Солнечный коллектор тепловой насос: Тепловые насосы

Содержание

Тепловые насосы

Вихревой теплогенератор состоит из двигателя и кавитатора. В кавитатор подается вода (или другая жидкость). Двигатель раскручивает механизм кавитатора, в котором происходит процесс кавитации (схлопывания пузырьков). За счет этого, происходит нагрев жидкости, подаваемой в кавитатор. Подводимая электроэнергия расходуется на следующие цели: 1- нагрев воды, 2 - преодоление силы трения в двигателе и кавитаторе, 3- излучение звуковых колебаний (шум). Разработчики и производители утверждают, что принцип действия основан "на использовании возобновляемой энергии". При этом, не понятно, откуда эта энергия берется. Тем не менее, не происходит никакого дополнительного излучения. Соответственно, можно предположить, что вся энергия, подводимая к теплогенератору, тратится на нагрев воды. Таким образом, можно говорить о КПД, близком к 100%. Но не более...
Но перейдем от теории к практике.

На заре развития «вихревых теплогенераторов» предпринимались попытки проведения независимой экспертизы. Так, известная модель ЮСМАР изобретателя Ю.С.Потапова из Молдовы тестировалась американской компанией Earth Tech International (г.Остин, штат Техас), специализирующейся на экспериментальной верификации новых направлений в современной физике. В 1995 г. были проведены пять серий экспериментов по измерению соотношения между генерируемой тепловой и потребляемой электрической энергией. Заметим, что все многочисленные модификации испытуемого устройства, предназначенные для разных серий экспериментов, лично согласовывались с Ю.С.Потаповым в ходе визита одного из сотрудников компании в Молдову. Подробнейшее описание конструкции испытуемого теплогенератора с вихревой трубой, режимные параметры, методики проведения измерений и результаты приводятся на сайте компании www.earthtech.org/experiments/.

Для привода водяного насоса использовался электродвигатель с КПД=85%, тепловые потери которого на нагрев окружающего воздуха не принимались при расчете теплопроизводительности «вихревого теплогенератора». Отметим, что не измерялись и тепловые потери на нагрев окружающего воздуха, что, безусловно, несколько снижало получаемый КПД теплогенератора.

Результаты исследований, проведенных при варьировании основных режимных параметров (давление, расход теплоносителя, начальная температура воды и др.) в широком диапазоне продемонстрировали, что эффективность теплогенератора изменяется в диапазоне от 33 до 81%, что сильно не «дотягивает» до 300%, заявленных изобретателем перед проведением экспериментов.

Хотя по "тепловому вихрегенератору" расскажу...
Были некоторые примеры значительной экономии денежных средств на отопление в переходные периоды нашей экономики, когда деньги предприятий начинали считать. Сразу скажу, что с связано это с гримасами экономики, а совсем не с теплотехникой.

Скажем, некоторое предприятие желает отапливать свои помещения. Ну холодно им видите ли.
По некоторым причинам, ясно каким, не может вложиться в Газовую трубу, строить свою котельную на угле, мазуте - не хватает масштабов, а центральное отопление отсутствует или далеко.
Остается электричество, но при получении разрешения на использование электроэнергии в термальных целях устанавливали предприятию тариф, превышающий в несколько раз обычный.
Такие были раньше правила, и не только в России, но в Украине, Молдове и др. государствах, которые отпочковались от нас.
Вот тут приходил на помощь г-н Потапов и подобные.
Покупали чудо-устройство, тариф на электроэнергию для электродвигателей оставался обычный, тепловой КПД естественно никак больше сотни быть не мог, а вот в денежном отношении КПД был и 200 и 300, смотря во сколько раз сэкономили на тарифе.

Применяя ТН можно было достичь еще большей экономии, но для тех времен и вихретеплогенератора с эффективностью якобы 1,2-1,5 вполне было достаточно.
Ведь еще больший заявляемый КПД мог только повредить и отпугнуть покупателей, ведь квоты на электроснабжение выделялись по потребляемой мощности, а давал генератор тепла столько-же, если не меньше, в связи с потерями по cos Ф.
По теплопотерям помещений в 30-40% погрешности еще как-то можно было уложиться, списать на колебания погоды.
Сейчас это ушло в прошлое, но тема вихрегенераторов по инерции продолжает всплывать, и ведь находятся дураки, которые покупают, клюнув на информацию с фотками и адресами, что ряд уважаемых предприятий в свое время использовали их у себя и экономили большую кучу денег.
Только всей подоплеки им никто не рассказывает.

ГВС на базе солнечных коллекторов и тепловых насосов | Архив С.О.К. | 2013

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.

Гибридный солнечный коллектор PVT для теплового насоса

Компания CONSOLAR разработала уникальный солнечный коллектор, предназначенный для работы с тепловыми насосами. Новинка получила название “SOLINK”. Запуск продаж в Европе стартует уже с апреля 2018 г.

Солнечные коллекторы SOLINK для теплового насоса

Солнечный коллектор подключается к геотермальному тепловому насосу в качестве источника низкопотенциального тепла. В таком варианте применения, тепловой насос становится воздушным и благодаря отсутствию вентилятора и большой площади теплообмена имеет высокий показатель сезонной эффективности.

Основное преимущество заключается в том, что солнечный коллектор является гибридным и способен генерировать тепловую энергию и электричество одновременно.

Подробнее о гибридных солнечных коллекторах PVT читайте в статье: solarsoul.net/gibridnye-solnechnye-kollektory-pvt

Вариант схемы применения солнечного коллектора SOLINK

Солнечный коллектор разрабатывался специально для работы с тепловым насосом. По словам разработчиков из компании CONSOLAR запуску на рынок предшествовал четырехлетний этап тестирования в нескольких Европейских странах.

Солнечный коллектор для теплового насоса SOLINK

Коллектор имеет дополнительную оребренную поверхность на тыльной стороне, которая увеличивает площадь теплообмена в 10 раз. Благодаря этому эффективность теплообмена возрастает, и коллектор обеспечивает тепловой насос низкопотенциальным теплом в любое время суток.

Для простоты монтажа коллекторы SOLINK оснащены удобным гидравлическим подключение и штекерами для соединения к фотоэлектрической сети.

Подключения солнечного коллектора

Благодаря постоянному охлаждению теплоносителем от теплового насоса фотоэлектрические панели, встроенные в коллектор имеют лучшую производительность. Генерация электроэнергии увеличивается на 7-10 % в год в сравнении со стандартной солнечной панелью такой же мощности. По данным производителя, этой энергии должно хватать на покрытие большей части электричества необходимого для работы компрессора теплового насоса в течении всего отопительного периода. В летнее время электроэнергию можно использовать на собственные нужды или для передачи в сеть по «зелёному тарифу».

СОЛНЕЧНЫЙ ПОДОГРЕВ

Теплонасос

Все источники тепла для тепловых насосов в той или иной мере подвержены влиянию солнечной энергии, но ее можно использовать и непосредственно с помощью солнечных коллекторов с циркуляци­ей теплоносителя, подогрева воздуха, входящего в испаритель, или с помощью солнечных концентраторов. И в Европе, и в США систе­мы с солнечными коллекторами уже есть в продаже. Солнечные концентраторы, по-видимому, более пригодны для абсорбционных тепловых насосов (см. гл. 2). Они еще мало применяются в домаш­них условиях, ко служат предметом значительной исследователь­ской работы. Для подогрева генератора в абсорбционном цикле требуются более высокие температуры, чем достижимые обычными плоскими коллекторами. Однако применение абсорбционного цикла для кондиционирования допускает нагрев от плоских коллекторов, поскольку здесь должна быть температура ниже и потому, что ох­лаждение воздуха проводится летом, как раз тогда, когда солнеч­ная радиация интенсивна и температура коллектора повышена.

Вместе с другими источниками тепла для тепловых насосов ши­роко применяют плоские коллекторы, размещенные на крышах. Вообще солнечные коллекторы интенсивно изучаются для примене­ния не только с тепловыми насосами, но и самостоятельно, а также в схемах с аккумуляторами тепла. Последние представляют интеpec и для тепловых насосов как источники тепла в облачные дни или ночью.

Давая тепло в испаритель при температуре более высокой, чем окружающий воздух, грунт или вода, солнечные коллекторы повы­шают КОП теплового насоса.

Обычно промежуточный теплоноситель — вода передает тепло от коллектора к испарителю. Но может быть и полное совмещение коллектора с испарителем (рис. 5.8), где хладоагент испаряется не­посредственно внутри трубок коллектора. Для нереверсивного теп­лового насоса можно использовать обычный коллектор с минималь­ной доработкой. Если же он служит и как конденсатор при кругло­годичном кондиционировании, следует снять стекло, покрывающее

Рис. 5.8. Солнечный коллектор как ис­паритель для домашнего теплового на­соса.

1 — солнечная радиация; 2 — дополнительный испаритель; 3 — тепловой насос; 4 — воздуш­ный каиал.

Коллектор, и тогда тепло будет эффективно рассеиваться в атмо­сферу. Такая конструкция рассматривалась в США в 1955 г. [17].

Зачастую тепло от солнечного коллектора подается в жидкостный тепловой аккумулятор, куда погружены трубки испарителя. Схе­ма такой установки показана на рис. 5.9. Здесь температура тепло­вого аккумулятора поддерживается солнечным коллектором. Тепло­вой насос имеет два испарителя. Один из них — обычный испари­тель, обдуваемый окружающим воздухом и включаемый в тех слу­чаях, когда окружающая температура достаточно велика. Его так­же можно использовать как конденсатор при реверсировании режима. Тепловой аккумулятор, дающий энергию на испарение, когда окружающая температура слишком низка, выполняет и вто­рую функцию — горячее водоснабжение [18].

В целом схема рис. 5.9 — один из примеров многочисленных предложений о домах с минимальным потреблением энергии, часть из которых реализована и находится на испытаниях. Фактически дом использует три тепловых насоса: один для передачи тепла с по­вышением температуры от солнечного коллектора к аккумулятору, второй —от аккумулятора к системе отопления и третий — от акку­мулятора к системе горячего водоснабжения.

Ограничения в применении обычных плоских солнечных коллек­торов накладываются их размерами и стоимостью. Попытка сни­жения размера коллектора для нагрева жидкости с помощью кон­центратора, проиллюстрирована на рис. 5.10. В конструкции, при­меняемой в доме фирмы Philips в Аахене, показан модуль
коллектора, состоящий из вакуумированной стеклянной трубки, по­ловина внутренней поверхности которой имеет отражающее покры­тие. Внутри трубки размещены две черные трубки с водой, диаметр каждой из них составляет четверть диаметра стеклянной. В целом коллектор можно назвать плоским с обычными трубками, но транс­порт тепла к трубкам происходит путем радиации, а не теплопро­водности. Вакуумирование устраняет потери за счет конвекции. Обратное отражение устраняется покрытием слоем олова или окиси

Рис. 5.9. Экспериментальный дом с пони­женным потреблением энергии и солнеч­ным тепловым насосом.

Рис. 5.10. Модуль солнечного концентратора «Philips» для дома в Аахене.

1 — зеркало; 2 — жидкий теплоно­ситель; 3 — теплопоглощающне трубки, покрытые черной эмалью.

Рис. 5.11. Зависимость КОП системы от температуры в ак­кумуляторе тепла.

Индия. В таком коллекторе достигается более высокая температура, исключающая надобность в применении теплового насоса. В доме Филипса, например, солнечный коллектор (20 м2) собирает в год 36—44 ГДж тепла (при среднем КПД 50%), сохраняемого в баке 40 м3 при температуре до 95° С.

Тепловой аккумулятор играет существенную роль в любой сол­нечной теплонасосной системе. На рис. 5.11 показано влияние Тем­пературы аккумулятора на КОП [19]. Подробно конструкция и при­менение солнечных коллекторов обсуждаются в работе [20].

Солнечные коллекторы рассматривают также в сочетании с грунтовыми. Одна из подобных схем приведена на рис. 5.12, где

/ — направление на юг; 2 —солнечная крыша; 3 — термостат радиатора; 4—6 — внепиковые тепловые насосы; 5 — тепловой насос; 7— горячая вода; 8 — смеситель; 9 — основной аккумулятор тепла на 35 м3.

А 200 Ш F, MZ

Рис. 5.13. Зависимость электропо­требления компрессора и циркуляци­онного насоса от площади грунтового F и солнечного 5 коллекторов.

Рис. 5.12. Схема теплового насоса с одновременным использованием теплоты грунта и Солнца.

Солнечный коллектор и грунтовый испаритель дополняют друг дру­га. На рис. 5.13 показаны результаты расчетов, дающие соотноше­ние между затратой работы и площадью грунтового и солнечного коллекторов при годовой выработке 12 260 кВт-ч. Установлено, что размеры солнечного коллектора должны быть больше 3 м2 на I кВт потерь тепла жилищем. При этом затраты на коллектор окупаются повышением характеристик системы. При солнечном коллекторе площадью 30 м2 с грунтовым испарителем, занимающим только

1 — солнечный коллектор: 2 — трубки в грунте; 3 — тепловой насос; 4 — бак; 5 — дом.

100 м2, достигается КОП = 3,4. Это высокое значение для домашних тепловых насосов. "Если же использовать только грунтовой испари­тель, то требуется поверхность земли 300 м2, и при этом получается

КОП = 2,7.

Тем не менее оказалось, что, несмотря на повышение КОП, в этом случае экономия топлива не окупает стоимости солнечного коллектора. Другие работы по солнечным коллекторам [21] также показывают, что эффективны только коллекторы больших разме­ров. При тепловой мощности домашнего теплового насоса 6 кВт требуется поверхность 20 м2. Важное значение имеют влияние теп­лового аккумулятора на общий КОП и стоимость системы, и хотя демонстрационных установок во всем мире уже довольно много, надежных данных по экономике таких систем еще нет.

Спурре Ф.А., Спурре А.Ф., Кушнаренко В.М. В работе описан созданный дистиллятор, использующий тепловой насос открытого типа и позволяющий более чем в 3 раза сократить водо- и энергопотребление при получении дистиллята. …

По данным из разных источников интернет теплогенератор ЮСМАР в среднем экономит 30% электроэнергии и ничем это не объясняется - просто воспринимается как факт(энергия завихрения воды, вакуумная энерия - это в …

Наткнулся в инете на теплогенераторы ЮСМАР - http://iusmar.com/ - здесь подробнее. Сразу полез в парогенераторы - т.к. это "родная тема для меня", вижу "сверхестественное": Наименование Установки Номинальная мощность электродвигателя, кВт …

Как не платить за отопление? Солнечный коллектор + тепловой насос! Опыт киевлян - Новини

В переулке Щусева есть уникальный для Киева частный дом, хозяева которого никогда не платят ни за отопление, ни за горячую воду. Его жильцы согреваются зимой с помощью солнечного коллектора, передает Инфобуд.

Домик двухэтажный, на крыше установлены 11 солнечных коллекторов, которые издалека бросаются в глаза. Через них, как мы потом узнали, проходит вода и нагревается с помощью специальных стекол черного цвета, которые хорошо притягивают солнечные лучи. После этого горячая вода попадает в батареи, вмонтированные в пол и стены, а также течет из крана.

– Наш дом называется «пассивным», это одна из высших стадий энерговыгодных домов, – говорит Татьяна Эрнст, хозяйка этого жилья, а также единственный в Украине экологический архитектор. – Мы отапливаем его с помощью энергии и тепла солнца и земли. Ну, еще у нас в доме энергосберегающие лампочки, они потребляют электричества на 80% меньше, чем обычные, пишет газета по-Киевски.

Для своего дома Татьяна купила украинские коллекторы ( их производят в Запорожье). Импортные немного мощнее, но стоят они примерно вчетверо дороже. А наши можно купить по цене $500–800 за штуку. То есть все «солнечное оборудование» обошлось максимум в $8 тыс. – это полстоимости авто-малолитражки.

– Летом солнечные коллекторы работают, конечно, эфективнее, они полностью покрывают всю потребность дома в горячей воде, мы подогреваем ее еще и для нашего домашнего бассейна, – говорит Татьяна. Для дома без бассейна хватит и четырех коллекторов. Зимой солнечные коллекторы, конечно, не справляются. Поэтому семья Татьяны пользуется еще и так называемым «теплом земли».

– Бурятся скважины, в них запускается земляной контур (это такая «U-образная» труба), и по этой трубе «бегает» теплоноситель, а именно пропилен. Он с помощью расширяющего и сжимающего компрессоров «забирает» тепло у земли и «отдает» его в дом, передает Инфобуд. Теплоноситель продается в дом уже горячим (+ 50О). В этой технологии земля используется как аккумулятор летнего тепла. Бурение скважины и тепловой насос обошелся в 170 тыс. грн. Таких насосов в Украине пока не производят.

Температуру в доме можно регулировать. Хозяева «актуального» дома поддерживают ее на уровне 19ОС, потому что воздух теплее этой температуры вреден для легких.

Татьяна убеждает, что это очень выгодно – один раз поставил, а всю жизнь пользуешься и ни за что не платишь. Кроме того, не выбрасываешь никакой гадости в атмосферу. Свой опыт обустройства дома хохяйка не скрывает, даже создала свой сайт ernst.kiev.ua, где делится им, выложила фото строительства и всевозможные схемы.

Татьяна Эрнст уже четыре года занимается экологическим строительством. За это время она построила в Украине три «пассивных дома» – кроме своего, еще в Чернигове и Василькове.

Об актуальности подобных проектов не первый день говорят украинские «зеленые». По словам Владимира Костерина, лидера «Партии зеленых», «экономически выгодным может быть только то, что экологически-безопасно». За такими технологиями будущее, однако, еще не все это понимают.

Экологически безопасные технологии, как эти солнечные батареи, могут использовать не только отдельные люди, но и предприятия. Даже на уровне государства. К примеру, наладить производство тех же тепловых насосов. Это поможет создать дополнительные рабочие места.

солнечный коллектор, автономное горячее водоснабжение и отопление | VCS ENERGY

Применение солнечных коллекторов лежит в основе многих энергоэффективных систем. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды и тд. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

Солнечная водонагревательная система состоит из солнечного коллектора, теплообменного контура и теплоаккумулятора (бака с водой). Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель, который нагревается энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до ее использовании.

Плоские коллекторы — самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в отопительных системах и подготовки горячей воды. Такой коллектор представляет собой плоскую теплоизолированную коробку со стеклянной крышкой, в которой находится абсорбирующий тепло слой с трубками, по которым проходит теплоноситель, обычно пропиленгликоль. Остекление бывает прозрачное или матовое. Обычно используется стекло с низким содержанием железа, оно пропускает значительную часть поступающего на солнечный коллектор света.

Плоские коллекторы делятся на жидкостные и воздушные.

Основные недостатки плоских коллекторов — резкое снижение эффективности при ухудшении погоды (в пасмурную, ветреную погоду, облачные дни). Конденсация и влажность приводят к износу внутренних материалов и поломкам системы. Этих недостатков лишены вакуумированные коллекторы.

Трубчатые вакуумированные коллекторы состоят из ряда больших полых стеклянных трубок. Внутри каждой находиться еще одна (иногда несколько) трубка-поглотитель, в которой содержится абсорбер тепла, нагревающий теплоноситель. Между внешней и внутренней трубкой находится вакуум, который служит теплоизолятором.

Солнечная радиация проходит сквозь наружную стеклянную трубку, попадает на трубку-поглотитель и превращается в тепло, которое передается теплоносителю, циркулирующему в трубке. Нагретый теплоноситель циркулирует через теплообменник и отдает тепло воде в баке-накопителе.

Вакуум в стеклянной трубке, являющийся теплоизоляцией для коллектора, снижает потери тепла и защищает поглотитель и теплоотводящую трубку от неблагоприятных внешних воздействий. Вакуумные коллекторы имеют отличные рабочие характеристики.

Наиболее распространенным вариантом применения солнечных коллекторов является горячее водоснабжение. Даже в северных областях с относительно низким уровнем солнечной активности система с солнечными коллекторами может обеспечить 50-70% потребности в горячей воде.

Отличный результат приносит комбинирование различных возобновляемых источников энергии, например тепла Солнца и геотермальной энергии Земли.

Сочетание солнечных коллекторов с тепловым насосом является оптимальным энергоэффективным решением водоподогрева. При этом система является экологически чистой. Благодаря солнечной энергии можно подогреть до 70% всей необходимой горячей воды, что сокращает потребление электроэнергии и облегчает работу теплового насоса в системе отопления.

Солнечные коллекторы отличает большой срок эксплуатации и простота обслуживания.

Получить консультацию специалиста по всем вопросам, касающимся выбора, установки и обслуживания солнечного коллектора можно по телефону (846) 255-61-51 или отправив Ваш вопрос на e-mail: [email protected], указав в письме телефон для связи с Вами.


 

Тепловые солнечные коллекторы

Для чего используются тепловые солнечные коллекторы? Где можно их использовать - сферы применения, варианты применения, плюсы и минусы коллекторов, технические характеристики, эффективность. Можно ли сделать самому и насколько это оправдано. Схемы применения и перспективы.

к содержанию ↑

Назначение

Коллектор и солнечная батарея два разных устройства. Батарея использует преобразование солнечной энергии в электрическую, накапливающуюся в аккумуляторах и применяющуюся для бытовых нужд. Солнечные коллекторы, как и тепловой насос, предназначены для сбора и накапливания экологически чистой энергии Солнца, преобразование которой используется для нагрева воды либо отопления. В промышленных масштабах стали широко использоваться солнечные тепловые электростанции, преобразующую тепло в электроэнергию.

к содержанию ↑

Устройство

Коллекторы состоят из трех основных частей:

  • панели;
  • аванкамера;
  • накопительный бак.

Панели представлены в виде трубчатого радиатора, помещенного в короб с наружной стенкой из стекла. Их необходимо располагать на любом хорошо освещенном месте. В радиатор панели поступает жидкость, которая затем нагревается и передвигается в аванкамеру, где холодная вода замещается горячей, что создает постоянное динамическое давление в системе. При этом холодная жидкость поступает в радиатор, а горячая в накопительный бак.

Стандартные панели легко приспособить к любым условиям. При помощи специальных монтажных профилей их можно устанавливать параллельно друг другу в ряд в неограниченном количестве. В алюминиевых монтажных профилях просверливают отверстия и крепят к панелям снизу на болты или заклепки. После завершения работы панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями представляют собой единую жесткую конструкцию.

Система солнечного теплоснабжения делится на две группы: с воздушным и с жидкостным теплоносителем. Коллекторы улавливают и поглощают излучение, и, совершая преобразование ее в тепловую энергию, передают в накопительный элемент, из которой тепло распределяется по помещению. Любая из систем может дополняться вспомогательным оборудованием (циркуляционный насос, датчики давления, предохранительные клапаны).

к содержанию ↑

Принцип работы

В дневное время тепловое излучение передается теплоносителю (вода или антифриз), циркулирующему через коллектор. Нагретый теплоноситель передает энергию в бак водонагревателя, расположенного выше его и собирающего воду для горячего водоснабжения. В простой версии циркуляция воды осуществляется естественным образом благодаря разности плотности горячей и холодной воды в контуре, а для того, чтобы циркуляция не прекращалась, используется специальный насос. Циркуляционный насос предназначен для активной прокачки жидкости по конструкции.

В усложненном варианте коллектор включен в отдельный контур, наполненный водой или антифризом. Насос помогает им начать циркулировать, передавая при этом сохраненную солнечную энергию в теплоизолированный бак-аккумулятор, который позволяет запасать тепло и брать его в случае необходимости. Если энергии недостаточно, предусмотренный в конструкции бака электрический или газовый нагреватель, автоматически включается и поддерживает необходимую температуру.

к содержанию ↑

Виды

Тем, кто хочет, чтобы в его доме была система солнечного теплоснабжения, для начала следует определиться с наиболее подходящим типом коллектора.

к содержанию ↑

Коллектор плоского типа

Представлен в виде коробки, закрытой закаленным стеклом, и имеющий особый слой, поглощающий солнечное тепло. Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя. Чем больше энергии он будет получать, тем выше его эффективность. Уменьшение тепловых потерь в самой панели и обеспечение наибольшего поглощения тепла на пластинах абсорбера позволяет обеспечить максимальный сбор энергии. При отсутствии застоя плоские коллекторы способны нагреть воду до 200 °C. Они предназначены для подогрева воды в бассейнах, бытовых нужд и отопления дома.

к содержанию ↑

Коллектор вакуумного типа

Представляет собой стеклянные батареи (ряд полых трубок). Наружная батарея имеет прозрачную поверхность, а внутренняя батарея покрыта специальным слоем, который улавливает излучение. Вакуумная прослойка между внутренними и внешними батареями помогает сохранить около 90% поглощаемой энергии. Проводниками тепла являются специальные трубки. При нагревании панели происходит преобразование жидкости, находящейся в нижней части батареи в пар, который поднимаясь, предает тепло в коллектор. Этот тип системы имеет больший КПД по сравнению с коллекторами плоского типа, так как его можно использовать при низких температурах и в условиях плохой освещенности. Вакуумная солнечная батарея позволяет нагреть температуру теплоносителя до 300 °C, при использовании многослойного стеклянного покрытия и создании в коллекторах вакуума.

к содержанию ↑

Тепловой насос

Системы солнечного теплоснабжения наиболее эффективно работают с таким устройством, как тепловой насос. Предназначен для сбора энергии из окружающей среды вне зависимости от погодных условий и может устанавливаться внутри дома. В качестве источника энергии здесь могут выступать вода, воздух либо грунт. Тепловой насос может работать, используя лишь солнечные коллекторы, если достаточно солнечной электроэнергии. При использовании комбинированной системы «тепловой насос и солнечный коллектор», не имеет значения тип коллектора, однако наиболее подходящим вариантом будет солнечная вакуумная батарея.

к содержанию ↑

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея.

Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.



Оцените статью:

Загрузка...

Поделитесь с друзьями:

Солнечные коллекторы и тепловые насосы

Нагрев воды требует значительных затрат энергии в зданиях, особенно в жилом секторе. Во многих коммерческих зданиях, таких как рестораны, отели и медицинские учреждения, также используется много горячей воды. Двумя традиционными методами нагрева воды были сжигание и электрическое сопротивление, но солнечные коллекторы и тепловые насосы представляют собой более экологичную альтернативу.

Горючее отопление имеет низкие эксплуатационные расходы, но ископаемое топливо сжигается на месте использования.Помимо негативного воздействия на окружающую среду, отопление с помощью сжигания снижает качество воздуха в городских условиях. С другой стороны, электрические резистивные нагреватели не производят прямых выбросов, но их эксплуатационные расходы очень высоки. Кроме того, если местная сеть использует ископаемое топливо в качестве основного источника энергии, резистивный нагрев просто перемещает выбросы из зданий на электростанции.


Сократите свои счета за электричество и газ с помощью возобновляемой системы горячего водоснабжения.


Солнечные коллекторы используют бесплатный ресурс, который сам достигает точки использования - солнечный свет.Когда солнечные коллекторы устанавливаются на крышах домов или других возвышенностях, затраты на перекачку невелики. Тепловые насосы используют солнечную энергию косвенно, поскольку они нагревают воду, собирая тепловую энергию из наружного воздуха. Тепловые насосы работают на электричестве, как нагреватели сопротивления, но потребление энергии снижается на 50% и более.

Согласно данным городского совета по охране окружающей среды г. Нью-Йорка, на горячую воду приходится 10% общего потребления энергии в зданиях. В частности, для многоквартирных домов на горячую воду приходится 19% потребления энергии.Использование возобновляемых источников тепла может снизить воздействие этих зданий на окружающую среду и снизить их счета за электроэнергию.

Солнечные коллекторы и тепловые насосы: экономия средств

Как солнечные коллекторы, так и тепловые насосы обеспечивают экономию энергии, но они различаются способами достижения этой экономии.

  • Солнечные коллекторы подвергаются прямому воздействию солнечных лучей. Они используют раствор антифриза или другой теплоноситель для сбора тепловой энергии, а затем теплообменник используется для нагрева воды без перемешивания.В тропических регионах с жарким климатом солнечные коллекторы могут быть спроектированы для прямого нагрева воды без промежуточной жидкости.
  • Воздушные тепловые насосы собирают тепловую энергию из наружного воздуха, это означает, что они могут работать ночью и им не нужен прямой солнечный свет. На самом деле тепловые насосы могут собирать энергию из наружного воздуха даже зимой. Однако они становятся менее эффективными при понижении температуры воздуха, и им приходится использовать цикл размораживания для удаления льда с наружных блоков.

Солнечные коллекторы не могут производить горячую воду круглосуточно, так как они зависят от солнечного света так же, как солнечные батареи. С другой стороны, тепловой насос может использовать тепловую энергию наружного воздуха в любое время. Эти две технологии не исключают друг друга, и их можно использовать вместе для достижения большей экономии. Солнечный коллектор обеспечивает максимальное бесплатное нагревание воды солнечным светом, а тепловой насос удовлетворяет потребность в горячей воде, которую не может удовлетворить солнечный коллектор.

Водонагреватели с тепловым насосом могут обеспечить синергию с местными системами возобновляемой генерации.В зависимости от типа и эффективности тепловой насос производит от 2 до 6 киловатт-часов тепла на каждый киловатт-час потребляемой электроэнергии. Это означает, что мощность 100 кВтч от солнечных панелей или ветряных турбин может быть преобразована в 200-600 кВтч для нагрева воды.

Тепловые насосы также могут использоваться в качестве систем хранения энергии при наличии избыточного производства из возобновляемых источников. Они могут преобразовывать излишки электроэнергии в тепловую энергию, хранящуюся в воде, а в изолированном баке накапливается горячая вода для дальнейшего использования.

Использование солнечных коллекторов и тепловых насосов в Нью-Йорке

В Нью-Йорке местные законы 92 и 94 требуют устойчивых кровельных систем на всех новых крышах и существующих пристройках крыш площадью не менее 200 квадратных футов. Только солнечные панели и зеленые крыши считаются «устойчивыми кровельными системами» по закону, но зоны, покрытые солнечными коллекторами, освобождаются от этого требования. Другими словами, солнечные коллекторы можно использовать для уменьшения площади крыши, покрываемой LL92 и LL94. При выборе между солнечными коллекторами или фотоэлектрическими панелями лучше всего обратиться в консультационную фирму по вопросам энергетики, чтобы проанализировать затраты и экономию каждого варианта.

Крыши, используемые для механического оборудования, также освобождены от правил LL92 и 94, включая наружные блоки тепловых насосов. В здании можно комбинировать солнечные панели, солнечные коллекторы и тепловые насосы для экономии энергии, и это не противоречит требованиям LL92 и 94.

Воздушные тепловые насосы - отличный вариант для потребителей электроэнергии, у которых нет места на крыше для солнечных батарей или солнечных коллекторов. Их наружные блоки можно монтировать на стене, как конденсаторы кондиционеров мини-сплит.Тепловые насосы также являются отличным вариантом, когда доступное пространство покрыто тенями, поскольку им не нужен прямой солнечный свет. С другой стороны, солнечные панели и солнечные коллекторы перестают работать, когда их покрывает тень.

Тепловой насос с солнечной батареей - обзор

3.15.3.4 Параллельный тепловой насос с солнечной батареей

Параллельная система SAHP состоит из солнечной тепловой части и теплового насоса, который использует источник тепла, отличный от солнечной энергии [17]. Могут использоваться солнечные коллекторы жидкости (вода или смесь антифриза) или солнечные коллекторы воздуха.В системе солнечного отопления, основанной на жидкостных солнечных коллекторах, солнечная энергия может использоваться непосредственно для отопления или через накопительный бак, а также может применяться дополнительный нагреватель. Тепловой насос обычно использует окружающий воздух или землю в качестве независимого источника тепла. Если используются солнечные воздушные коллекторы, они применяются в основном для пассивного обогрева здания, но поскольку они обычно не могут удовлетворить потребности в обогреве помещения в холодные дни (даже в теплом климате), активное обогревание здания осуществляется через воздуховод. - тепловой насос воздух или воздух-вода [31].

Как уже упоминалось, в прошлом система солнечного отопления (солнечные коллекторы и накопители) отвечала только за нагрев горячей воды (ГВС), а тепловой насос - за обогрев помещений. Обе системы раньше работали без взаимодействия. Стандартная параллельная система SAHP представлена ​​в , рис. 9 . Легенда к этому рисунку такая же, как для Рисунок 8 .

Рисунок 9. Стандартная параллельная система SAHP. Обозначения см. В заголовке Рис. 8 .

Эта система состоит из традиционной солнечной тепловой части с солнечными жидкостными коллекторами (вода или смесь антифриза) в замкнутом контуре солнечного коллектора и накопительного бака.(Если используются воздушные коллекторы, они интегрированы в фасад здания и контур солнечного коллектора открыт.) В накопительном баке также есть теплообменники для ГВС и для отопления помещений. В накопительном баке есть еще один теплообменник, который соединяет этот накопитель с накопительным баком ГВС, аналогично системе серии SAHP, представленной на , рис. 9, . Система ГВС теоретически не зависит от отопления помещений; тем не менее, некоторое взаимодействие существует из-за общего основного резервуара для хранения.Другой основной компонент параллельной SAHP - это обычный тепловой насос, который может быть одного из следующих типов: воздух – воздух, воздух – вода, рассол (вода) – вода, рассол (вода) – воздух. Солнечная энергия имеет приоритетное значение для удовлетворения потребностей в отоплении. Также имеется дополнительный обогреватель для обогрева помещения. Основные режимы работы системы следующие:

Солнечный нагрев ГВС: Тепло, накопленное в основном водонагревателе, передается в резервуар ГВС (описание этого режима работы такое же, как для системы серии SAHP. представлен в Рисунок 8 ).

Солнечное отопление помещений: Когда температура T s накопленного тепла достаточно высока, то есть, если T s > T smin , то Q hd = Q нагреть и в это время тепловой насос выключен, Q л.с. = 0; В зависимости от солнечного излучения и разницы между температурой солнечных коллекторов и накопителя контур солнечного коллектора может работать ( Q u > 0) или нет ( Q u = 0).

Нагрев с тепловым насосом: если температура собранного или накопленного тепла слишком низкая для удовлетворения требований к отоплению, то есть, если T с T смин , тепловой насос работает с использованием источник тепла, отличный от солнечной энергии, и тепло, подаваемое в здание, отбирается из конденсатора теплового насоса, поэтому Q hpcon = Q heat и Q hd = 0; в зависимости от солнечных условий и разницы между температурой солнечных коллекторов и накопителя, контур солнечного коллектора может работать ( Q u > 0), а тепло может храниться в накопительном баке или нет ( Q u = 0).

Тепловой насос и дополнительный нагрев: Правила этого режима работы такие же, как для последовательного теплового насоса, показанного на Рисунок 8 , единственная разница заключается в источнике тепла для теплового насоса, которая отличается от солнечной энергии. Нагревательная нагрузка обеспечивается тепловым насосом и дополнительным нагревателем, и Q л.с., расход + Q вспомогательный = Q тепло .

В параллельной системе SAHP общая доступная энергия системы представляет собой сумму энергии, полученной от двух различных систем: солнечной тепловой системы и системы теплового насоса.Тепловое описание двух рассмотренных систем такое же, поскольку они работают как автономные системы. Однако косвенно они влияют друг на друга, потому что, когда используется один источник тепла, другой нет. Это означает, что тепло от этих источников тепла извлекается не так быстро и во время перерывов в работе, если они имеют способность, как, например, земля, они могут немного восстанавливать или сохранять накопленное тепло для дальнейшего использования. Для описания работы солнечной тепловой системы, включая нагрев ГВС, стандартный энергетический баланс накопителя может быть выражен аналогично уравнению [12] в следующей форме:

[16] (Vcρ) dTsdt = Qu (t) - Qloss (t) −Qhd (t) −QDHWd (t)

Член в левой части уравнения [16] выражает (как и раньше) емкость хранения и колебания температуры хранения T с во времени и что на правой стороне дает полезную солнечную энергию Q и , поставляемую солнечными коллекторами, тепловые потери от накопителя Q потери , тепло подается непосредственно в контур отопления Q hd для удовлетворения тепловая нагрузка помещения и тепло, подаваемое в накопительный бак ГВС Q ГВС .Тепло не поступает в испаритель теплового насоса Q л.с. .

Тепловой насос работает стандартно, как обычный тепловой насос; следовательно, КПД теплового насоса можно выразить стандартным уравнением [2c]. Однако также возможно определить COP всей параллельной системы SAHP. Затем необходимо включить общую работу системы, поэтому помимо потребляемой работы Вт для привода компрессора теплового насоса необходимо добавить потребляемую работу Вт тепла для циркуляционного насоса водяного контура отопления или для вентиляторов системы воздушного отопления в здании, и потребляемая мощность Вт насос для циркуляционных насосов солнечной системы отопления.Общее количество тепла Q Тепло , подаваемое в систему отопления помещения (система ГВС не учитывается при определении COP, потому что теоретически это автономная система отопления) в течение более длительного времени ее работы представляет собой сумму тепла, отведенного напрямую Q hd из солнечного накопительного бака и тепло Q hpcon , подаваемое конденсатором теплового насоса и тепло Q aux , обеспечиваемое дополнительным нагревателем, что можно записать следующим образом:

∑tQheat = ∑tQhd + ∑tQhpcon + ∑tQaux

Таким образом, COP рассматриваемой параллельной системы SAHP (см. Рис. 9 ) можно выразить аналогично COP для последовательной системы SAHP (см. Рис. 8 ) с той разницей, что имеется новая потребляемая мощность Вт л.с. , которая представляет работу, необходимую для циркуляции рабочей жидкости в источнике тепла теплового насоса для отвода тепла из этот источник.В случае теплового насоса, использующего в качестве источника тепла окружающий воздух, он обычно равен нулю. Ссылаясь на уравнение [15], COP параллельной системы SAHP, рассмотренной выше, можно записать как

[17] COP = QheattotalWtotal = Qhd + Qhpcon + QauxW + WpumpSd + Wheat + Waux + Whp

Источники и радиаторы для теплового насоса и солнечной системы могут быть основаны на воздушных или жидкостных коллекторах, обеспечивающих теплом систему воздушного или водяного отопления в здании. Все эти разновидности могут использоваться в параллельных системах; однако некоторые из них более популярны, чем другие.Параллельная система SAHP может обеспечивать теплом систему отопления, в которой теплоносителем является вода или воздух. Контур солнечного коллектора может подавать тепло в резервуар для хранения воды. Сохраненное тепло можно подавать в водо-водяной теплообменник, расположенный в контуре водяного отопления, или в теплообменник вода-воздух, расположенный в отапливаемом (кондиционируемом) помещении. Также можно использовать воздушные солнечные коллекторы; они обычно работают пассивно и поставляют тепло непосредственно в помещение. Тепловые насосы используют возобновляемые источники тепла, кроме солнечной энергии.Тепловой насос окружающего воздуха (источник тепла) может использоваться для подачи тепла в воздух в помещении (радиатор). В такой системе «солнечный» теплообменник вода-воздух и тепловой насос воздух-воздух по отдельности обеспечивают тепло для обогрева помещения. Также возможно использование геотермального теплового насоса, который особенно популярен в высокоширотных странах. В такой системе в основном «солнечный» водо-водяной теплообменник и грунтовый (рассол) -водяной тепловой насос обеспечивают тепло для обогрева помещения через контур отопления (напольное или настенное отопление) в здании.В систему также входят автономный отопитель и автоматическая система управления.

Стратегия работы параллельного SAHP заключается в том, чтобы отдавать приоритет солнечной тепловой части, затем тепловому насосу и, в конечном итоге, в качестве последней альтернативы, электрическому нагревателю как источнику пикового напряжения. Однако раньше все компоненты работали отдельно, один за другим. В настоящее время существуют системы, которые посредством автоматического управления позволяют подавать тепло одновременно от солнечной тепловой системы и от «несолнечного» теплового насоса и даже от дополнительного нагревателя в накопитель или напрямую в систему отопления.Если водонагреватель используется для отопления здания и ГВС, то по санитарным причинам ( бактерии Legionella, ) необходимо периодически (например, один раз в неделю) иметь температуру воды для системы ГВС выше определенного уровня. (обычно предел 55 ° C). Для обеспечения такого уровня температуры иногда работают все три нагревательных элемента (солнечные коллекторы, тепловые насосы, электронагреватель). В отопительном контуре здания в качестве теплоносителя может использоваться вода или воздух. В этой модифицированной параллельной системе SAHP возможны следующие режимы работы:

Только солнечное отопление: если температура T с накопленного тепла достаточно высока, то есть если T с > T smin , затем Q hd = Q тепло + Q ГВС , и тепловой насос не работает; в зависимости от солнечных и внешних условий, контур солнечного коллектора может работать, и полезное тепло Q и от солнечных коллекторов может передаваться в накопительный бак.

Солнечный нагрев и нагрев тепловым насосом параллельно: если температура накопленного или накопленного тепла слишком низкая для удовлетворения общей тепловой нагрузки, T с T smin , но все же это температура достаточно высока (выше заданного температурного предела), T s > T slimit , чтобы подавать немного тепла Q sol = Q hd в систему отопления, солнечную система работает, обеспечивая часть потребности в тепле.В то же время тепловой насос работает с использованием источника тепла, отличного от солнечной энергии, и обеспечивает остальную часть необходимого тепла Q л.с.кон , следовательно, Q hd + Q л.с.кон = Q тепло + Q ГВС .

Отопление с помощью теплового насоса. Если температура накопленного или накопленного тепла слишком низкая для удовлетворения потребностей в отоплении даже частично, то есть, если T s T slimit , тепловой насос работает с использованием источника тепла, отличного от солнечной энергии, и обеспечивает все требования по отоплению Q л.с.кон = Q тепло + Q ГВС ; в зависимости от солнечных условий и разницы температур между солнечными коллекторами и накопителями полезное тепло от солнечных коллекторов Q и может собираться и храниться.

Нагрев с помощью теплового насоса и дополнительного нагрева: если температура тепла, собираемого солнечными коллекторами, или тепла, хранящегося в накопительном баке, слишком низкая для удовлетворения потребностей в отоплении даже частично, то есть, если T с T slimit , тепловой насос работает от источника тепла, отличного от солнечной энергии, и подает Q hpcon в систему отопления; однако, если КПД теплового насоса падает ниже предела, определенного системой управления, то для обеспечения остального тепла используется дополнительный нагреватель Q вспомогательный для удовлетворения всех требований к отоплению Q л.с.кон + Q доп. = Q тепло + Q ГВС ; в зависимости от солнечных условий и разницы температур между солнечными коллекторами и накопителями полезное тепло от солнечных коллекторов Q и может собираться и храниться.

Солнечное отопление, отопление с тепловым насосом и дополнительное отопление: это когда должна быть достигнута пиковая нагрузка; если это возможно, то тепло вырабатывается солнечными коллекторами Q sol = Q hd и тепловой насос работает, обеспечивая больше тепла Q hpcon , и потому что этого недостаточно для полного нагрева требования Q hd + Q hpcon heat + Q ГВС , дополнительный нагреватель включен и подает остальное необходимое тепло Q aux , следовательно, Q u + Q notsol + Q aux = Q heat .

Общее количество тепла, подаваемого в систему отопления, можно выразить тем же уравнением [16], что и в случае стандартной параллельной системы SAHP. Однако теперь следует учитывать и количество тепла, подаваемого для нужд ГВС, потому что тепловой насос также выполняет эту функцию. Следовательно, входная работа (электрическая энергия) дополнительного нагревателя для ГВС также должна быть включена, а также другая рабочая входная мощность Вт ГВС , связанная с этой функцией, например, для привода циркуляционных насосов контура циркуляции ГВС и обычная трубопроводная сеть.Усредненные энергетические характеристики параллельной системы SAHP для отопления помещений и ГВС, то есть усредненный COP для всей системы, могут быть выражены таким же образом, как и для параллельной системы SAHP, включая тепло, подаваемое для ГВС, и связанные с этим затраты труда. с этой функцией. COP принимает следующий вид:

[18a] COP = QheattotalWtotal = Qhd + Qhpcon + Qhaux + QauxDHWW + WpumpSd + Wheat + Whaux + Whp + WDHW + WauxDHW

Предполагая, что солнечный тепловой и несолнечный тепловой насос поставляют тепло. к тому же контуру отопления в здании с той же жидкостью-теплоносителем и со ссылкой на уравнение [14], теперь уравнение [18] усредненного COP рассматриваемой параллельной системы SAHP принимает вид:

[18b] COP = QheattotalWtotal = Qhd + Qhpcon + QauxWtotal = mcCp [(Tsout − Tsin) + (Tconout − Tconin)] + Qhaux + QhdDHW + QhpconDHW + QauxDHWW + WpumpSd + Wheat + Whaux + Whp + WDHW + WauxDHW

зависит от типа используемой солнечной тепловой системы.Символы ввода работы такие же, как в уравнении [14]. Если используются другие циркуляционные насосы или вентиляторы, их работа также должна быть включена в уравнения [18a] и [18b].

В настоящее время один из наиболее типичных вариантов параллельной системы SAHP реализуется путем интеграции всех основных компонентов в резервуар для хранения воды с расслоением. Солнечные коллекторы через рабочую жидкость (воду или смесь антифриза), циркулирующую в замкнутом контуре, подают полезное тепло Q и в накопительный бак.Теплообменник контура солнечного коллектора обычно расположен в нижней части накопительного бака. Тепловой насос использует источник тепла, отличный от солнечной энергии, и подает тепло, извлеченное из этого источника, также в накопительный бак. В некоторых системах также можно подавать тепло непосредственно в систему отопления в здании (не через накопители) [13]. Обычно теплообменник, соединяющий конденсатор теплового насоса и накопитель, расположен в верхней части накопительного бака, над теплообменником солнечного коллектора.Иногда конденсатор теплового насоса можно поместить прямо в накопительный бак. Если водонагреватель также предназначен для ГВС, то вход холодной воды расположен внизу. В верхней части резервуара установлен выпуск горячей воды для ГВС, для отвода тепла Q hDHW для ГВС. В баке есть еще один теплообменник, ниже выхода ГВС, который соединяет хранилище с отопительным контуром для отопления помещений, обычно низкотемпературного, например, контуром теплого пола. Тепло Q тепло , необходимое для отопления здания, отбирается через этот теплообменник.Очень часто дополнительный нагреватель, обычно электрический, так как пиковый источник также встроен в накопительный бак наверху. При необходимости, когда температура накопительного бака, даже в верхней части, слишком низкая для удовлетворения требований к обогреву, включается электрический нагреватель, и он подает дополнительное тепло Q вспомогательное тепло в накопительный бак.

Большинство современных параллельных систем SAHP содержат резервуар для хранения, который является основным основным компонентом системы, объединяющей все остальные компоненты.В такой конфигурации системы, даже если солнечная тепловая система и тепловой насос не имеют прямого контакта, через общий накопительный бак они взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие дает положительные эффекты, потому что солнечная тепловая часть и тепловой насос дополняют друг друга. Это делает работу всей системы отопления очень надежной. Параллельная система SAHP может обеспечивать все тепловые нагрузки, и нет необходимости устанавливать и использовать какое-либо другое нагревательное устройство, дополнительную горелку или бойлер.Это очень удобно для пользователя. Однако из-за того, что тепловой насос и солнечные коллекторы передают тепло одному и тому же накопителю, иногда работа одной части системы, обычно теплового насоса, ограничивает работу другой, то есть солнечных коллекторов. Например, зимой в высокоширотных странах очень редко температура рабочей жидкости солнечных коллекторов бывает выше температуры теплоносителя, отбирающего тепло из конденсатора теплового насоса.Как следствие, тепловой насос работает большую часть времени и ограничивает использование солнечной энергии. Кроме того, иногда установщики (через систему автоматического управления) устанавливают слишком высокий предел температуры рабочей жидкости солнечных коллекторов для циркуляции. Если это значение слишком велико (например, выше 40 ° C), рабочая жидкость не циркулирует и не подает тепло в накопительный бак зимой и в пасмурные дни, что значительно ограничивает работу солнечной тепловой части системы.

На рис. 10 представлена ​​схема современной параллельной системы SAHP, а на рис. 11 показаны основные компоненты системы во внутренней «котельной» (тепловой насос посередине, комбинированный буферный накопитель справа). Эта система действует недавно. На рис. 10 символы T с номерами в индексах представляют основные датчики температуры, связанные с системой управления. Эта система состоит из следующих основных компонентов: солнечные коллекторы - плоская пластина с антифризной смесью в качестве рабочего тела; грунтовый тепловой насос с П-образными вертикальными теплообменниками и смесью антифриза в качестве рабочего тела; комбинированное буферное хранилище с водой в качестве накопителя; накопительный бак для ГВС с пиковым электронагревателем.В доме установлен низкотемпературный контур теплого пола. Комбинированное буферное хранилище состоит из большого резервуара и маленького внутри большого. Контур солнечного коллектора замкнут, и тепло передается через теплообменник в большой накопительный бак. Большой бак также питается от геотермального теплового насоса. Маленький резервуар внутри большого используется как буфер для ГВС. Внизу есть вход для холодной воды, а вверху - выход для теплой воды. Выход соединен с водонагревателем ГВС, который также может подаваться напрямую от теплового насоса, и при необходимости может быть включен электрический нагреватель.Отопление здания осуществляется за счет тепла, хранящегося в большом резервуаре комбинированного буферного накопителя. Ссылаясь на уравнение [12], записанное для усредненной температуры хранения T s , энергетический баланс комбинированного буферного накопителя в нестационарном состоянии рассматриваемой системы можно записать следующим образом:

Рисунок 10. Пример параллельная система SAHP, работающая с 2010 года.

Рисунок 11. Компоненты параллельной системы SAHP, показанные на Рисунок 10 .

[19] (Vcρ) dTsdt = Qu (t) + QhpBS (t) −Qloss (t) −QhDHWBS (t) −Qh (t)

В уравнении [19] присутствует тепло Q hpBS подается тепловым насосом в комбинированный буферный накопитель. Это может быть общее количество тепла, обеспечиваемое тепловым насосом, Q л.с. BS = Q л.с. или только часть Q л.с. BS = xQ л.с. этого тепла, если есть количество тепла Q л.с. ГВС = (1 - x ) Q л.с. , подаваемое тепловым насосом в резервуар ГВС.В определенный период времени также может производиться отбор некоторого количества воды, нагретой из небольшого резервуара для подпитки резервуара ГВС, Q hDHWBS = mC ( T DHWBS - T в ) . Таким образом, энергетический баланс водонагревателя ГВС можно записать следующим образом:

[20] (Vcρ) dTDHWdt = QhDHWBS (t) + (Qhp (t) −QhpBS (t)) + QauxE (t) −Qloss (t) −QhDHW (t)

Нет входа холодной воды в накопитель горячей воды, а есть только выход для прямого использования.Некоторое количество холодной воды подается на трехходовой клапан из водонагревателя, чтобы защитить пользователя от слишком высокой температуры воды из системы ГВС.

Параллельная система SAHP, представленная в Рис. 10 поставляет тепло для отопления здания и для системы ГВС. Работа системы основана на солнечных коллекторах и наземном тепловом насосе, которые подают тепло в один или оба резервуара для хранения. Основные режимы работы рассматриваемой системы в общих чертах можно описать следующим образом:

Только солнечное отопление: накопительные баки: комбинированный буферный накопитель и накопитель горячей воды питаются от солнечных коллекторов; тепловой насос выключен, и дополнительная энергия не используется.

Солнечное отопление и пиковый дополнительный нагрев для ГВС: водонагреватели снабжаются только солнечными коллекторами; тепловой насос выключен, при пиковой нагрузке (или для защиты от бактерий Legionella ) включен дополнительный электрический нагреватель; В зависимости от тепловых условий и условий окружающей среды полезное тепло Q и от солнечных коллекторов может передаваться в резервуары для хранения.

Солнечное отопление и обогрев тепловым насосом параллельно: если температура накопленного или накопленного тепла слишком низкая, чтобы соответствовать общей тепловой нагрузке, для ГВС и отопления помещений тепловой насос включается и подает тепло одному или два резервуара для хранения; полезная солнечная энергия может быть собрана и сохранена в комбинированном накопительном баке, если это возможно.

Отопление только с помощью теплового насоса: когда разница температур между выходом контура солнечных коллекторов и накопителем (в заданной точке) ниже предельного значения, солнечные коллекторы не работают, и тепло насос обеспечивает все потребности в отоплении и питает один или два резервуара.

Отопление с помощью теплового насоса и дополнительного нагрева: когда нет доступной солнечной энергии и тепловой насос не может обеспечить все тепло для ГВС, дополнительный электрический нагреватель включен в пиковое время.

COP рассматриваемой системы, которая применяется для отопления помещений и ГВС, можно в общем виде выразить следующим образом:

[21] COP = QheattotalWtotal = Qhd + Qhpcon + QauxDHWW + WpumpSd + Wheat + Whp + WDHW + WauxDHW

Приведенное выше уравнение написано с предположением, что общая потребность в тепле обеспечивается рассматриваемой системой. Использование электрического нагревателя ( W auxDHW ) включено в общий объем работ, необходимых для выполнения всех требований по обогреву; однако электронагреватель используется только для приготовления горячей воды.В общем объеме работ Вт ГВС также требуются работы для привода циркуляционного контура и насосов в системе ГВС. Конечно, за эффективную работу системы отвечает автоматическая система управления [34].

В некоторых параллельных системах SAHP возможно, что тепловой насос может подавать тепло непосредственно в систему отопления (обычно в накопительный бак, как в системе, представленной в рис. 10 ), в зависимости от потребности в тепле и уровня температуры рабочая жидкость.Автоматическое управление рассматриваемой системой может быть организовано по-разному и приоритеты могут быть отданы разным источникам тепла. Солнечные коллекторы и тепловой насос не соединены друг с другом. Они могут работать альтернативными способами, то есть каждый из них в разное время, но они также могут работать вместе, одновременно обеспечивая тепло. Основная идея параллельной работы заключается в использовании двух источников тепла: солнечной энергии для солнечных коллекторов и другого (не солнечного) для теплового насоса параллельно.Однако, как было представлено, существует взаимодействие между операциями основных компонентов системы, даже если они не связаны друг с другом. Возможно, такие системы можно было бы назвать гибкими параллельными системами SAHP. Современные системы управления, основанные на микропроцессорных технологиях, позволяют применять различные стратегии работы для различных приложений и требований к теплу.

Система с тепловым насосом на солнечной энергии - обзор

3.15.3.3 Системы с тепловым насосом на солнечной энергии серии

Систему серии SAHP можно просто назвать солнечным тепловым насосом, поскольку солнечная энергия является единственным источником тепла, используемым для теплового насоса .В большинстве серийных систем SAHP существует два основных режима работы системы (она также может иметь дополнительный нагрев, и тогда его можно рассматривать как третий режим работы):

солнечный прямой нагрев - если температура накопленного или накопленного тепла (в зависимости от конфигурации системы) достаточно велико, тогда солнечная энергия используется непосредственно для отопления;

Непрямое солнечное нагревание с помощью теплового насоса - если температура собираемого или хранимого тепла слишком низкая для прямого нагрева, то тепловой насос используется для удовлетворения потребности в отоплении, то есть солнечная энергия преобразуется в полезную тепло используется в качестве источника тепла для теплового насоса.

Следует отметить, что в странах средних и высоких широт в основном используются жидкостные солнечные коллекторы (плоская пластина или вакуумная трубка) с циркулирующей смесью антифриза в коллекторном контуре и накопительном баке с водой в качестве носитель информации. Накопительный бак - центральный компонент системы отопления. Хранение тепла улучшает тепловые характеристики системы и увеличивает ее надежность [20, 30]. Расположение накопительного бака может отличаться в зависимости от конфигурации системы, которая влияет на режим работы.Для улучшения способности аккумулировать тепло можно использовать ПКМ (резервуар для хранения наполнен ПКМ), а затем происходит аккумулирование тепла за счет как удельной, так и скрытой теплоты воды и носителя ПКМ [21–23]. В странах с низкими и средними широтами используются жидкостные, в основном водяные или воздушные солнечные коллекторы.

В случае коллекторов воздуха они обычно применяются для обогрева помещений здания, в основном пассивным способом, и обычно интегрируются с южным фасадом здания.Наружный (окружающий) воздух циркулирует в пространствах или каналах южного фасада солнечных коллекторов. Воздухосборники также могут активно использоваться, когда вентиляторы используются для принудительной циркуляции воздуха или когда они (коллекторы) помогают испарителю теплового насоса воздух-воздух или воздух-вода. Если солнечные воздушные коллекторы пассивной солнечной системы очень часто используются для отопления помещений напрямую зимой, даже в теплом климате (например, в Средиземноморье), они не работают постоянно из-за слишком низкой температуры окружающей среды и слишком низкой солнечной энергии. уровень облучения [31].Однако, если эти коллекторы используются для подачи наружного воздуха, нагретого солнечным излучением, в качестве источника тепла для теплового насоса, то они могут использоваться круглый год и нет необходимости использовать какие-либо другие нагревательные устройства. Этот тип систем серии SAHP может работать в гибридном режиме, то есть они основаны одновременно на пассивной (коллекторы) –активной (тепловой насос) режимах. Если тепловой насос используется только для отопления помещений, это может быть тепловой насос воздух-воздух. Однако, если он используется для нескольких функций, в основном для обогрева и охлаждения помещений и ГВС, тогда можно использовать тепловой насос воздух-вода, а обогрев и охлаждение помещения можно осуществлять, например, с помощью фанкойлов.

Идея серийных систем SAHP с солнечными коллекторами появилась в конце 1970-х годов [18]. Пример традиционной серии SAHP представлен на Рис. 8 . Цифры, приведенные на рисунке, относятся к основным компонентам системы. В серийной системе SAHP рабочая жидкость-теплоноситель (вода или смесь антифриза) циркулирует в контуре солнечного коллектора и передает тепло, собираемое солнечными коллекторами, к теплообменнику в накопительном баке. В накопительном баке есть еще один теплообменник, который соединяет этот накопительный бак с накопительным баком ГВС и / или с отопительным контуром здания или с испарителем теплового насоса.Это означает, что система ГВС теоретически не зависит от отопления помещения, а бак-накопитель оборудован дополнительным нагревателем. Отопление здания может осуществляться непосредственно от накопительного бака или с помощью теплового насоса. Жидкий теплоноситель, которым обычно является вода, передает тепло от накопительного бака к испарителю теплового насоса. Хладагент теплового насоса забирает тепло из воды, которая после охлаждения возвращается в накопительный бак. Тепло от конденсатора теплового насоса отбирается рабочей жидкостью отопительного контура для обеспечения теплом здания.В зависимости от типа системы отопления в качестве теплоносителя используется вода или воздух.

Рисунок 8. Система SAHP стандартной серии. Обозначения: 1, солнечный коллектор; 2 - теплообменник; 3, накопительный бак; 4, тепловой насос. 5, контур отопления помещения; 6 - грунтовый теплообменник; 7, трехходовой регулирующий клапан; 8, датчик температуры; 9, циркуляционный насос. 10, накопительный бак ГВС; 11 - предохранительный клапан; 12, расширительный бачок; 13, солнечный контроль; 14, датчик температуры в коллекторном контуре. 15, кровотечение; 16 - обратный клапан; 17, датчик температуры; 18, датчик температуры в контуре заземления.19, циркуляционный насос в контуре заземления. 20, контроль; 21, холодное водоснабжение; 22, основной накопительный бак; 23, дополнительный отопитель.

Для описания работы стандартной системы SAHP, представленной в рис. 8 , энергетический баланс накопителя в нестационарном состоянии может быть представлен как

[12] (Vcρ) dTsdt = Qu (t) −Qloss (t) −Qhd (t) −Qhp (t) −QDHWd (t)

Член в левой части уравнения [12] выражает емкость запоминающего носителя в резервуаре ( Vcρ (J K ​​ - 1 )) и колебания температуры хранения T с во времени, вызванные (термины в правой части) приростом полезной солнечной энергии Q и , поставляемой солнечными коллекторами, которая уменьшается из-за потери тепла из накопителя Q потери (при качественной теплоизоляции бака потерями можно пренебречь) и тепло, используемое непосредственно для отопления помещений Q hd и для потребности в нагреве горячей воды Q DHWd (тепло подается в резервуар горячей воды) и из-за тепла, подаваемого в ah ест помпу испарителя Q лс .Температура хранения T s в уравнении [12] относится к хранению с полным перемешиванием среды для хранения (воды) или может рассматриваться как усредненное значение, если существует эффект расслоения в резервуаре для хранения.

Основные режимы работы рассматриваемой системы серии САХП (потери тепла от накопителя не учитываются, потери Q = 0) следующие:

ГВС на солнечной энергии: Тепло, накопленное в накопительном баке, передается в бак ГВС.Когда температура T sDHW накопленного тепла в баке ГВС достаточно высока, то есть, если T sDHW > T DHWmin , то вся нагрузка ГВС поступает из резервуара ГВС, Q ГВС = Q ГВС , и дополнительный нагреватель выключен, поэтому Q доп. = 0. Когда температура воды в баке ГВС слишком низкая, T sDHW ГВС , тогда дополнительный нагреватель включается и подает остальную (вспомогательную) тепло, таким образом, Q ГВС = Q ГВС + Q доп. .Когда температура воды в баке ГВС ниже минимального уровня, T sDHW DHWmin , то дополнительный нагреватель включен и обеспечивает всю потребность в ГВС, Q DHW = Q доп. . В зависимости от уровня солнечной радиации и разницы между температурой солнечных коллекторов и основного накопителя контур солнечного коллектора может работать или нет.

Прямое солнечное отопление здания, когда солнечная энергия используется непосредственно для обогрева здания: Когда температура T с накопленного тепла достаточно высока, то есть, если T с > T smin , затем Q hd = Q heat и тепловой насос выключен, поэтому Q hp = 0; В зависимости от солнечного излучения и разницы между температурой солнечных коллекторов и накопителя контур солнечного коллектора может работать ( Q u > 0) или нет ( Q u = 0).

Непрямое солнечное отопление здания с помощью теплового насоса: Когда температура накопленного или накопленного тепла слишком низкая для прямого нагрева, то есть T с T smin , то используется тепловой насос, который подает тепло для удовлетворения потребности в отоплении помещения. Принимая во внимание уравнение [2c], тепло, отбираемое из накопительного бака в качестве источника тепла теплового насоса, равно

[13] Qhp (t) = Qheat (t) (1−1COPhp (t))

а тепло, подаваемое в здание, отбирается из конденсатора теплового насоса, поэтому Q л.с.con = Q heat и Q hd = 0, и Q u > 0 или Q u = 0, в зависимости от того, работают солнечные коллекторы или нет.

Непрямое солнечное отопление здания с помощью теплового насоса и дополнительного отопления: когда тепловой насос используется для подачи тепла, но он не может обеспечить все потребности в отоплении (например, существует предел для самого низкого значения COP), затем вспомогательный нагреватель используется для обеспечения остальной потребности в отоплении помещения, и Q hpcon + Q aux = Q heat .

КПД теплового насоса дается в общем виде по формуле [2c].Однако коэффициент COP также применяется для определения тепловых характеристик всей системы SAHP. COP всей системы SAHP определяется как отношение общего количества полученного тепла к общему объему работы, затраченной на систему отопления. Таким образом, в случае последовательной системы SAHP, используемой только для отопления здания, COP можно выразить следующим образом:

[14] COP = QheatWtotal = Qhd + QhpconWtotal = mcCp [(Tsout − Tsin) + (Tconout −Tconin)] W + WpumpSd + WpumpShp + Wheat

Числитель уравнения [14] представляет количество тепловой энергии на радиаторе, то есть Q тепла , которое поставляется солнечной системой напрямую Q hd ( T sout - температура подачи на выходе из накопителя, а T sin - температура обратки на входе накопительного бака) и тепловым насосом от теплового насоса конденсатор Q л.с.кон в контур отопления (вода или воздух с удельной теплоемкостью C p и массовым расходом м c ; T conout и T conin являются температура на выходе и входе конденсатора, res предположительно).Знаменатель представляет собой общую потребляемую работу в системе SAHP, то есть не только потребляемую работу Вт , необходимую для привода компрессора теплового насоса, но также потребляемую мощность Вт pumpSd для циркуляционных насосов теплового насоса. солнечная система отопления (без части ГВС) в режиме прямого нагрева, рабочая мощность Вт насос SHP для циркуляционных насосов солнечной системы отопления (без части ГВС) во время нагрева с помощью теплового насоса, и рабочая мощность Вт heat для циркуляционных насосов контура водяного отопления в здании или для вентиляторов в случае системы воздушного отопления.

КС рассматриваемой системы серии САХП можно также записать с учетом дополнительного отопления; тогда числитель формулы [14] представляет количество всей тепловой энергии, подаваемой в здание Q heattotal , то есть непосредственно солнечной системой Q hd , тепловым насосом от теплового насоса конденсатор Q л.с.кон и дополнительный нагреватель Q доп. . Знаменатель представляет собой общую потребляемую работу, включая потребляемую работу Вт доп. для дополнительного электрического нагревателя, а уравнение [14] принимает следующий вид:

[15] COP = QheattotalWtotal = Qhd + Qhpcon + QauxW + WpumpSd + WpumpShp + Wheat + Waux

Коэффициент COP, определяемый уравнениями [14] и [15], должен применяться только для системы отопления помещений рассматриваемой системы SAHP.Это связано с тем, что тепловой насос соединен напрямую с гелиосистемой только для обогрева помещений. Система приготовления горячей воды представляет собой в некотором роде независимую солнечную тепловую систему со своим собственным дополнительным нагревателем. Система ГВС работает параллельно с системой отопления помещений SAHP. Следовательно, даже если имеется общий накопительный бак для обеих систем (в результате возникает некоторое взаимодействие между двумя системами), в рассматриваемом случае лучше не включать работу системы солнечного нагрева ГВС в определение COP. системы серии САХП.

В одной из очень простых форм последовательной системы SAHP солнечная энергия, собранная солнечными коллекторами, используется только в качестве источника тепла для теплового насоса, и нет другого режима работы, поэтому нет прямой подачи солнечная энергия (собираемая солнечными коллекторами) в систему отопления [32]. В такой системе есть два резервуара для хранения: резервуар для хранения при низких температурах и резервуар для хранения при высоких температурах. Бак-аккумулятор для низких температур расположен между контуром солнечного коллектора и испарителем теплового насоса, а резервуар-хранилище для высоких температур - между конденсатором теплового насоса и контуром отопления помещения.Эта идея также была проверена экспериментально [33]. Испаритель теплового насоса может быть расположен непосредственно в низкотемпературном накопительном баке, а конденсатор теплового насоса - непосредственно в высокотемпературном накопительном баке. Однако также возможно использовать теплообменники в низко- и высокотемпературных резервуарах-хранилищах для соединения с испарителем и конденсатором теплового насоса, соответственно. Конечно, в систему также может быть включен дополнительный пиковый нагреватель, например, в высокотемпературном накопительном баке.

Существуют различные модификации серии САХП.Один из них реализуется за счет внедрения долговременного хранения отдельно от кратковременного. Однако такая система больше не является типичной серийной системой SAHP. Следует отметить, что в прошлом подготовка горячей воды (ГВС) была независимой функцией (от отопления помещений), а ГВС обеспечивалась солнечной энергией и дополнительным нагревателем (обычно электрическим) параллельно с обогревом помещения, что выполнялось серия САХП система. Отопление дома и нагрев ГВС тогда были независимыми.В настоящее время подготовка горячей воды - одна из стандартных функций системы SAHP. Обычно накопление (с расслоением) является центральным компонентом системы отопления, а отопление помещений и ГВС подаются с помощью комбинированной системы отопления. Система автоматического управления управляет подачей тепла в систему ГВС и обогрев помещения или, в конечном итоге, в систему охлаждения или кондиционирования воздуха.

(PDF) О возможности использования тепла солнечных тепловых коллекторов для испарителей с тепловыми насосами

8. Ссылки

EHPA - Европейская ассоциация тепловых насосов, 2010.OUTLOOK 2010 - Европейская статистика тепловых насосов /

Сводка. Брюссель, Бельгия.

Citherlet, S., Bony, J. & Nguyen, B., 2008. SOL-PAC - Анализ характеристик сцепления с помпой

для проверки термической установки для обновления - Заключительный отчет. Швейцарское федеральное управление

Energy (SFOE).

Drück, H., 2006. Модель многопортового магазина для TRNSYS - тип 340 - V1.99F.

Франк, Э., Халлер, М., Херкель, С. и Рушенбург, Дж., 2010. Систематическая классификация комбинированных солнечных

тепловых и тепловых насосных систем. В: Proc. конференции EuroSun 2010, Грац, Австрия.

Хадорн, Дж. К., 2010. Солнечные и тепловые насосные системы - новая задача МЭА SHC 44 и приложение для ГЭС и анализ

нескольких комбинаций для домов с низким энергопотреблением. В: Proc. конференции EuroSun 2010, Грац, Австрия.

Галлер, М.Ю. И Франк, Э., 2010. Комбинация Wärmepumpen mit solarthermischen Kollektoren -

Konzepte und Fragestellungen.В: CD - Konferenzbeiträge 16. Статус-семинар «Forschung und Bauen im

Kontext von Energie und Umwelt», 2./3. Сентябрь, BRENET - Nationales Kompetenznetzwerk Gebäudetechnik

und erneuerbare Energien, ETH Zürich, 1-6.

Галлер, М.Ю. & Франк, Э., 2011. Steigert die Nutzung von Solarkollektoren als Wärmequelle für

Wärmepumpen die System-Arbeitszahl? В: 21. Symposium Thermische Solarenergie, 11. - 13. Mai, OTTI

Regensburg, Bad Staffelstein, Германия, CD.

Халлер, М.Ю., Франк, Э., Тринкл, К. и Цёрнер, В., 2010. Systematische Gliederung der Systemkombination

von solarthermischen Anlagen mit Wärmepumpen. В: 20. OTTI Symposium Thermische Solarenergie, Bad

Staffelstein, Германия.

Heimrath, R. & Haller, M., 2007. Отчет о проекте A2 подзадачи A: Эталонная система отопления, шаблон солнечной системы

- Отчет IEA SHC Task 32: Advanced Storage Concepts for Solar and Low

Энергетические здания.

Хеннинг, Х.-М. И Миара, М., 2008. Системы, использующие солнечную тепловую энергию в сочетании с тепловыми насосами -

1-й концептуальный документ. Фраунгофера ISE.

Карагиоргас, М., Галатис, К., Цагури, М., Цуцос, Т., Ботциос-Валаскакис, А., 2010. Солнечная система отопления

Насос

на коллекторах воздуха: инструмент моделирования. Солнечная энергия, 84 (1), с.66-78.

Кляйн, С.А., Бекман, В.А., Митчелл, Дж. У., 2004. TRNSYS 16, Программа моделирования переходных процессов.

Лаборатория солнечной энергии, Университет Висконсина, Мэдисон, США.

Perers, B. & Bales, C., 2002. Модель солнечного коллектора для моделирования и тестирования системы TRNSYS -

Технический отчет по подзадаче B IEA-SHC - Task 26.

Trinkl, C., Zörner , W. & Hanby, V., 2004. Обзор систем тепловых насосов с использованием солнечной энергии для бытового отопления

. В: Proc. конференции EuroSun 2004, Фрайбург, 1, 734 - 743.

Trojek, S. & Augsten, E., 2009. Solartechnik und Wärmepumpe - Sie finden zusammen. Sonne Wind &

Wärme, 06/2009 (06), стр.62-71.

Вайс, В. и Маутнер, Ф., 2011. Солнечное тепло во всем мире - рынки и вклад в энергоснабжение

2009 - Издание 2011 г. Программа Международного энергетического агентства по солнечному отоплению и охлаждению.

Всемирный конгресс ISES по солнечной энергии, 28 августа - 2 сентября 2011 г., Кассель, Германия

Тепловой насос использует низкотемпературную солнечную энергию для обогрева помещений

Немецко-словацкая группа компаний Thermosolar Group, работающая около четырех десятилетий, является одним из старейших производителей солнечной энергии в Европе.Он начал производить коллекторы в 1972 году в Словакии и начал предлагать специальные эвакуированные плоские коллекторы в 1997 году. В ноябре прошлого года давний менеджер по продажам Маркус Беслмейсл (см. Фото) приобрел оставшиеся акции компании у Иоганна Коллманнсбергера. Solarthermalworld.org поговорил с новым управляющим директором о специальной солнечной системе теплового насоса Thermosolar под названием Duo Premium.

Фото: Thermosolar

«Thermosolar всегда был производителем высококачественных солнечных тепловых систем с уникальными свойствами», - сказал Беслмейсл.«Мы продолжим нашу стратегию по расширению диапазона применения солнечной тепловой технологии». Основными целевыми рынками компании являются Восточная Европа, регион, на долю которого в прошлом году уже приходилось 60% общего годового объема продаж.

Согласно Beslmeisl, система Thermosolar Duo Premium, или DPS, была продуктом, расширяющим возможности использования солнечной энергии. Он сочетает в себе откачиваемые плоские пластинчатые коллекторы TS 400 и компактный тепловой насос с рассольной водой и был разработан специально для обогрева помещений.Тепловой насос Duo Premium System вместо трубчатого регистратора, установленного в саду, получает низкотемпературное солнечное тепло от откачанных плоских пластинчатых коллекторов на крыше. Эта установка не требует дополнительного геотермального источника или установки наружного воздуха (см. Следующую схему).

Принципиальная схема системы Duo Premium. В зависимости от температуры поля коллектора солнечная система может обеспечивать тепловую энергию либо для буферного бака (в центре), либо для солевого бака теплового насоса (справа).Система солнечных тепловых насосов была добавлена ​​к существующему котлу (красный слева), который поддерживает тепло в помещениях с помощью системы подогрева полов.

Диаграмма: Thermosolar

«В то время как солнечные водонагреватели обычно работают только при температуре выше 40 ° C, система Duo Premium может работать при температуре всего 5 ° C. Весь диапазон от 5 ° C до 40 ° C может быть использован для производства большего количества энергии на крыше », - пояснил Беслмейсл. Дополнительный буферный резервуар для рассола теплового насоса, который включает в себя оборудование управления (см. Левую часть диаграммы), позволяет использовать солнечное тепло, улавливаемое кровлей, при температурах, слишком низких для отопления помещений или производства горячей воды.

Thermosolar продает свою продукцию более чем в 55 странах и является одним из лидеров рынка в Восточной Европе. Теперь Беслмейсл надеется, что система Duo Premium поможет Thermosolar расти на высококонкурентных рынках, таких как Германия. «В начале 2016 года Германия продлила действие схем стимулирования замены или модернизации систем отопления. DPS имеет право на них, поэтому наши клиенты могут получить финансовую поддержку для их установки », - сказал он.

В сотрудничестве со Словацкой ассоциацией фотоэлектрической промышленности, словацкая компания Thermosolar Žiar предлагает монтажникам семинары для получения сертификатов, действующих во всех странах-членах Европейского Союза.По словам Беслмейла, почти каждый второй установщик фотоэлектрических и солнечных панелей в Словакии прошел программу сертификации в Thermosolar. За последние три года компания обучила около 700 монтажников из Болгарии, Чехии, Франции, Польши и Словакии. Альфред Готтас, управляющий директор Thermosolar Žiar, также является вице-президентом Чехословацкого общества солнечной энергии, давним членом Международного общества солнечной энергии.

Организаций, упомянутых в этой статье:

Словацкая ассоциация фотоэлектрической промышленности: www.sapi.sk

Фрэнк Стир - внештатный журналист из Софии, работающий в печатных и онлайн-СМИ, а также в информационных агентствах: www.socb.de

3 типа солнечной горячей воды

Есть 3 типа солнечных систем горячего водоснабжения на выбор:

Коллекторные системы

В первых двух типах используется солнечный коллектор, который устанавливается на крыше. Это поглощает солнечные лучи и передает тепло от этих солнечных лучей прямо в воду в вашем доме, которая перекачивается через коллекторы.

Вода нагревается от солнечных лучей. Когда солнце не светит, вы, очевидно, не можете нагреть воду солнечной энергией, поэтому вам нужен резервный источник топлива, обычно газ или электричество. Конечно, чтобы избежать использования этого электричества или газа, вы храните горячую воду в хорошо изолированном резервуаре.

Обычно эти системы могут обеспечивать от 50 до 100% горячей воды в вашем доме - в зависимости от того, где вы живете и насколько эффективны ваши солнечные панели для горячего водоснабжения.

В Хобарте около 50% воды нагревается за счет солнца.В Дарвине вы можете получить 100%.

Вот типичная система на основе коллектора, в которой используется коллектор типа «плоская панель». Емкость для горячей воды встроена в панели:

Системы с тепловым насосом

Многие люди считают, что тепловой насос - это не настоящая «солнечная» система, потому что в нем не используются коллекторы. Эти люди ошибаются! Системам с тепловым насосом не нужны солнечные коллекторы, потому что они используют другой тип солнечной энергии. Там, где «обычным» солнечным системам горячего водоснабжения требуется солнечный свет , свет для нагрева воды, тепловые насосы извлекают солнечное тепло из окружающего нас воздуха и используют это тепло для повышения температуры воды.Хотя это звучит маловероятно, что на самом деле в окружающем воздухе достаточно тепла - даже в зимний день - чтобы нагреть воду до кипения!

Системы тепловых насосов используют электричество для отвода тепла из воздуха и передачи его воде (по сути, это кондиционеры в «режиме обогрева»), но они потребляют примерно на 75% меньше электроэнергии, нагревая воду таким способом - по сравнению к обычному электрическому водонагревателю.

Вот типичная система теплового насоса - вы можете увидеть сходство с кондиционером!

И если для вас важна эстетика, не волнуйтесь, вы можете получить действительно сексуально выглядящие (во всяком случае, для такого инженера, как я!) С тепловым насосом, встроенным в цилиндр, так что он почти незаметен.

Солнечные системы горячего водоснабжения и отдельные компоненты

Решения для солнечного нагрева воды

Stiebel Eltron разрабатывает солнечные тепловые системы уже 40 лет. Поскольку каждая установка индивидуальна, у нас есть полная линейка комплектов SOLkits, монтажного оборудования и отдельных компонентов, необходимых для солнечных тепловых установок. Мы стремимся производить и поставлять лучшие солнечные тепловые компоненты. Мы находимся в авангарде технологий водяного отопления более 95 лет.Как лидер в этой области, мы не собираемся стоять на месте.

Почему солнечная тепловая энергия?

Затраты на приготовление горячей воды - самые большие коммунальные расходы для домашнего хозяйства. В среднем около 20% бытовой энергии расходуется только на горячее водоснабжение (приготовление пищи, уборка, купание). Этот показатель возрастает примерно до 50%, если для отопления также используется горячая вода. Имеет смысл максимально сэкономить на горячей воде, а это именно то, на что способна солнечная тепловая энергия.

Солнечная тепловая энергия использовалась для улавливания солнечной энергии и превращения ее в горячую воду в течение десятилетий, прежде чем солнечная фотоэлектрическая (PV) стала возможной.Солнечная энергия в 3-5 раз эффективнее улавливает солнечную энергию, чем фотоэлектрическая. Солнечные батареи могут сэкономить до 75% на счетах за отопление воды. Это уменьшает углеродный след и увеличивает стоимость дома.

Федеральные налоговые льготы предоставляются в размере 30% от установленной стоимости солнечной тепловой системы. Государственные скидки и льготы, а также льготы для местных предприятий существуют во многих частях страны.

Как работает солнечная тепловая система

Коллекторы поглощают солнечную тепловую энергию и передают ее теплоносителю в системе.Насос перемещает горячую жидкость в резервуар для воды для бытового потребления, где тепло передается воде через теплообменник. Теперь остывший жидкий теплоноситель циркулирует обратно в коллектор, чтобы собрать больше тепла.

Stiebel Eltron разрабатывает и производит солнечные тепловые компоненты в течение 40 лет. Как и вся продукция Stiebel Eltron, наши солнечные компоненты тщательно спроектированы. Они предназначены для работы как индивидуально, так и в рамках всей системы, чтобы обеспечить вам максимальную производительность и надежность.

Изучите действующую солнечную тепловую установку

Вы можете взаимодействовать с действующей солнечной тепловой установкой Stiebel Eltron в режиме реального времени, чтобы узнать больше о том, как работает наша система.

›Оперативная панель установки ГВС в жилых домах

Системы для любых нужд

Солнечные тепловые системы могут быть адаптированы для удовлетворения практически любых потребностей или существующей механической ситуации. На схемах показаны три распространенные солнечные тепловые установки. Многие компоненты солнечной тепловой системы универсальны для всех систем.

Солнечные тепловые коллекторы
Поглощает энергию солнца, превращая ее в тепло.

Теплоноситель
Пропиленгликоль, пищевой и фармацевтический раствор, который удерживает и передает тепло от коллекторов к резервуару. Жидкий теплоноситель морозостойкий для холодных ночей.

Насосная станция
Перемещает теплоноситель по системе.

Бак для ГВС
Внутренний теплообменник передает тепло от теплоносителя к горячей воде для бытового потребления, которую хранит бак.Резервный нагревательный элемент поддерживает температуру бака, когда не светит солнце.

Контроллер
Электронное устройство, контролирующее работу насоса и безопасность системы.

Опции резервного копирования
Резервная система используется для добавления дополнительного тепла к горячей воде в доме, если это необходимо. Такая ситуация может произойти, например, в очень пасмурный день, если солнечная система не может производить достаточно горячей воды, чтобы удовлетворить спрос или сделать ее достаточно горячей.Баки Stiebel Eltron SB E в комплектах SOLkits имеют встроенное электрическое резервное копирование, но другие возможные решения включают в себя безбаковые электрические водонагреватели Stiebel Eltron Tempra ® или существующие резервные системы для конкретного объекта.

Водонагревательные агрегаты SOLkit

Наборы

Stiebel Eltron SOLkits подчеркивают наш 40-летний опыт работы в области солнечной энергетики, объединяя лучшие солнечные компоненты в законченные пакеты. Наборы SOLkits бывают 1, 2 или 3 размеров панелей в конфигурации под крышей и 2 или 3 размеров панелей поперек крыши.Выбор правильного комплекта зависит от размера семьи, потребностей в горячей воде и отоплении помещения, если это необходимо. Наши опытные представители службы поддержки доступны по телефону или электронной почте для получения помощи и рекомендаций. В комплект входят рекомендованная насосная станция, контроллер и резервуар. Комплект стойки и линейка для конкретной установки завершают комплект, поставляя все необходимые компоненты. Наши компоненты разработаны с учетом максимальной совместимости, простоты установки и надежности.

Коллекторы

Плоские коллекторы

Stiebel Eltron SOL 27 Premium - это высокоэффективный солнечный тепловой коллектор, входящий в десятку лучших коллекторов, измеренных SRCC по мощности. Чистая абсорбирующая поверхность более 25 квадратных футов обеспечивает максимальную производительность 31 300 БТЕ / день на панель (рейтинг чистых дней SRCC). SOL 27 Premium отличается высокоселективным абсорбирующим покрытием, закаленным солнцезащитным остеклением с низким содержанием железа и очень эффективной изоляцией вокруг абсорбирующей пластины.Внутренние жидкостные трубки выполнены из меди, а пластина абсорбера - из алюминия. Низкий 3˝ профиль SOL 27 делает его визуально менее навязчивым и способным удовлетворить самые разные архитектурные и инженерные потребности.

Коллекторы

SOL 27 Premium доступны как в стандартной (вертикальной), так и в широкой (горизонтальной) конфигурации. Производство наших коллекторов и стеллажных систем в США также означает, что мы можем анодировать рамы и стойки коллекторов на заказ в соответствии с конкретными архитектурными цветовыми требованиями.

Коллекторы вакуумные

Солнечные коллекторы S-Power Stiebel Eltron спроектированы и произведены в Германии. Они в три-пять раз эффективнее улавливают солнечную энергию, чем фотоэлектрические (PV) системы. Их медные абсорбирующие пластины по новейшим технологиям герметизированы внутри одностенных патентованных стеклянных трубок с бескомпромиссным вакуумным уплотнением. Идеально подходят для условий, в которых температура наружного воздуха низкая, а потребность в тепловой энергии высока, они особенно хорошо подходят для комбинированных систем, где требуется горячее водоснабжение, отопление помещений и кондиционирование воздуха.

Танки

Баки ГВС Stiebel Eltron SB 300 и 400 E производятся на нашем заводе в Словакии. Они бывают объемом 80 галлонов (300 л) и 110 галлонов (400 л) и могут служить в качестве специального солнечного накопителя большой емкости как в жилых, так и в коммерческих установках.

Баки и теплообменники Stiebel Eltron изготовлены из толстолистовой стали. Все поверхности, контактирующие с горячей водой, после дробеструйной обработки покрываются толстой фарфоровой эмалью для очистки стальной поверхности.Кроме того, внешняя поверхность сосудов покрыта легким фарфором. Двухдюймовая изоляция из пенополиуретана гарантирует, что горячая вода остается горячей, а потери тепла в режиме ожидания сводятся к минимуму. Резервуары Stiebel Eltron SBB оснащены большими расходуемыми анодами с индикатором износа и очень большим отверстием для очистки для простоты обслуживания.

Накопительные баки

SB 300 и 400 E оснащены электрическим нагревательным элементом мощностью 3 кВт для поддержки солнечного производства. Этот нагревательный элемент заключен в стальной цилиндр внутри резервуара и может быть снят и заменен без необходимости сброса давления и слива резервуара.

Вспомогательные порты позволяют устанавливать дополнительные приложения, включая резервный котел, разделенные тепловые насосы и гидравлические системы.

Stiebel Eltron также продает немецкие резервуары для хранения с одним и двумя змеевиками без резервного электрического питания.

Контроллер Stiebel Eltron

Контроллер SOM 6 Plus используется для всех стандартных солнечных тепловых систем Stiebel Eltron. Контроллер оборудован дисплеем с подсветкой для мониторинга системы. Регулировку и управление солнечной системой можно легко выполнить с помощью удобного отображения пиктограмм.SOM 6 Plus оснащен 4 датчиками температуры, счетчиком часов работы от солнечной батареи, регулируемой скоростью насоса, режимом отпуска и стандартным разрешением vBus ® .

Другие контроллеры Stiebel Eltron доступны для крупных жилых и коммерческих систем, включая сложные коммерческие системы.

Насосная станция

Насосные станции

Stiebel Eltron специально разработаны для солнечных систем с замкнутым контуром. Трехскоростной циркуляционный насос Wilo разработан для идеальной интеграции с нашим контроллером SOM ​​6 Plus.Трубопровод насосной станции изготовлен из высококачественной латуни. Насосные станции поставляются в собранном виде со стальным настенным кронштейном
и оснащены 2 сливными клапанами, латунными обратными клапанами для предотвращения термосифонирования, встроенным расходомером и включают фитинги для крепления резервуара, а также переходники NPT. Насосная станция может быть полностью изолирована от системы, поэтому во время обслуживания не требуется сливать воду.

Онлайн-регистрация данных

Дополнительный регистратор данных Solarwave DL2

Stiebel Eltron предоставляет владельцам удаленный доступ через Интернет к их солнечной тепловой системе.Панели мониторинга предназначены как для владельцев, так и для установщиков и включают представление схем для виртуального осмотра системы. Установщики могут удаленно управлять системами и контролировать их, а также устанавливать дополнительные оповещения по электронной почте для уведомления о проблемах с производительностью. Удаленный доступ снижает затраты на обслуживание на месте.

Монтажные системы

Монтажные системы

Stiebel Eltron производятся в США из экструдированного алюминия. Стойки доступны в трех различных конфигурациях: комплект стойки 45 °; комплект стойки 30–60 °, адаптируемая стойка, допускающая установку как под углом 30 °, так и 60 °; и комплект для скрытого монтажа.Все комплекты стоек доступны в версиях как для стандартных (вертикальных), так и для широких (горизонтальных) коллекторов.

Комплект для скрытого монтажа используется для установок, когда сама конструкция крыши находится под правильным углом для установки коллекторов. Комплекты стоек 45 ° и 30-60 ° разработаны для установки на плоской крыше или для других установок, где существующий угол наклона крыши сам по себе не является оптимальным.


Простая и прочная конструкция наших стоек с U-образным каналом выдерживает сильный ветер и сильный снегопад.Монтажные системы Stiebel Eltron могут быть собраны с использованием только двух разных размеров розеток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *