupljanje topline iz zemlje ili vode, čija cijena za pumpu kapaciteta grijanja od oko 10 kW prelazi 20 tisuća. zl. Međutim, to nije uvijek moguće (zbog nedostatka prostora, niske razine podzemne vode, nedostatka rezervoara za vodu u blizini).
U ovoj se situaciji obično koriste crpke koje skupljaju toplinu iz zraka, ali njihova je učinkovitost zimi, kada je vani zrak ispod smrzavanja, nezadovoljavajuća. Zanimljiva ideja za rješavanje takvih problema je kombiniranje toplinske pumpe sa solarnim kolektorima.
A solarni kolektori?
Instalacije sa solarnim kolektorima u poljskim uvjetima dizajnirane su pod pretpostavkom da će osigurati 70% topline potrebne za pripremu tople vode za kućanstvo (ovo su pretpostavke dizajna - teško ih je implementirati u Poljskoj). Tada se iz četvornog metra površine kolektora moglo dobiti i do 750 kWh energije godišnje, ali u praksi se koristi manje od polovice. To je uzrokovano, između ostalog, istodobnom potražnjom tople vode i dostupnošću solarne energije (energija se gubi jer se zagrijana voda hladi prije nego što se koristi), a temperatura kolektora je preniska (tekućina se zagrijava u njoj, ali na preniskoj temperaturi da bi se grijala upotrebna voda ).
300-400 kWh / m 2 godišnje izgubljene energije na taj način može se koristiti kada je Sunčev sustav spojen na toplinsku pumpu, tako da tekućina iz kolektora zagrijava njegov isparivač.
Čak i uz oblačno nebo, sakupljači često dosežu temperaturu od 20 o C (preniska za zagrijavanje komunalne vode), dok je u tlu samo nekoliko stupnjeva iznad nule. A temperatura isparivača za desetak i više stupnjeva znači 20-40% manju potrošnju energije!
Dodatna prednost suradnje toplinske crpke s kolektorom
Prednost rada sa zemljom crpkom sa sakupljačima je i brža "regeneracija" tla. U sezoni grijanja, crpka, primajući toplinu iz nje, uzrokuje pad temperature, što bi se u razdoblju od proljeća do jeseni trebalo vratiti na normalnu razinu, tako da će u sljedećoj sezoni grijanja crpka opet postići visoki faktor učinkovitosti COP. Ako se pumpa koristi tijekom cijele godine za pripremu tople korisne vode, tada obnavljanje tla traje duže - iskustva pokazuju da je to bilo tijekom kolovoza.
Međutim, prebacivanjem na suradnju sa solarnim kolektorom s površinom od 2 m 2 na 10 kW snage (tzv. Hlađenje) crpke smanjuje se vrijeme regeneracije tla za oko 4 mjeseca. Temperatura tla tada može biti 3 ° C viša, što znači da je COP 10% viša. Zahvaljujući automatskom upravljanju sustavom, kolektori dovode jednaku količinu topline u instalaciju tople vode kao u slučaju autonomnog rada - crpka koristi samo energiju koja se ne može koristiti za zagrijavanje vode.