Солнечный коллектор тепловой насос: Гибридный солнечный коллектор PVT для теплового насоса

ГВС на базе солнечных коллекторов и тепловых насосов | C.O.K. archive | 2013

Рис. 1. Схема установки плоского солнечного коллектора Sun-Time-Solar

Рис. 2. Суточный график нагрева воды в водонагревателе с ТН SWh2-300N без подключения СК

Рис. 3. Суточный график нагрева воды в водонагревателе с тепловым насосом SWh2-300N с подключением трех СК

Нагревать воду только с помощью солнечных коллекторов (СК) возможно лишь днем, причем солнечным. В весеннееосенний период и летние пасмурные дни, когда требуется большой объем горячей воды, а солнечного тепла недостаточно, эффективнее использовать в гелиосистемах тепловые насосы (ТН), которые позволяют нагревать воду даже в ночное время. Так появляется сбалансированность в ГВС при минимальных затратах на электроэнергию.

Объем бака (баков) накопителя при таком совмещении уменьшается в четыре раза. Подобную компоновку целесообразно применять для жилых объектов и аграрно-промышленных комплексов. При большом объеме потребности в ГВС, установки монтируются по модульной системе.

Это позволяет снизить риск сбоев в ГВС, обеспечивает свободный доступ для контроля и обслуживания, а также существенно сокращает потребление электроэнергии.

Не будет необходимости в дополнительных вспомогательных помещениях для больших бойлеров, которые монтируются как большие сварные неразборные конструкции. В последнее время наиболее широкое распространение и применение получают ТН типа «воздух–вода». Данный выбор обусловлен относительно низкой ценой, простотой монтажа (отсутствует необходимость бурения скважин), высокой степенью эксплуатационной надежности и доступности этих систем.

Одной из таких установок с тепловым насосом является модель SWh2-300N, которая представляет собой водонагреватель, состоящий из бака из нержавеющей стали на 300 л, в верхней части которого располагается тепловой насос. Потребляя всего 0,44 кВт⋅ч, этот водонагреватель с тепловым насосом нагревает 300 л горячей воды до 60 °C примерно за 9–10 ч работы от первоначального уровня (10–15 °C). Теплотворная способность установки с тепловым насосом составляет 1,6 кВт⋅ч.

В баке имеется опция подключения солнечных коллекторов.

Примерный расчет потребления ГВС

В летний солнечный день три солнечных коллектора нагреют 300 л горячей воды до не менее чем +60 °C за полный световой день. Расход электроэнергии при этом составит примерно 40 Вт × 8 часов работы (насосная группа и блок управления гелиосистемой), то есть 0,32 кВт⋅ч. Вечером бо ´льшая часть горячей воды (примерно 200 л) может быть израсходована.

В течение ночи вода будет нагреваться с помощью теплового насоса встроенного в бойлер (бак-накопитель) и утром в водонагревателе будет горячая вода. Используя в гелиосистеме бак накопитель (водонагреватель с ТН) объемом 300 л, на выходе получаем горячую воду +60 °C в объеме не менее 500 л в сутки. Потребляемая мощность водонагревателя с тепловым насосом составляет 0,44 кВт⋅ч.

Тепловая энергия, вырабатываемая ТН, составляет 1,6 кВт⋅ч. Чтобы нагреть литр воды на 1 °C, необходимо затратить 1,16 Вт электроэнергии. Таким образом, подсчитаем ее расход, который был бы необходим для нагрева воды от +20 °C на входе до +60 °C на выходе: 200 л × 1,16 Вт × (60 °C – 20 °C) = = 9,28 кВт⋅ч. Время, затраченное на нагрев воды в водонагревателе с использованием ТН составит 9,28/1,6 = 5,8 ч.

Расход электроэнергии водонагревателем с ТН для нагрева воды в объеме 200 л составит: 5,8 ч × 0,44 Вт = 2,55 кВт⋅ч в сутки. Суммарные затраты на электроэнергию для нагрева 500 л до +60 °C составят: 0,32 кВт⋅ч + 2,55 кВт⋅ч = 2,872 кВт⋅ч. Затраты электрической энергии на нагрев 500 л воды обычным способом (с помощью элементарных ТЭНов) составят 23,2 кВт⋅ч, а экономия электроэнергии 23,2 – 2,872 = 20,328 кВт⋅ч в сутки.

Экономия от внедрения подсчитывается в зависимости от установленных региональных тарифов на электричество. Рассмотрим еще один из вариантов работы суточного цикла водонагревателя с ТН, с подключением СК в летний период. Температура воды в подводящей магистрали (подпитка) +10 °C.

Начало работы: утро

Предположим, что в 6:00 температура воды в бойлере равна +60 °C. С 6:00 до 8:00 водоразбор составляет примерно 100 л горячей воды. Одновременно с расходом горячей воды +60 °C происходит заполнение бойлера холодной водой (подпитка) с температурой +10 °C. При этом тепловой насос начинает работать при понижении температуры в бойлере до +50 °C. Время начала работы будет зависеть от скорости водоразбора.

Замещение литра горячей воды с t = +60 °C холодной с t = +10 °C понижает температуру в бойлере V = 300 л на 0,166 °C. Соответственно, чтобы тепловой насос начал работать необходимо израсходовать 60 л горячей воды: V = (t1 – t2)/0,166 = (60 – 50)/0,166 = 60 л. При условии равномерного расхода, вода начнет нагреваться через час в 7:00. Последующий час вода будет расходоваться и нагреваться, время нагрева сократится. В реальности, процесс расхода и нагрева воды будет выглядеть так:

1. Первый час работы — расход 60 л горячей воды без включения ТН и понижение температуры с +60 °C до +50 °C. Дальнейший водоразбор с 7:00 до 8:00 составит 40 л, температура в бойлере в 7:00 будет t = +50 °C. Это приведет к понижению температуры в бойлере на 5,33 °C. Но работа теплового насоса в течении часа повысит ее на 4,59 °C. Таким образом, получается, что при водоразборе горячей воды 40 л/ч и одновременной работе теплового насоса температура в бойлере понизится на 0,74 °C для 300 л воды.
2. Нагрев воды теплового насоса составляет (1600/1,16)/300 л = 4,59 °C за час работы ТН.
3. Понижение температуры в бойлере за второй час водоразбора составит 5,33 – 4,59 = 0,74 °C, и к окончанию водоразбора (в 8:00) температура воды t в бойлере будет составлять 49,26 °C (или 49 °C, если округлить).
4. Время нагрева от 49 до 60 °C составит: 11 × 300 × 1,16/1600 = 2,39 ч.

Полдень

Водоразбор составит примерно 60 л горячей воды при t = +60 °C с 12:00 до 14:00. Это приведет к падению температуры в бойлере на 8,3 °C: 60 × 0,166 = 10 °C или t = 60 – 10 = 50 °C. Время нагрева до 60 °C составит 10 × 300 × 1,16/1600 = 2,17 ч. Тепловой насос включится в работу в 14:00, время работы — 2,1 часа, окончание работы в 16:10.

Вечернее время

Начало водоразбора — 19:00, а окончание его — 24:00. Общее время расхода воды — 200 л за пять часов, или примерно 200/5 = 40 л/ч. Для включения данного теплового насоса необходимо израсходовать 60 л воды.

Через 1,5 часа ТН начнет работу в 20:30. Температура в бойлере в это время +50 °C. На основании предыдущих расчетов, при условии работы ТН и одновременном расходе воды за 3,5 часа последующего водоразбора, температура воды в бойлере понизится на 3,5 × 0,74 = 2,59 °C и будет составлять 47,4 °C (или округляя 47 °C).

Время на полный нагрев воды до +60 °C после окончания водоразбора сократится и составит 13 × 300 × 1,16/1600 = 2,83 ч. Окончание нагрева — в 4:50. Встроенный дополнительный теплообменник (змеевик) для СК в водонагревателе соединяется магистральными трубопроводами с солнечными панелями. За счет того, что вода может дополнительно нагреваться солнечными коллекторами, время нагрева сокращается.

Занимаемая площадь водонагревателем минимальна. Необходимость во втором бойлере отсутствует. Тепловая энергия, полученная от одного коллектором Sun-Time-Solar в летний солнечный день в Подмосковье, составляет примерно 2 кВт. Установив три коллектора, можно нагреть за световой день на воду в объеме 300 л примерно на +20 °C.

Работа коллекторов начинается около 9:30 и заканчивается примерно в 18:30.

Краткие выводы

Совместное использование водонагревателя с тепловым насосом и солнечных коллекторов позволяют получить большее количество горячей воды в полдень и вечером. Такие проекты можно успешно реализовать на многоэтажных домах, больших объектах и в агропромышленном секторе. Отметим, что при этом: сокращается время нагрева воды ночью; уменьшается расход электроэнергии за счет использования СК; сокращается площадь размещения оборудования; объем бака накопителя уменьшается до четырех раз; сокращаются теплопотери; сокращается количество солнечных коллекторов в гелиоустановке.

Солнечные коллекторы для тепловых насосов

Самый эффективный вид поддержки отопления – это возможность использовать солнечную энергию вместе с существующим отоплением.

Компактная система для дополнения существующих систем отопления, состоящая из бака-теплоносителя теплового насоса со встроенным тепловым насосом и вакуумных плоских солнечных коллекторов Thermo|Solar TS400.

Как это работает?

Обычно солнечные коллекторы стараются обеспечить достаточно тепла для обогрева теплового аккумулятора, и, таким образом, тепло будет доступно для отопления или горячей воды. Однако, если теплый пол или обогрев теплового аккумулятора невозможно из-за недостаточного солнечного излучения, солнечная энергия сохраняется в баке теплоносителя теплового насоса. Из этого бака теплового насоса компактный тепловой насос принимает низкие температуры и повышает их до желаемого уровня нагрева. Днем система Duo нагревает теплоаккумулятор, от которого тепло получает тепло даже ночью. При необходимости имеющееся отопительное оборудование обеспечивает дополнительную энергию для обогрева здания или приготовления горячей воды. В этом случае солнечная энергия, производимая системой Duo, служит опорой для основного отопления, сокращая отопительный сезон и экономя на расходах на отопление.

Можно комбинировать с существующими системами отопления

 

Энергия в резервуаре теплопередачи теплового насоса

Служит компактным тепловым насосом в качестве так называемой температуры источника, потому что единственная задача теплового насоса – поднять текущую температуру до более высокого уровня с помощью электричества. Чем выше температура в резервуаре теплопередачи, тем меньше времени приходится работать тепловому насосу, чтобы поднять ее до желаемого уровня.

Обогрев

Есть замкнутый контур с теплыми полами или радиаторами, через которые тепло, выделяемое в помещение, отводится. Современные дома обычно строятся с низкотемпературным отоплением. Требуется температура от прибл. От 22 ° до 35 ° для создания приятного климата в помещении. Чем ниже температура, необходимая для системы отопления, тем больше прямая выгода от солнечной энергии!

Преимущества

• Легкая интеграция в существующие системы отопления;
• Фактическое удвоение выработки солнечной энергии;
• Использование ранее непригодной солнечной энергии с температурой от -5° до 20°;
• Улучшает поддержку солнечной энергии для радиаторного отопления;
• Быстрая и простая установка;
• Компактный и усовершенствованный дизайн Самые низкие затраты на обслуживание;
• Полное использование солнечной энергии.

Система регенерации контура солнечного теплового насоса

Предназначена для приготовления горячей воды и рекуперации тепла в грунтовых коллекторах тепловых насосов – горизонтальных грунтовых коллекторах, корзинах и вертикальных датчиках.

• Ваш тепловой насос потребляет все больше и больше электроэнергии?
• Ваш тепловой насос даже не работает при слишком низких температурах теплопередачи?
• Есть ли в вашем саду неровная растительность?
• Нужно ли обновлять газон каждую весну?
• Растения в вашем саду растут хуже или позже ваших соседей?

Описание

Солнечные коллекторы, как только поступает солнечная энергия, нагревают аккумулятор тепла или восстанавливают температуру в нижнем контуре теплового насоса. Сначала нагревается теплоаккумулятор. Несмотря на низкую температуру теплоносителя теплового насоса, всегда проверяется возможность нагрева горячей воды. Регенерация происходит независимо от температуры теплоносителя теплового насоса, даже при недопустимо низких температурах для других коллекторов, поскольку в плоских вакуумных солнечных коллекторах Thermo|Solar TS400 невозможна конденсация. Таким образом, солнечная энергетическая система работает с минимальным излучением и, следовательно, дает гораздо более высокую отдачу. Благодаря грамотно подобранной гидравлике и настройке тепловые насосы заказчика не требуют вмешательства.

Система одинаково хорошо работает с тепловыми насосами разных производителей.

 

После определенного периода использования

Датчики цепи заземления тепловых насосов «исчерпаны», потому что поступающая энергия составляет лишь около 1/100 возвращаемой энергии. Его необходимо регулярно «наполнять», обновлять, иначе можно ожидать, что со временем придется пробурить новую скважину на определенном расстоянии от старого зонда. Горизонтальные грунтовые коллекторы и компактные грунтовые коллекторы – корзины регулярно промерзают и оттаивают с большой задержкой только летом. Холодный теплоноситель увеличивает эксплуатационные расходы и увеличивает количество часов работы теплового насоса.

У нас есть решение этих проблем!

Система регенерации контура солнечного теплового насоса:

• Легко интегрируется в существующие системы тепловых насосов. Монтаж возможен в течение 2 рабочих дней;
• Благодаря плоским вакуумным солнечным коллекторам TS400;
• система эффективно работает даже в сложных погодных условиях.

Чем холоднее погода, тем лучше!

Чем холоднее погода, тем меньше энергии вам понадобится для обогрева. Это кажется противоречивым. Однако зимой при температуре наружного воздуха ниже -10 градусов С из-за низкой влажности днем ​​часто бывает небольшое количество облаков. Это означает, что, несмотря на такие низкие температуры, солнце светит ясное небо весь день. В это время мощные вакуумные плоские солнечные коллекторы TS400 работают очень хорошо и могут производить больше энергии, чем необходимо для обогрева вашего дома. Таким образом, избыточное тепло можно хранить в аккумуляторе тепла и использовать в ночное время.

Воздушный тепловой насос и солнечный водонагреватель в сочетании

Арктический тепловой насос уже является самым энергоэффективным воздушным тепловым насосом для холодного климата на рынке Северной Америки. Однако это не единственная причина, по которой наши тепловые насосы являются лучшими в отрасли для водяного отопления и охлаждения. Все наши системы предназначены для быстрой интеграции с солнечным нагревателем . Это может увеличить общую эффективность и эксплуатационные расходы вашей системы еще на 20%. Solar Thermal — это идеальное сочетание для использования с воздушным тепловым насосом, которое может добавить дополнительно 47 000 БТЕ в день в среднем на каждый коллектор.

Мы используем вакуумные трубчатые коллекторы SunRain Solar Vacuum, поскольку эти вакуумные трубки могут обеспечить подачу горячей воды в систему в разгар самой холодной зимы в Северной Америке. Эти коллекторы считаются передовыми технологиями в своей области в Северной Америке и имеют 10-летнюю гарантию. Эффективность солнечной вакуумной трубки позволяет ей производить энергию даже в пасмурные дни. Эффективность наших солнечных тепловых систем составляет 80 %, что означает, что они улавливают и передают 80 % солнечной энергии. Сравните это с солнечной фотоэлектрической панелью с эффективностью 13-16%, и легко понять, почему наши солнечные тепловые системы были настолько успешными даже в регионах с самыми низкими затратами на электроэнергию в мире.

Ниже приведен пример схемы системы охлаждения с интегрированным солнечным тепловым насосом. Не показано, внутрипольное водяное отопление можно использовать вместо фанкойлов или в дополнение к ним.

Как это работает

Солнечные вакуумные трубки используют технологию тепловых трубок, которая передает солнечную энергию на тепловую лампу. Эта нагревательная лампа может достигать температуры 300 C. Каждый коллектор имеет 20 или 30 ламп, которые вставлены в изолированный медный коллектор, который представляет собой теплообменник. Тепловые трубки передают свою тепловую энергию коллектору и специальной теплоносителю на основе гликоля. Каждый коллектор содержит 2,2 литра или 0,6 галлона теплоносителя. В теплообменник коллектора вставлен датчик температуры. Второй датчик температуры размещается на дне буферной емкости теплового насоса, а дифференциальный контроллер с насосным агрегатом измеряет обе температуры. Когда температура теплоносителя в верхней части коллектора превышает температуру воды в баке, включается насос и начинается передача энергии. Горячий теплоноситель циркулирует через большой теплообменник, расположенный на дне бака. Затем энергия передается в накопительный бак для подачи в остальную часть системы отопления дома.

Интеграция с тепловым насосом воздух-вода является идеальной комбинацией для солнечной энергии, так как они используют один и тот же гликолевый теплоноситель. В отличие от других тепловых насосов воздух-воздух, тепловые насосы Hydronic и солнечные тепловые используют один и тот же принцип накопления энергии в виде тепловой массы (буферный резервуар). Владельцы домов, которые действительно хотят сократить расходы на электроэнергию, должны обязательно рассмотреть преимущества сочетания теплового насоса воздух-вода с солнечным теплом для повышения производительности и снижения эксплуатационных расходов.

Базовый пакет

Что включено?

1. 1 x коллектор Sun Rain TZ581800 20 R
2. 1 x мини-насосная станция Sun Rain
3. 1 x контроллер дифференциала RESol BS/2
4. 1 x 5 галлонов теплоносителя Solar Glycol из нержавеющей стали
5. 100 футов труб Aurora сталь с комплектом изолированных трубопроводов ¾” и термопроводом
6. Все фитинги Быстроразъемные фитинги ¾” FTP с высокотемпературными керамическими прокладками
7. 1 расширительный бак Zimlet для солнечных батарей
8. 1 поршневой буровой насос PD для системы заполнения

Для получения дополнительной информации о комплектах солнечного отопления посетите сайт www.solartubs.com

Солнечные тепловые насосы: что вам нужно знать Администрация, отопление помещений и подогрев воды могут составлять почти две трети потребления энергии в домах США — эти счета определенно складываются! Вы можете использовать множество различных типов энергоэффективных систем отопления, чтобы компенсировать эти расходы, в том числе солнечные тепловые насосы (SAHP), которые, как утверждают некоторые производители, могут иметь период окупаемости всего от двух до трех лет.

Эти системы сочетают в себе технологии, аналогичные солнечным водонагревателям и тепловым насосам с воздушным источником, для нагрева воды или небольших помещений в вашем доме. САХП существуют с 19 в.70-х годов, но в последнее время стали привлекать больше внимания из-за их высокой эффективности.

Обзор тепловых насосов с использованием солнечной энергии

---

• SAHP сочетают в себе тепловые солнечные панели и тепловые насосы для производства тепла
• Эффективность SAHP зависит от его конфигурации и условий окружающей среды
• типы солнечных коллекторов
• Коэффициент полезного действия является основным способом измерения эффективности SAHP

Как работает тепловой насос на солнечной энергии?

SAHP используют тепловую энергию солнца и тепловых насосов для производства тепла. Хотя вы можете настроить эти системы по-разному, они всегда включают пять основных компонентов: коллекторы , испаритель , компрессор , ТРВ и накопительный теплообменный бак .

Коллекторы

Возможно, вы знакомы с фотогальваническими (PV) солнечными панелями, которые преобразуют энергию солнца в электричество, но слышали ли вы о коллекторах или тепловых солнечных панелях? Вместо того, чтобы производить электричество, коллекторы преобразуют солнечный свет в тепло через свои поглотительные пластины. Вырабатываемое тепло передается хладагенту, веществу, которое поглощает и отдает тепло по всей системе.

Существуют различные типы коллекторов, которые можно использовать для повышения эффективности SAHP в зависимости от условий окружающей среды:

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы содержат большие плоские поглощающие пластины, которые передают тепло хладагенту внутри коллектора. . Они работают с максимальной эффективностью, когда солнце находится прямо над головой, поэтому они лучше всего подходят для мест с большим количеством солнечного света.

Вакуумные трубки 

Вакуумные трубки включают ряды параллельных прозрачных стеклянных трубок, соединенных с трубкой нагревателя, содержащей хладагент. Они работают с более высокой эффективностью, чем плоские пластины, но также могут быть склонны к перегреву и растрескиванию при высоких температурах, что затрудняет их обслуживание в жарком климате.

PV-T или гибридные коллекторы

PV-T или гибридные коллекторы сочетают фотоэлектрические солнечные элементы и тепловые панели. Избыточное тепло, производимое фотоэлементами, передается через тепловую панель хладагенту. Они значительно повышают эффективность и производительность SAHP, тем более что вы можете использовать электроэнергию от PV для питания компрессора. Они не склонны к перегреву и могут хорошо работать как в теплом, так и в холодном климате.

Термодинамический

Термодинамические коллекторы используют тепло окружающего воздуха и солнечного света для нагрева хладагента, проходящего через панель. Они не зависят исключительно от пребывания на солнце, а работают ночью и зимой. Вы можете установить термодинамические коллекторы как по бокам зданий, так и на крышах.

Испаритель

После того, как коллекторы нагреют хладагент, жидкость испарится в газ. В SAHP прямого расширения хладагент циркулирует непосредственно через солнечные коллекторы, а поглотитель действует как испаритель. В SAHP с непрямым расширением хладагент является частью системы с замкнутым контуром, в которой он проходит от коллектора к теплообменнику, который служит испарителем.

Теплообменный клапан

Теплообменный клапан повышает эффективность SAHP, регулируя скорость, с которой хладагент поступает в испаритель, чтобы максимизировать выход энергии.

Компрессор

Газообразный хладагент проходит через компрессор, который создает в нем давление и концентрирует тепло. Для работы компрессора требуется электричество, которое может поступать из ископаемого топлива или возобновляемых источников энергии, таких как фотоэлектрические солнечные батареи.

Накопительный теплообменный бак

Хладагент под давлением проходит через ряд труб, известных как теплообменники или конденсаторы. Хладагент конденсируется в жидкость, и система передает произведенное тепло из труб в воду в вашем накопительном баке. Ваша вода теперь горячая, и вы готовы принять горячий душ!

Вопросы, которые следует задать при сравнении вариантов тепловых насосов с использованием солнечной энергии

---

Производительность вашего SAHP зависит от того, как он сконфигурирован и где вы живете. Перед установкой системы вы должны получить ответы на следующие вопросы:

• Будете ли вы использовать тепловой насос на солнечной энергии для нагрева воды, помещения или того и другого?
• В каком климате вы живете и какая система лучше всего подходит для этого климата?
• Какой тип энергии вы планируете использовать для питания компрессора?
• У вас уже есть компоненты, которые вы собираетесь интегрировать в свой тепловой насос на солнечной энергии?

Как оценить эффективность тепловых насосов с использованием солнечной энергии

Прежде чем выбрать SAHP, вам следует сравнить

Коэффициент полезного действия (COP) различных систем.