Солнечный коллектор тепловой насос: Тепловые насосы и гелиосистемы

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.

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».

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.

Солнечные коллекторы для тепловых насосов

Система солнечных коллекторов DUO / DUO Plus

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

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

Как это работает?

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

Можно комбинировать с существующими системами отопления

 

Энергия в резервуаре теплопередачи теплового насоса

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

Обогрев

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

Преимущества

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

Система регенерации контура солнечного теплового насоса

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

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

Описание

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

Система одинаково хорошо работает с тепловыми насосами разных производителей.

 

После определенного периода использования

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

У нас есть решение этих проблем!

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

Чем холоднее погода, тем лучше!

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

Альтернативная система отопления дома. Тепловые насосы для отопления. Принцип работы теплового насоса. Гидродинамические водонагревательные установки ТЕК. Стоимость солнечного коллектора. Применение солнечного коллектора.

Старинное китайское проклятие гласит: «Чтоб тебе жить в эпоху перемен!». Мы же, сами того не желая, живем именно в такое время, да еще и в условиях финансового кризиса. Это своеобразная эпоха нестабильности, когда цены скачут быстрее, чем поднимаются зарплаты, инфляция идет на голову впереди скачков цен, а обычный человек вынужден цепляться за работы и приработок, как тонущий за соломинку. Ведь мы все привыкли к теплу и свету в доме, горячей воде в ванной. И непременно за приемлемую для нас цену. А цены на энергоносители, как молодая трава после дождя на полянке, идут вверх. Как же быть? В этой статье я раскрою актуальную тему дешевого и экологически чистого отопления и горячего водоснабжения дома. Итак, перед вами варианты альтернативной системы отопления дома.

Тепловые насосы для отопления

Для начала поговорим о тепловых насосах. Тепловой насос не выкачивает тепло из окружающей среды, нет. Тепло окружающей среды служит катализатором для химической реакции, которая и дает тепло вашему дому. Рассмотрим подробнее, как работает такая система отопления дома

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос — это сложная система отопления дома, состоящая из внешнего контура (полипропиленовой трубы, заполненной теплоносителем — этиленгликолем или раствором спирта). Внешний контур закладывается в грунт, водоем, скважину. Температура среды, в которую укладывается внешний контур, должна быть не менее +1 градуса по Цельсию. Даже в северных областях Европы земля на глубине от 60 см до 1 м не промерзает, так же как и придонные воды водоемов, не говоря уже о скважинах. Именно от внешнего контура зависит количество тепла, которое будет давать установка. Так, для контура заложенного в грунте один метр трубы будет приносить 20-30 Вт энергии. То есть для получения 10 кВт понадобиться контур длинной 350-400 метров. Для водоема — 300 метров, для скважины — 50-60 Вт на метр, а для 10 к Вт — около 300 метров. Скважина необязательно должна быть 300 метров в глубину, можно просверлить несколько скважин.

Итак, теплоноситель, снимает некоторое количество тепла с окружающей среды и доставляет его на внутренний контур установки. Там полученным теплом нагревается хладагент — специальная жидкость, имеющая низкий порог кипения. Хладагент, нагреваясь, испаряется и попадает в конденсатор, где его тепло передается системе горячей воды, которая дальше идет на отопление или потребительские нужды. Хладагент же, отдав тепло, остывает и вновь превращается в жидкость, которая возвращается на внутренний контур. Это цикличный процесс, результатом которого становится такая необходимая горячая вода и тепло в доме. Внутренний контур и конденсатор, а также помпа и автоматика находятся в корпусе установки, которая находится в доме и имеет вид обычного настенного котла.

Кроме тепловых насосов с жидкостным внешним контуром существуют еще и насосы, использующие тепло воздуха. Однако температура, необходимая для работы такого насоса, должна быть не ниже 20 ºС, что делает его непригодным для эксплуатации в холодное время года. Обычно он используется для подогрева воды в бассейнах в летнее время.

Стоимость теплового насоса

Цена на тепловые насосы достаточно высокая, в нее следует включить еще и затраты на внешний контур и теплоноситель. Но зато, потратив один раз деньги, вы получите полностью автономную систему отопления дома. Такая система отопления дома потребляет столько же электроэнергии, сколько газовые или дизельные котельные. От электроэнергии работает лишь помпа и автоматика и то, естественно, не постоянно. Установка окупит себя за очень короткий период времени и будет работать в дальнейшем на сохранение вашего семейного бюджета.

Гидродинамические водонагревательные установки ТЕК

Это одна из новинок на рынке водонагревательных приборов. К сожалению, пока еще не слишком широко известная, но, тем не менее, очень выгодная и простая в использовании система отопления дома.В таких установках можно нагревать не только воду, но и нефть, грязную и соленую воду.

ТЕК представляет собой расширительный бак, в котором происходит нагрев воды, помпу и электрический насос. Нагрев происходит следующим образом. В расширительный бак помпой нагнетаются потоки воды, которые при соударении выделяют тепловую энергию. Применяется установка ТЕК для нагрева помещений от 1 тыс. до 10 тыс. м3.

Для отопления помещения используется установка ТЕК и подключенная к ней система отопления дома (трубы, радиаторы, теплые полы, полотенцесушители и т.д.) Такие установки не нуждаются в циркуляционных насосах. Насос, который нагнетает воду для нагрева, так же подает ее и в систему отопления. Для нагрева же воды для потребительских нужд необходимо подключить к установке еще и накопительную емкость. Таким образом, работая ночь на нагрев воды потребителям (не прекращая подавать ее и в систему отопления), ТЕК может отдыхать или поддерживать температуру в системе отопления дома.

Стоимость установки ТЕК
Несмотря на солидную цену (3. тыс. евро), ТЕК окупится очень быстро. Ведь вы получите автономную систему отопления дома, которая использует лишь электроэнергию. Суммарные расходы на отопление упадут на 25-30%. Это очень даже неплохой показатель. Особенно если вы счастливый владелец большого загородного дома.

Солнечные коллекторы

Это, пожалуй, самый древний способ нагрева воды. Те, кто еще помнит старые дачи, с туалетом типа «сортир» и летним душем, знают, что установленная на крыше душа емкость с водой, давала к вечеру не просто теплую, но и горячую воду. С тех пор много горячей воды утекло, и списанные топливные ракетные баки на крышах летних душей сменили современные солнечные коллекторы. Такая система отопления дома монтируется на крышах домов, под прямые солнечные лучи. Солнечная энергия преобразуется в тепловую и передается воде, которой заполнены полости коллекторов.

Солнечные коллекторы используются только в теплое время года, применяются для подогрева воды в бассейнах, для нагрева воды для потребительских нужд. Для получения большого количества воды необходимо подключить к системе накопительный бак. Для нагрева бассейнов необходима установка циркуляционного насоса.

Стоимость солнечного коллектора

Стоимость коллектора зависит от его емкости. Емкость на 500 литров стоит порядка 450 долларов. Это казалось бы большая сумма. Но в данном случае вы, потратившись один раз, не будете платить больше ни за что, кроме самой воды, если у вас конечно не скважина. То есть, вы получите горячую воду абсолютно бесплатно.

Рынок альтернативных систем отопления дома достаточно широк. В этой статье описаны самые распространенные варианты. О любой из таких установок можно сказать так — вы отдадите кучу денег просто так. Но дальновидный человек, который знает, что такое экономия, скажет: вы потратите много, но один раз, а в дальнейшем будете иметь автономную и бесплатную систему отопления дома.

Будьте дальновидным и рачительным хозяином. Тепла вашему дому!

sila-heat.ru – Тепловые насосы и солнечные коллекторы SILA

Благодаря многолетнему опыту работы в области отопления и альтернативной энергетики SILA представляет на Российском рынке серию современных и надежных тепловых насосов, солнечных коллекторов и баков аккумуляторов. Оборудование SILA идеально подойдет как для домашнего использования так и для эксплуатации на крупных бытовых и промышленный объектах.

Мы заинтересованы в сотрудничестве и ищем партнёров как в России так и за рубежом. Гибкая ценовая политика и грамотный менеджмент позволяют нам всегда находить компромиссы и идти вперед вместе с Вами. Мы предоставляем квалифицированную консультацию по конструкторским и техническим вопросам, а так же гарантийное и после гарантийное обслуживание. Вся предлагаемая нами продукция сертифицирована и имеется в наличие на нашем складе.

Тепловые насосы SILA

Тепловые насосы SILA производятся на крупнейшем заводе Китая под строгим контролем с нашей стороны и с учетом климатических особенностей России. Мы предлагаем инверторные и старт-стоперные тепловые насосы воздух-вода в двух основных модификациях ( Сплит-система и Моноблок ) мощностью от 3 до 92 кВт. Использование теплового насоса позволяет экономить до 80 % расходов на отопление, горячее водоснабжение и охлаждение. Основные компоненты теплового насоса SILA произведены в Японии и Италии, что обеспечивает его максимальную надежность и эффективность.
.

Солнечные коллекторы SILA

Солнечные коллекторы SILA производятся на крупнейшем заводе Китая под строгим контролем с нашей стороны. Мы предлагаем как вакуумные так и плоские коллекторы с гарантией 5 лет. Солнечные коллекторы предназначены для использования в системах отопления и горячего водоснабжения. Коллекторы могут быть основным или вспомогательным источником горячей воды в системе водоснабжения, использоваться для нагрева бассейнов и отопления помещений. Они подходят для частных домов, дач, летних баз отдыха, гостиниц, заправочных станций.
.

Баки аккумуляторы SILA

Баки аккумуляторы SILA производятся на крупнейшем заводе Китая под строгим контролем с нашей стороны. Мы предлагаем одноконтурные и двухконтурные баки из нержавеющей стали с гарантией 3 года. Бак аккумуляторы предназначены для накопления, сохранения и передачи тепловой энергии от солнечных коллекторов, тепловых насосов, котлов отопления и т.д. Бак SILA может использоваться как буферная емкость в системах отопления с одним или несколькими источниками тепла, а также для приготовления горячей воды.
.

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 …

Солнечный тепловой насос – обзор

3.15.3.4 Параллельный солнечный тепловой насос

Параллельная система SAHP состоит из солнечной тепловой части и теплового насоса, который использует источник тепла, отличный от солнечной энергии [17]. Можно использовать солнечные коллекторы жидкости (воды или смеси антифриза) или солнечные коллекторы воздуха. В системе солнечного отопления на основе жидких солнечных коллекторов солнечная энергия может использоваться непосредственно для обогрева или через аккумулирующий бак, а также может применяться вспомогательный нагреватель.Тепловой насос обычно использует окружающий воздух или землю в качестве независимого источника тепла. Если используются солнечные коллекторы воздуха, они применяются в основном для пассивного обогрева здания, но, поскольку они обычно не могут удовлетворить потребности в обогреве помещений в холодные дни (даже в теплом климате), активный обогрев здания осуществляется за счет воздух-воздух. -воздушный или воздухо-водяной тепловой насос [31].

Как уже упоминалось, в прошлом система солнечного отопления (солнечные коллекторы и аккумулирование) 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 и для Рисунок 8 .

Рис. 9. Стандартная параллельная система SAHP. См. Рисунок 8 в подписи к условным обозначениям.

Эта система состоит из обычной солнечной тепловой части с солнечными коллекторами жидкости (вода или смесь антифриза) в замкнутом контуре солнечного коллектора и накопительным баком. (Если используются воздушные коллекторы, они встроены в фасад здания, а контур солнечного коллектора открыт.) Также есть теплообменники в накопительном баке 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 в рис. 9 . Система ГВС теоретически не зависит от отопления помещений; однако некоторое взаимодействие существует из-за общего основного резервуара для хранения. Другим основным компонентом параллельного САВД является обычный тепловой насос, который может быть одного из следующих типов: воздух-воздух, воздух-вода, рассол (вода)-вода, рассол (вода)-воздух.Солнечной энергии отдается приоритет для удовлетворения потребностей в отоплении. Также имеется вспомогательный обогреватель для обогрева помещения. Основные режимы работы системы следующие:

Нагрев ГВС от солнечной энергии: Тепло, накопленное в основном баке-аккумуляторе, передается в бак ГВС (описание этого режима работы такое же, как и для системы серии SAHP). представлен в Рисунок 8 ).

Отопление солнечного пространства: при температуре T S хранимой жары достаточно высока, то есть, если T S > T Smin , затем Q HD  = Q тепло 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 тепловым насосом: Если температура собранного или сохраненного тепла слишком низка для удовлетворения потребности в отоплении, т. е. если T s  ≤  T smin , тепловой насос работает, используя источник тепла, отличный от солнечной энергии, и тепло, подаваемое в здание, извлекается из конденсатора теплового насоса, поэтому Q hpcon  = Q тепло 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: Принцип работы этого режима такой же, как и для серийного теплового насоса, показанного на рис. которая отличается от солнечной энергии. Тепловая нагрузка обеспечивается тепловым насосом и вспомогательным нагревателем, и Q л.с.кон.  + Q доп.  = 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 рассматриваемых систем такое же, поскольку они работают как автономные системы. Однако опосредованно они влияют друг на друга, так как при использовании одного источника тепла другой нет. Это означает, что тепло из этих источников тепла извлекается не так быстро и в перерывах в работе, если они имеют возможность, как, например, грунт, могут немного восстанавливать или сохранять накопленное тепло для последующего использования. Для описания работы гелиосистемы, включая нагрев ГВС, нормативный энергетический баланс накопителя можно выразить аналогично уравнению [12] в следующем виде:

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

Член в левой части уравнения [16] выражает (как и прежде) емкость накопителя и колебания температуры накопителя T с во времени и что в правой части дает полезную солнечную энергию Q u поставляемую солнечными коллекторами, потери тепла от накопителя Q потери , тепло, подаваемое непосредственно в отопительный контур Q hd для удовлетворения нагрузка на отопление помещения и тепло, подаваемое в накопительный бак ГВС Q DHWd .В испаритель теплового насоса Q л.с. не подается тепло.

Тепловой насос работает стандартно, как обычный тепловой насос; следовательно, КПД теплового насоса может быть выражен стандартным уравнением [2c]. Однако также возможно определить COP всей параллельной системы SAHP. Затем необходимо включить общий ввод работы в систему, поэтому кроме затрат работы Вт на привод компрессора теплового насоса необходимо добавить затраты работы Вт тепла на циркуляционный насос теплового насоса. водяного контура отопления или для вентиляторов системы воздушного отопления в здании, и рабочий ввод W насоса для циркуляционных насосов системы солнечного отопления.Общее количество тепла Q количество тепла , подаваемое в систему отопления помещений (система ГВС не учитывается при определении КПД, т.к. теоретически это независимая система отопления) в течение более длительного времени ее работы представляет собой сумму тепла, отбираемого непосредственно Q hd от «солнечного» накопителя и тепла Q hpcon от конденсатора теплового насоса и тепла Q aux от вспомогательного нагревателя, что можно записать следующим образом:

∑tQheat=∑tQhd+∑tQhpcon+∑tQaux

Таким образом, COP рассматриваемой параллельной системы SAHP (см. Рисунок 9 ) может быть выражен аналогично COP для последовательной системы SAHP (см. Рисунок 8 ) с той разницей, что введена новая мощность работы Вт л.с. , которая представляет собой работу, необходимую для циркуляции рабочего тела в источнике тепла теплового насоса для извлечения тепла из этот источник.В случае теплового насоса, использующего в качестве источника тепла окружающий воздух, он обычно равен нулю. Ссылаясь на уравнение [15], КПД рассмотренной выше параллельной системы SAHP можно записать в виде Источники и поглотители тепла для теплового насоса и гелиосистемы могут быть основаны на воздушных или жидкостных коллекторах, подводящих тепло к воздушной или водяной системе отопления в здании. Все эти разновидности можно использовать в параллельных системах; однако некоторые из них более популярны, чем другие.Параллельная система SAHP может обеспечивать теплом систему отопления, где теплоносителем является вода или воздух. Контур солнечного коллектора может подавать тепло в резервуар для хранения воды. Аккумулированное тепло может подаваться в водоводяной теплообменник, расположенный в контуре водяного отопления, или в водовоздушный теплообменник, расположенный в отапливаемом (кондиционируемом) помещении. Также можно использовать воздушные солнечные коллекторы; обычно они работают пассивно и подают тепло непосредственно в помещение. Тепловые насосы используют возобновляемые источники тепла, отличные от 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 помещений в здании. Также возможно использование геотермального теплового насоса, который особенно популярен в странах высоких широт. В такой системе, в основном, «солнечный» водоводяной теплообменник и грунтовой (рассол) тепловой насос обеспечивают тепло для обогрева помещений через отопительный контур (напольное или настенное отопление) в здании.В систему также включены автономный отопитель и система автоматического управления.

Стратегия работы параллельного SAHP состоит в том, чтобы отдавать приоритет солнечной тепловой части, затем тепловому насосу и, наконец, в качестве последней альтернативы, электрическому нагревателю в качестве пикового источника. Однако в прошлом все компоненты работали отдельно, один за другим. В настоящее время существуют системы, которые за счет автоматического управления позволяют подавать тепло одновременно и от гелиотермальной системы, и от «несолнечного» теплового насоса, и даже от автономного нагревателя, непосредственно в аккумулирующее устройство или в систему отопления.Если для отопления здания и ГВС используется накопительный бак, то по санитарным соображениям (бактерии Legionella ) необходимо периодически (например, раз в неделю) поддерживать температуру воды для системы ГВС выше определенного уровня (обычно 55 °C является пределом). Для обеспечения этого уровня температуры иногда работают все три компонента отопления (солнечные коллекторы, тепловые насосы, электронагреватель). Отопительный контур здания может использовать в качестве теплоносителя воду 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 ,900; в зависимости от солнечных и окружающих условий может работать контур солнечного коллектора, и полезное тепло Q u от солнечных коллекторов может передаваться в аккумулирующий бак.

Параллельное солнечное отопление и отопление тепловым насосом: если температура собранного или сохраненного тепла слишком низка для удовлетворения общей тепловой нагрузки, T s  ≤  T smin , но все же это температура достаточно высока (выше заданного температурного предела), T s  >  T slimit , для подачи некоторого количества тепла Q sol  = 6 Q hd , = 6 Q hd системы отопления система работает, обеспечивая часть потребности в отоплении.В то же время тепловой насос работает с использованием источника тепла, отличного от солнечной энергии, и обеспечивает остальную часть необходимого тепла отопление  + Q ГВС .

Отопление с помощью теплового насоса. Если температура собранного или сохраненного тепла слишком низка для удовлетворения потребности 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 потребности в отоплении Q hpcon  = Q тепло  + Q ГВС ; в зависимости от солнечных условий и разницы температур между солнечными коллекторами и накопителем полезное тепло от солнечных коллекторов Q u может быть собрано и сохранено.

Отопление с помощью теплового насоса и вспомогательного отопления: Если температура тепла, собранного солнечными коллекторами или тепла, хранящегося в баке-аккумуляторе, слишком низка для удовлетворения потребности в отоплении даже частично, то есть, если T s  ≤  T slimit , тепловой насос работает с использованием источника тепла, отличного от солнечной энергии, и подает Q hpcon в систему отопления; однако, если КПД теплового насоса падает ниже предела, установленного системой управления, для обеспечения остального тепла используется вспомогательный нагреватель Q aux для удовлетворения всех потребностей в обогреве Q hpcon  + Q доп.  = Q тепло  + Q ГВС ; в зависимости от солнечных условий и разницы температур между солнечными коллекторами и накопителем полезное тепло от солнечных коллекторов Q u может быть собрано и сохранено.

Солнечное отопление, отопление тепловым насосом и вспомогательное отопление: это когда должна быть обеспечена пиковая нагрузка; если это возможно, есть тепло от солнечных коллекторов Q sol  = Q hd и тепловой насос работает, вырабатывая больше тепла Q hpcon , и потому что этого недостаточно для удовлетворения всего нагрева Требования Q HD HD + Q HPCON Heat + Q DHW , вспомогательный нагреватель включен, и он обеспечивает остальную часть тепла Q AUX , следовательно, Q u  + Q notsol  + Q aux  = Q теплота .

Суммарная теплота, подведенная в систему отопления, может быть выражена тем же уравнением [16], что и в случае стандартной параллельной системы САВД. Однако теперь следует учитывать и тепло, отдаваемое на нужды ГВС, поскольку эту функцию выполняет и тепловой насос. Таким образом, необходимо учитывать также потребляемую работу (электрическую энергию) дополнительного нагревателя ГВС, а также другие затраты работы Вт ГВС , связанные с этой функцией, например, для привода циркуляционных насосов циркуляционного контура ГВС и обычная водопроводная сеть.Усредненная энергетическая эффективность параллельной системы SAHP для отопления помещений и ГВС, то есть усредненный КПД всей системы, может быть выражена так же, как и для параллельной системы SAHP, включая тепло, подаваемое на ГВС, и связанную с этим подводимую работу. с этой функцией. COP принимает следующую форму:

[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 отопительному контуру в здании с тем же теплоносителем и ссылаясь на уравнение [14], теперь уравнение [18] усредненного КПД рассматриваемой параллельной системы САВД принимает вид:

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

Состав Q hd зависит от типа используемой солнечной тепловой системы.Входные символы работы те же, что и в уравнении [14]. Если используются другие циркуляционные насосы или вентиляторы, их работу также следует включить в уравнения [18а] и [18б].

В настоящее время один из наиболее типичных вариантов параллельной системы САВД реализуется за счет объединения всех основных компонентов в резервуаре для хранения воды со стратификацией. Солнечные коллекторы через рабочую жидкость (воду или незамерзающую смесь), циркулирующую по замкнутому контуру, подают полезное тепло Q u в накопительный бак.Теплообменник контура солнечного коллектора обычно располагается в нижней части бака-аккумулятора. Тепловой насос использует источник тепла, отличный от солнечной энергии, и подает тепло, полученное из этого источника, также в накопительный бак. В некоторых системах также возможна подача тепла непосредственно в систему отопления в здании (не через аккумулирование) [13]. Обычно теплообменник, соединяющий конденсатор теплового насоса и аккумулятор, расположен в верхней части бака-накопителя, над теплообменником солнечного коллектора.Иногда конденсатор теплового насоса можно поместить непосредственно в накопительный бак. Если накопительный бак еще и для ГВС, то вход холодной воды находится внизу. В верхней части бака установлен выход горячей воды для ГВС, для отбора тепла Q hГВС для ГВС. В баке, ниже выхода ГВС, находится еще один теплообменник, который соединяет бак с отопительным контуром для обогрева помещений, как правило, низкотемпературным, например, контуром теплого пола. Через этот теплообменник отводится тепло Q тепло , необходимое для обогрева здания.Очень часто вспомогательный нагреватель, как правило, электрический, поскольку пиковый источник также встроен в накопительный бак наверху. При необходимости, когда температура накопительного бака, даже наверху, слишком низка для удовлетворения потребностей в обогреве, включается электрический нагреватель, который подает дополнительное тепло Q aux в накопительный бак.

Большинство современных параллельных систем SAHP содержат резервуар для хранения, который является основным компонентом системы, объединяющим 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. Есть положительные эффекты от такого взаимодействия, потому что солнечная тепловая часть и тепловой насос дополняют друг друга. Это делает работу всей системы отопления очень надежной. Параллельная система SAHP может обеспечить все тепловые нагрузки, и нет необходимости устанавливать и использовать какое-либо другое отопительное устройство, дополнительную горелку или котел.Это очень удобно для пользователя. Однако из-за того, что тепловой насос и солнечные коллекторы отдают тепло в один и тот же накопитель, иногда работа одной части системы, обычно теплового насоса, ограничивает работу другой части, то есть солнечных коллекторов. Например, зимой в высокоширотных странах очень редко температура рабочего тела солнечных коллекторов превышает температуру теплоносителя, отбирающего тепло от конденсатора теплового насоса.Как следствие, тепловой насос работает большую часть времени и ограничивает использование солнечной энергии. Кроме того, иногда установщики (через систему автоматического управления) выставляют слишком высокий лимит температуры рабочей жидкости гелиоколлекторов для циркуляции. Если это значение слишком велико (например, выше 40 °С), рабочая жидкость не циркулирует и не отдает тепло в аккумулирующий бак зимой и в пасмурные дни, что существенно ограничивает работу гелиотермальной части системы.

На рис. 10 представлена ​​схема современной параллельной системы САХП, а на рис. 11 представлены основные компоненты системы во внутренней «котельной» (тепловой насос посередине, комбинированный буферный накопитель справа). Эта система работает совсем недавно. В Рисунок 10 символы T с цифрами в индексах обозначают основные датчики температуры, связанные с управлением. Эта система содержит следующие основные компоненты: солнечные коллекторы – плоские пластины с незамерзающей смесью в качестве рабочей жидкости; геотермальный тепловой насос с П-образными вертикальными теплообменниками и незамерзающей смесью в качестве рабочего тела; комбинированное буферное хранилище с водой в качестве среды хранения; накопительный бак для ГВС с пиковым электронагревателем.В здании имеется контур низкотемпературного теплого пола. Комбинированное буферное хранилище состоит из большого резервуара и малого внутри большого. Контур солнечного коллектора замыкается, и тепло передается через теплообменник в большой накопительный бак. Большой резервуар также снабжается тепловым насосом, использующим грунт. Маленький бак внутри большого используется как буфер для ГВС. Внизу находится вход холодной воды, а вверху – выход теплой воды. Выход соединен с накопительным баком ГВС, который также может питаться напрямую от теплового насоса и при необходимости может быть включен электрический нагреватель.Отопление здания осуществляется за счет тепла, накопленного в большой емкости комбинированного буферного накопителя. Ссылаясь на уравнение [12], записанное для усредненной температуры накопителя T s , энергетический баланс комбинированного буферного накопителя в нестационарном состоянии рассматриваемой системы можно записать следующим образом:

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

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

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

В уравнении [19] есть теплота Q hpBS подается тепловым насосом в комбинированный буферный накопитель. Это может быть общее количество тепла, отдаваемое тепловым насосом, Q л.с. BS  = Q л.с. , или только часть Q л.с. количество тепла Q л.с.ГВС  =(1  – x ) Q л.с. отдаваемого тепловым насосом в накопительный бак ГВС.В заданное время также может быть извлечено некоторое количество воды, нагретой из малого резервуара, для подачи в накопительный бак ГВС, Q hDHWBS  = mC ( T DHWBS   – T в ) . Таким образом, энергетический баланс накопительного бака ГВС можно записать в следующем виде:

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

Нет входа холодной воды в накопитель ГВС, а есть только выход для непосредственного использования.Некоторое количество холодной воды подается к трехходовому клапану из накопительного бака, чтобы защитить пользователя от слишком высокой температуры воды из системы ГВС.

Параллельная система SAHP, представленная в Рисунок 10 поставляет тепло для отопления здания и для системы ГВС. Работа системы основана на солнечных коллекторах и геотермальном тепловом насосе, которые снабжают теплом один или оба бака-аккумулятора. Основные режимы работы рассматриваемой системы в общем виде можно описать следующим образом:

Только солнечное отопление: накопительные баки: совмещенный буфер и накопитель ГВС питаются от солнечных коллекторов; тепловой насос выключен и вспомогательная энергия не используется.

Солнечное отопление и пиковое дополнительное отопление для ГВС: Накопительные баки питаются только солнечными коллекторами; тепловой насос выключен, на пиковую нагрузку (или для защиты от бактерий Legionella ) включен дополнительный электронагреватель; в зависимости от тепловых и окружающих условий полезное тепло Q u от солнечных коллекторов может передаваться в аккумулирующие баки.

Параллельное солнечное отопление и отопление тепловым насосом: если температура собранного или накопленного тепла слишком низкая для удовлетворения общей тепловой нагрузки, для ГВС и отопления помещений, тепловой насос включается и подает тепло одному или две накопительные емкости; полезную солнечную энергию можно собирать и хранить в комбинированном накопительном баке, если это возможно.

Отопление только тепловым насосом: Когда разница температур между выходом контура солнечных коллекторов и накопителем (в заданной точке) ниже предельного значения, солнечные коллекторы не работают, и насос обеспечивает все потребности в отоплении и питает один или два бака.

Отопление с помощью теплового насоса и дополнительного отопления: Когда нет доступной солнечной энергии и тепловой насос не может обеспечить все тепло для ГВС, дополнительный электрический нагреватель включается в часы пик.

КПД рассматриваемой системы, применяемой для отопления помещений и ГВС, может быть выражен в общем виде следующим образом: WDHW+WauxDHW

Приведенное выше уравнение написано в предположении, что общая потребность в тепле обеспечивается рассматриваемой системой. Использование электрического нагревателя ( Вт auxDHW ) включено в общую работу, необходимую для выполнения всех требований к отоплению; однако электронагреватель используется только для ГВС.В общую работу Вт ГВС входит также работа, необходимая для привода циркуляционного контура и насосов в системе ГВС. Безусловно, за эффективную работу системы отвечает система автоматического управления [34].

В некоторых параллельных системах SAHP тепловой насос может подавать тепло непосредственно в систему отопления (обычно в накопительный бак, как в системе, представленной в Рисунок 10 ), в зависимости от потребности в отоплении и уровня температуры рабочая жидкость.Автоматическое управление рассматриваемой системой может быть организовано по-разному и приоритеты могут быть отданы разным источникам тепла. Солнечные тепловые коллекторы и тепловой насос не соединены друг с другом. Они могут работать альтернативно, то есть каждый из них в разное время, но они также могут работать вместе, подавая тепло одновременно. Основная идея параллельной работы заключается в параллельном использовании двух источников тепла: солнечного для солнечных коллекторов и другого (не солнечного) для теплового насоса.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 применений и потребности в тепле.

Солнечный тепловой и тепловой насос Горячая вода Гибрид | 2020-02-03

К 1970 году имя Луи Дж. Лефковица было нарицательным в Нью-Йорке и других частях Соединенных Штатов.Несмотря на высокий рост и большие ступни, он много лет руководил активистской Генеральной прокуратурой Нью-Йорка, когда я окончил Университет Лихай с новоиспеченным дипломом инженера-строителя. Я устроился ученым-экологом в новое Бюро охраны окружающей среды Луи на Манхэттене. Моя работа заключалась в том, чтобы найти загрязнение и помочь в судебном разбирательстве положить ему конец.

Одной из первых вещей, которые я сделал в офисе AG, была организация общественных слушаний о будущем солнечной энергии как части более разумного энергетического будущего для нашего штата и страны.Забавно, как все работает. Проработав три десятилетия на этой работе, я стал проектировщиком и установщиком гелиотермальных систем. С тех пор, в сочетании с проектированием сантехники, я всегда в центре внимания.

Когда пять лет назад я проходил собеседование на должность установщика солнечных батарей для нового полностью электрического многоквартирного комплекса NetZero, разработчик спросил меня, включают ли мои конструкции накопителей тепла PCM — материалы с фазовым переходом. Я сказал ему, что, конечно, могу, и, может быть, мы могли бы позволить себе установить баранье сало! Что ж, PCM еще не нашли там место, но мы установили 26 систем обратного отвода, которые сегодня продолжают очень эффективно подогревать ГВС, спасибо.Мы повторяем этот успех в новом и более крупном комплексе NetZero, который теперь называется Solara.

Электрификация зданий стала политическим императивом многих государств, обеспокоенных изменением климата. Они реализуют политику, направленную на обезуглероживание производства электроэнергии за счет большей зависимости от возобновляемых источников энергии. Если ископаемое топливо будет использоваться на месте вместо электричества, возможности ограничить неблагоприятное воздействие образа жизни нашего населения на климат будут упущены.Вот почему штаты поощряют электрические альтернативы для отопления и охлаждения.

Почему гелиотермальная и фотоэлектрическая?

Всемирный совет по экологическому строительству определяет углеродное здание NetZero как здание, которое отличается высокой энергоэффективностью и полностью питается от местных и/или внешних возобновляемых источников энергии. Без солнечных коллекторов создание углеродного здания NetZero практически невозможно. В то время как электрическая солнечная энергия (PV) может достичь цели сама по себе, солнечные тепловые системы правильного размера обеспечивают превосходную энергетическую эффективность на доллар.Гибридные системы тепловых насосов горячей воды улучшают этот результат.

Мы достигли NetZero в Solara (недалеко от Скенектади, Нью-Йорк) за счет создания очень плотной и хорошо изолированной оболочки здания, чтобы минимизировать потери тепла зимой и ограничить приток тепла летом. Высокоэффективные приборы и водонагреватели сокращают потребление электроэнергии и горячей воды. Солнечные тепловые и фотоэлектрические батареи захватывают более чем достаточно энергии, чтобы уравновесить электроэнергию, получаемую из сети в ночное время и в пасмурные дни.

Из-за высокой эффективности корпуса и приборов, которые значительно сокращают электрические нагрузки, нагрев горячей воды, используемой людьми, становится гораздо большей долей потребления энергии, чем в обычных зданиях – факт, который дополняет оправданность использования солнечных тепловых систем в многоквартирных домах NetZero. здания.Да, фотоэлектрические панели могут генерировать энергию для нагрева горячей воды. Но их стоимость за ватт тепла выше, а их мощность в ваттах на квадратный фут также намного меньше.

Гибридная система производства горячей воды Solara

Существует пять основных элементов многоквартирной системы производства горячей воды, работающей в обратном направлении: арматура, распределительные трубопроводы, хранилище горячей воды, устройства для нагрева воды и подача холодной воды. В этой статье мы сосредоточимся на части нагрева воды — предварительном нагреве (солнечные тепловые и тепловые насосы), первичном нагреве (элементы электрического сопротивления) и устройствах нагрева боковых рукавов.

Вот спойлер. Ниже представлена ​​схема того, что мы разработали, чтобы с минимальными затратами минимизировать потребление электроэнергии для производства горячей воды для 10 зданий Solara.

Начнем с солнечной тепловой части этой конструкции. Проще говоря, солнечные тепловые системы состоят из массивов плоских панелей под правильным углом или вакуумных трубок, которые улавливают энергию падающего солнечного света, нагревая переносящую жидкость (HTF), которая доставляет эту энергию в резервуар для хранения тепла через набор насосных линий.

В районах, где температура наружного воздуха опускается ниже, скажем, 40 градусов ночью, разработчики солнечных батарей выбирают антифриз в качестве HTF или конструкцию с обратным сливом, когда HTF возвращается во внутренний резервуар, где он не замерзнет. Контроллер сравнивает температуры датчиков в накопительном баке и в коллекторах, включая насос только тогда, когда «дельта Т» между ними превышает примерно 4-6 градусов.

Другая конструкция контура, которую выбирают многие установщики, — это подход с герметичным трубопроводом. Для этой конструкции требуется расширительный бак, возможность сброса давления и антифриз, чтобы предотвратить замерзание большей части U.S. Системы под давлением могут уменьшить паразитную энергетическую нагрузку для циркуляции теплоносителя, но увеличить утечку и другие проблемы, связанные с давлением, например проблемы с обратным паром. Дренажные системы создают проблемы с кавитацией насоса и требуют большей мощности для первоначального подъема теплоносителя на крышу (однако после установки петлевого сифона потребление энергии падает).

В Solara мы выбрали систему обратного дренажа с открытым контуром из-за ее простоты: вода хранится в большом атмосферном, но закрытом резервуаре с высокой изоляцией, который перекачивается на массивы крыши, когда солнце создает благоприятные тепловые условия.Эта вода служит как теплоаккумулятором, так и петлевым теплоносителем. Холодная вода питает змеевики гофрированных труб из нержавеющей стали, погруженные в эту воду, и тем самым нагревает ее перед поступлением в резервные баки ГВС.

В то время как гидроаккумуляторы являются стандартным приспособлением в подсобных помещениях, гораздо более крупные круглые или квадратные негерметичные «тепловые хранилища» пользуются популярностью, поскольку они могут быть лучше изолированы и намного дольше сохраняют гораздо больше тепла.

Мы выбрали квадратные баки объемом 1200 галлонов, потому что они имеют изоляцию R-30+ (стандартные баки высокого давления обычно содержат только R-14) и эффективно вписываются в прямолинейные помещения.Обе формы резервуаров либо складываются, либо собираются из комплекта, который легко установить. Просто добавьте воду, теплообменники и не размешивайте (если хотите расслоения)! Установленная цена за единицу хранимого тепла (BTU) очень выгодна, даже включая теплообменники (менее половины цены за хранящийся галлон), и они требуют минимального обслуживания в течение длительного времени.

Размер резервуара для хранилища солнечного тепла и резервных резервуаров требует тщательного проектирования. Для солнечных резервуаров, как правило, чем больше, тем лучше, потому что солнечный свет, по крайней мере на северо-востоке, не является надежным товаром, а вода дешева.Многие солнечные книги предлагают 1 галлон запасенной воды на квадратный фут коллектора. Мы обнаружили, что солнечные системы северо-восточного направления работают лучше с удвоенным коэффициентом, и эту функцию мы называем тепловым маховиком. При соотношении 2 галлона на квадратный фут мы редко наблюдаем, как наши солнечные панели достигают максимальной температуры резервуара 170 градусов, даже летом. Конечно, температуры предварительного прогрева в более прохладные пасмурные месяцы довольно низкие. Но именно здесь в дело вступают тепловые насосы, которые несут дополнительную нагрузку.

Для передачи солнечного тепла, хранящегося в воде в хранилище, требуются теплообменники.Мы выбрали изготовленные на месте гофрированные змеевики из нержавеющей стали, подвешенные в резервуарах на рамах из нержавеющих стержней. Другие установщики выбирают паяные пластинчатые или кожухотрубные теплообменники с двойным насосом.

Традиционные резервные солнечные системы горячего водоснабжения

После того, как вода, предварительно нагретая солнечными батареями (SHW), выходит из коллектора змеевика на стороне теплового свода, она поступает в один или два традиционных резервуара для горячей воды, каждый с одним или двумя электрическими элементами и теплообменником со спиральным змеевиком (HX), погруженным на дно.Эти танки служат двум целям. Во-первых, горячая вода внутри обеспечивает запас горячей воды для больших водоразборов ГВС, превышающих мгновенную теплоемкость элементов и подачи ТК. Во-вторых, резервуар(ы) обеспечивают место для электрических элементов для нагрева воды до температуры, достаточной для последующего использования приспособлений (если тепловые насосы или солнечные панели не работают). Каждый видел и наверняка менял элемент электрического сопротивления. У большинства танков их один или два, один из которых стреляет обычно по очереди, верхний первым.

Если ваш клиент не готов платить надбавку ASME за большие резервуары под давлением, в большинстве подсобных помещений имеется несколько 119-галлонных резервуаров, подключенных параллельно или последовательно. Эти «резервуарные фермы» дороги в покупке и установке. Увеличение объема хранения горячей воды также требует дополнительных усилий по санитарии.

В качестве эксперимента по уменьшению объемов резервных хранилищ мы установили гибридную установку всего на один бак — электрический нагреватель бокового плеча по требованию, увеличивающий мгновенную теплопроизводительность установки.Когда контроллер уставки определяет, что температура у дна резервуара слишком сильно упала, он включает небольшой циркуляционный насос, который перемещает «более холодную» воду со дна резервуара через электрический нагреватель, который нагревает движущуюся воду примерно на 30 градусов и откладывает его в верхних зонах бака. Этот «бустерный» нагреватель может позволить нам обслуживать наших клиентов с одним резервуаром вместо двух.

Тепловые насосы гибридных систем горячего водоснабжения

Да – на северо-востоке У.С., нам нужны резервные электрические мощности для наших систем ТБО. Старый надежный способ — элементы электрического сопротивления — те простые устройства, которые действуют как лампочки под водой. Их эффективность высока. Большая часть электричества переводится в БТЕ в воде. Но теперь мы можем добиться большего благодаря появлению тепловых насосов (ТН) с эффективностью, превышающей 400 процентов; коэффициент полезного действия (КПД) 4,0.

Как известно большинству читателей, сегодня на рынке существуют тепловые насосы типа «воздух-вода» (A-W) и «вода-вода» (W-W).Некоторые ТН A-W представляют собой гибриды электрических водонагревателей и используются внутри помещений. Небольшой ТН обслуживает большую часть тепловой нагрузки горячей воды, но электрическое сопротивление служит резервным источником. Хотя тепло внутри здания питает этот HP, некоторые устройства также могут выводиться наружу. Однако внутренние ТН не будут хорошо работать в здании NetZero, поскольку отработанное тепло редко доступно.

Тепловые насосы полагаются на фазовые переходы газ/жидкость для достижения высокого КПД. К сожалению, большинство этих газообразных хладагентов обладают потенциалом глобального потепления (ПГП) и могут разрушать озоновый слой.HP A-W работают на CO2, R410A и R134. CO2 почти не влияет на климат и озон. У двух других в сотни раз больше. Несколько компаний предлагают ТН на основе CO2, одна из которых подходит для здания такого размера. Нам пришлось отказаться от этого устройства, потому что оно было несовместимо с системой предварительного нагрева солнечными батареями и потому что оно использует воду в качестве HTF — риск замерзания, на который мы не хотели идти. Поскольку R410a обладает лучшими характеристиками при низких температурах и температурном диапазоне, мы ограничили наш выбор этим хладагентом.

Большие A-W HP разделены. Перекачиваемый HTF переносит тепло от компрессорной коробки наружного вентилятора к HX внутри здания и использует хладагенты R-410A и R-134. Торговая марка Sanden определяет воду как HTF (хорошо адаптированную для умеренного климата), в большинстве других используется антифриз, чтобы предотвратить повреждение от замерзания. ТН W-W полагаются на жидкости для нагрева. Многие из них представляют собой тепловые насосы типа «гео», которые опираются на глубокие колодцы или гибкие трубы из полиэтилена высокой плотности, закопанные в землю или подвешенные в озере. Как правило, насосы W-W стоят дороже и могут иметь более высокие нагрузки по мощности насоса.

Мы выбрали раздельные ТН A-W R-410A для холодного климата для Solara, потому что их размер (2-3 тонны) соответствует нашим расчетным оценкам дополнительной нагрузки зимой, их стоимость была разумной, а их установка была простой. Да, производительность A-W HP может пострадать в холодную погоду, но количество часов в очень холодную погоду в последнее время значительно сократилось. Однако одна из трех моделей, которые мы купили, показала очень хорошие результаты во время испытаний при температуре 10 градусов по Фаренгейту. Мы будем эксплуатировать эти тепловые насосы около 40-50 процентов в год.Солнечная система несет большую часть нагрузки в остальное время года. Этой зимой мы оценили производительность этих тепловых насосов и выбрали два показателя (производство БТЕ/час/ампер и КПД) и сырое тепло (БТЕ/час) для оценки производительности.

Солнечные размеры гибридной системы горячего водоснабжения

Рассмотрим очень важный элемент проектирования гибридного производства ГВС, а именно определение размеров теплового свода и массивов панелей. Наш процесс проектирования основывался на моделировании солнечной энергии и высокой мощности (мы использовали программное обеспечение Polysun и TRNSYS) для различных предположений о нагрузке.Изменяя площади солнечных батарей, объем тепловых хранилищ и мощность тепловых насосов во многих тестах чувствительности, мы смогли найти золотую середину, где затраты на установку были сведены к минимуму, при этом эффективно выдерживая расчетные нагрузки. Результатом стало минимальное потребление электроэнергии!

Для этих полностью электрических зданий NetZero поиск оптимального решения потребовал рассмотрения компромиссов между стоимостью и производительностью между тепловыми и фотоэлектрическими солнечными батареями. Чем меньше солнечная тепловая батарея, тем большую нагрузку будут нести тепловые насосы и элементы электрического сопротивления — устройства, которые запускаются фотоэлектрическими панелями (и сетью в пасмурные дни).Поскольку стоимость фотоэлектрических панелей за кВт (или БТЕ) в несколько раз выше, чем у тепловых панелей, тепловые панели «правильного размера» могут минимизировать инвестиции в фотоэлектрические панели. Однако, если тепловые батареи слишком велики, их стоимость в расчете на ежегодно производимую БТЕ увеличивается, потому что летом они производят больше тепла, чем могут быть сохранены или использованы. Этот анализ компромисса не тривиален. Это требует итеративного подхода, потому что каждый сценарий требует не только моделирования производства энергии, но и оценки стоимости для каждого основного элемента.

В конце концов, мы решили уменьшить тепловые массивы до более экономичного размера (23.3 квадратных фута на квартиру по сравнению с 46,7 фута2 на квартиру в более раннем жилом комплексе NetZero). Никаких A-W HP там не устанавливалось. Но мы увеличили объем теплового хранилища с 1,03 галлона на квадратный фут панели до 2,14 галлона на квадратный фут. Для производства горячей воды в пасмурный день мы выбрали два бака HX DHW емкостью 108 галлонов, соединенные параллельно, электрические элементы мощностью 5500 Вт (4700 Вт при 208 В переменного тока) (по одному на бак) и один A-W HP на 24-квартирный дом. До сих пор системы ТБО почти полностью несли основную часть нагрузки по горячему водоснабжению в период с мая по сентябрь, в то время как гибридный подход с тепловым насосом компенсировал ежедневный дефицит тепла в остальное время года.

Следующая статья

В следующей статье мы обсудим, как мы оценили производительность арматуры и изменили обычную конструкцию системы распределения ГВС «магистраль-ветвь-ветка» на магистраль небольшого диаметра — без ответвления — с трубной веткой 3/8 дюйма. Цель проста: свести к минимуму потери тепла и воды и увеличить время доставки примерно до 15 секунд для душевых и кухонных раковин в зданиях.

Солнечные тепловые насосы: что нужно знать

По данным У.S. Energy Information Administration, отопление помещений и подогрев воды могут составлять почти две трети потребления энергии в домах США — эти счета определенно складываются! Вы можете использовать множество различных типов энергоэффективных систем отопления, чтобы компенсировать эти расходы, в том числе солнечные тепловые насосы (SAHP), которые, как утверждают некоторые производители, могут иметь период окупаемости всего от двух до трех лет. Эти системы сочетают в себе технологии, аналогичные солнечным водонагревателям и тепловым насосам с воздушным источником, для нагрева воды или небольших помещений в вашем доме.SAHP существуют с 1970-х годов, но в последнее время стали привлекать больше внимания из-за их высокой эффективности.


Обзор тепловых насосов на солнечных батареях


  • SAHP объединяют тепловые солнечные панели и тепловые насосы для производства тепла
  • Эффективность SAHP варьируется в зависимости от его конфигурации и условий окружающей среды
  • SAHP может включать в себя различные типы солнечных коллекторов
  • Коэффициент полезного действия является основным способ измерения эффективности SAHP

Как работает тепловой насос на солнечной энергии?

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

Коллекторы

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

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

Плоские коллекторы
Плоские коллекторы

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

Вакуумные трубки

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

PV-T или гибрид

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

Термодинамический

Термодинамические коллекторы используют тепло окружающего воздуха и солнечной энергии для нагревания хладагента при его прохождении через панель. Они не зависят исключительно от пребывания на солнце, а работают ночью и зимой. Вы можете установить термодинамические коллекторы как по бокам зданий, так и на крышах.

Испаритель

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

Теплообменный клапан

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

Компрессор

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

Накопительный теплообменный бак

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

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


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

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

Как оценить эффективность тепловых насосов на солнечной энергии

Прежде чем выбрать SAHP, вы должны сравнить Коэффициент полезного действия (COP) различных систем.COP — это мера эффективности теплового насоса, основанная на соотношении произведенного полезного тепла по сравнению с потребляемой им энергией. Более высокие COP означают более эффективные SAHP и более низкие эксплуатационные расходы. В то время как самый высокий КПД, которого может достичь любой тепловой насос, составляет 4,5, тепловые насосы с КПД выше 3,0 считаются высокоэффективными.

Зарядите свой компрессор фотоэлектрическими солнечными панелями

Чтобы максимизировать ежемесячную экономию, вы можете установить фотоэлектрические солнечные панели в дополнение к SAHP для питания вашего компрессора с использованием бесплатного экологически чистого электричества.Присоединившись к EnergySage Marketplace, вы можете получать до семи предложений по солнечной энергии от местных установщиков. Просто не забудьте указать в своей учетной записи, планируете ли вы установить SAHP, чтобы установщики могли указать размер солнечной системы для удовлетворения ваших ожидаемых потребностей в электроэнергии.


SunPump вдыхает новую жизнь в солнечное тепловое отопление

Тепловой насос в основном похож на холодильник, перемещая тепло из одного места в другое. Геотермальные тепловые насосы перемещают его из-под земли внутрь; Насосы источника воздуха всасывают тепло из воздуха.Все тепловые насосы работают одинаково: хладагент поглощает тепло, испаряясь и выделяя его при сжатии и сжижении. SunPump — одна из тех идей «почему никто не додумался до этого», когда хладагент закачивается в солнечные панели на крыше, где солнечное тепло воздействует непосредственно на хладагент, что делает его действительно эффективным. На другом конце тепло извлекается и используется для нагрева воды в «тепловой батарее» или резервуаре для горячей воды, которая затем может подаваться по трубопроводу к радиаторам, лучистым полам или теплообменникам для принудительного воздуха.

Это решает много проблем. Несколько лет назад мы задавались вопросом, имеют ли смысл солнечные тепловые системы в мире более дешевой фотоэлектрической энергии; они были сложными и не такими надежными в климате, где не было почти постоянного солнечного света. В SunPump используется хладагент с температурой кипения -50°C, поэтому он будет работать (хотя и не так эффективно) в темное время суток. Он имеет COP (коэффициент полезного действия) 7 на солнце и 2,7 ночью.

Я также часто задавался вопросом, действительно ли имеют смысл использовать геотермальные тепловые насосы, учитывая стоимость бурения и трубопроводов, когда воздушные тепловые насосы стоят намного дешевле; сторонники геотермальной энергии называют меня дезинформированным идиотом и говорят, что они действительно используют возобновляемый ресурс, солнечное тепло, хранящееся в земле.Солнечный насос избавляется от земли, бурения и трубопроводов и напрямую использует солнце.

© Sunpump

В качестве дополнительного бонуса Sunpump теперь соединяет свою тепловую панель с фотогальванической панелью; поскольку хладагент испаряется и поглощает тепло, он будет охлаждать фотоэлектрическую панель, значительно повышая ее эффективность. И, как любой тепловой насос, он также может охлаждать; вместо того, чтобы направлять хладагент на крышу, он направляет его в змеевик, что делает его очень эффективным кондиционером, который перемещает тепло из внутреннего воздуха в резервуар для горячей воды для бытовых нужд.

Обоснование того, что солнечная тепловая энергия не работает, исходит из исследования, проведенного Мартином Холладеем из Green Building Advisor, который отметил, что в большинстве северных установок они обеспечивают в среднем только 63 процента используемой горячей воды и нуждаются в резервной электрической системе для баланса. SunPump — это солнечная тепловая система, которая может работать постоянно и поставлять 100% горячей воды как для отопления дома, так и для отопления помещений (хотя на всякий случай у нее есть внутренний электрический элемент). Еще в 2014 году Холладей скептически относился к тому, насколько он надежен или насколько «легко провести хладагент по герметичной трубке от теплового насоса к коллекторам на крыше.»

Но SunPump уже установила довольно много по всей Канаде, имеет солидную финансовую поддержку, новое имя и новый веб-сайт (с слишком большим количеством Lorem ipsum все еще показывается). Они утверждают, что это довольно надежно:

Это элегантно простое устройство, имеющее всего одну движущуюся механическую часть, спиральный компрессор постоянного тока, распространенный в холодильных и тепловых насосах, который может работать десятилетиями. Технологии охлаждения развивались более 100 лет. Он размером с мини-холодильник и работает примерно так же.

В пассивном доме или другом доме с высокой изоляцией, где не требуется много тепла, самый маленький насос SunPump может легко справиться со всем теплом и горячей водой; у них даже есть специальная катушка, которую можно прикрепить к вентилятору с рекуперацией тепла.

Так что, возможно, солнечная тепловая энергия вовсе не умерла; он просто тосковал по обновлению до технологии теплового насоса. Больше на Sunpump. А вот и видео установки:

(PDF) Потенциальные преимущества комбинации тепловых насосов с солнечными коллекторами для отопления и подготовки горячей воды для бытовых нужд

D.Карбонелл и др. / Energy Procedia 57 ( 2014 ) 2656 – 2665 2657

gramme (Приложение 38 ГЭС) Солнечные и тепловые насосы [1], известное под общим названием Task44/Annex38 (T44/A38),

, куда включена настоящая работа.

Когда комбинированные системы хорошо спроектированы, повышение производительности является очень многообещающим. Однако системы

, сочетающие в себе обе технологии, также могут быть менее эффективными, чем ожидалось, и работать хуже по сравнению с системой без солнечной части

, если комбинированная система спроектирована неправильно.Основными причинами низкой производительности могут быть

неправильные гидравлические соединения и элементы управления системой [2] или плохое расслоение комби-аккумулятора. Комбинированный накопитель определяется

как устройство для хранения энергии как для ГВС, так и для ТГ, в одном накопительном блоке и при различных уровнях температуры.

До сих пор увеличение коэффициента сезонной эффективности комбинированных систем изучалось только для конкретных

случаев и климатических условий (см., например, [3]). Целью данной статьи является систематическая оценка потенциальной выгоды от добавления солнечных тепловых систем

к тепловому насосу в различных климатических условиях по всей Европе.Здесь будут описаны только концепции параллельных систем (см. [4])

. Это означает, что тепловой насос и солнечные коллекторы не соединены последовательно, и солнечное тепло

не может использоваться в качестве подвода тепла для испарителя теплового насоса. Были рассмотрены только системные концепции (гидравлические решения), которые доказали свою эффективность в предыдущих исследованиях [2].

Результаты, представленные в этой работе, предназначены для того, чтобы помочь заказчикам, установщикам или планировщикам принять решение для их конкретного климата

и тепловой нагрузки, оправдывает ли ожидаемая экономия электроэнергии дополнительные затраты на добавление солнечного тепла к системе теплового насоса

.Это решение может учитывать конкретную стоимость инвестиций, конкретную цену на электроэнергию,

и, возможно, также неденежные экологические выгоды. На эти значения влияют субсидии, они отличаются от местоположения

к местоположению и изменяются со временем. Поэтому в данной работе они не оцениваются. Упрощенная глобальная модель

, способная рассчитать выгоду от добавления солнечной тепловой энергии для различных систем, включая климатические особенности и создание

нагрузок среди других переменных, без необходимости ежегодного моделирования, еще не разработана.

2. Методология

Предварительная проверка моделирования Polysun-6 (http://www.polysun.ch) была выполнена путем сравнения результатов

с прогнозами моделирования TRNSYS (http://www.polysun.ch). trnsys.com) для комбинированного солнечного и воздушного теплового насоса

(SASHP) и для параллельных систем солнечного и геотермального теплового насоса (SGSHP). Моделирование TRNSYS

основано на проекте MacSheep EU-FP7 (http://macsheep.spf.ch/). Сравнивались результаты для трех зданий

SFh25, SFh55 и SFh200 T44/A38 (подробности см. в [5,6]) в Страсбурге.Три здания представляют собой низкое

(SFh25), среднее (SFh55) и высокое (SFh200) энергопотребление здания (Qd), где числа, например, 15,

означают годовое потребление энергии на единицу отапливаемой площади здания в город Страсбург в кВтч/м2. Здания

SFh25 и SFh55 имеют низкотемпературные системы распределения тепла (Tпод.=35 oC и Tоб.=30 oC), а

здание SFh200 имеет более высокое значение Tпод.=55 oC и Tоб.=45 oC. Прямым следствием этих

температур является то, что коэффициент сезонной эффективности теплового насоса для SFh200 ниже по сравнению с другими

зданиями.

Для указанной задачи предварительной валидации в качестве теплоотводящего элемента в

Полисун-6- были введены тепловые нагрузки (ОП). Отопительные нагрузки были предварительно рассчитаны с помощью модели здания TRNSYS Type56. После того, как эти сравнения

оказались удовлетворительными, тот же системный шаблон был использован в Polysun-6, включая собственную модель здания

, чтобы избежать необходимости создавать разные файлы стоков для каждого климата и тепловой нагрузки. Строительная модель Polysun-

6 не так детализирована, как модель, используемая в Type 56, но, поскольку интерес настоящего исследования заключается в относительных значениях,

, упрощенная модель Polysun-6 считается точной. довольно.Значения были выбраны в модели здания Polysun-6-

, чтобы получить такую ​​же годовую потребность в отоплении, как и в случае TRNSYS для Страсбурга. Впоследствии это же здание

было перемещено по Европе без каких-либо изменений определения здания.

Профиль отвода горячей воды для бытового потребления (ГВС) получен из T44/A38 [5], а температура холодной воды установлена ​​

на 10 oC везде, таким образом, энергетическая нагрузка ГВС считается постоянной для всех местоположений. Комбинированные системы

состоят из параллельной системы с комбинированным накопителем в качестве связующего компонента между теплом, подаваемым от теплового насоса

, подачей солнечного тепла и полезной энергией, подаваемой на ГВС или ТК.Чтобы показать возможные

потоков энергии внутри системы, схема, предложенная Frank et al. В работе [4] на рис. 1(а) представлена ​​схема параллельной системы СГШП

, смоделированная в «Полисун-6», показанная на рис. 1(б).

Комбинированный накопитель имеет отдельные соединения для зарядки зон ГВС и ТК от теплового насоса. Как

, рекомендованный Haller et al. [2], обратка от накопителя к тепловому насосу в режиме зарядки ГВС выше

Системы тепловых насосов с двойным источником: работа и производительность

  • К.Кайгусуз Караденизский технический университет

Ключевые слова: тепловой насос, источник тепла, солнечная энергия, солнечный тепловой насос

Аннотация

Системы тепловых насосов с двумя источниками состоят из основного теплового насоса холодного источника, поддерживаемого дополнительным источником тепла. В настоящем исследовании подробно изучалась только одна схема: воздушные тепловые насосы в сочетании с солнечными коллекторами.В дополнение к ситуации, когда солнечные коллекторы предназначены исключительно для прямого нагрева, солнечная система может использоваться с тепловым насосом либо в последовательной схеме, либо в схеме с двумя источниками. При последовательной установке можно достичь более высокого КПД, но часто имеет место более низкая доля свободной энергии. Это связано с отсутствием прямого солнечного нагрева, а это означает, что вспомогательная энергия требуется чаще. Тщательный анализ всех элементов установки, включая местоположение, потребность в отоплении и охлаждении, площадь солнечных коллекторов, имеет основополагающее значение для достижения наилучшего результата с точки зрения как хорошей экономии первичной энергии, так и прибыльных экономических показателей.

Биография автора

К. Кайгусуз, Караденизский технический университет

Рекомендации

[1] Дж. Рушенбург, С. Херкель, Х.М. Хеннинг, Моделирование систем отопления тепловыми насосами с использованием солнечной энергии.
[2] Ренато М.Лаззарин, Р.М. Системы тепловых насосов с двойным источником: работа и производительность. Энергетика и здания 2012; 52: 77–85.
[3] Абу-Зиян, Х. З., Ахмед, М. Ф., Метвалли, М. Н., Абд Эль-Хамид, Х. М. Системы тепловых насосов на R22 и R134a с использованием солнечной энергии для низкотемпературных применений. Прикладная теплотехника, 1997;17(5):455–469.
[4] Hadorn, J.C. Солнечные и тепловые насосы для жилых зданий. Берлин: Ernst & Sohn, Бренд Wiley, 2015.
. [5] Даффи, Дж. А., Бекман, В.A. Солнечная инженерия тепловых процессов, Четвертое издание, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 2013.
. [6] Зауэр, Х.Дж. Хауэлл, Р.Х. Системы тепловых насосов, Нью-Йорк: John Wiley and Sons, 1983.
. [7] Рей, Д.А., Макмайкл, администратор баз данных. Тепловые насосы. 2-е изд. Пергамон Пресс, Великобритания, 1988.
. [8] Howell, JR., Bannerrot, RB., Vliet, GC. Солнечные тепловые энергетические системы. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1982.
. [9] Т.Л. Фриман, Дж.В. Митчелл, Т.Е. Аудит. Производительность комбинированных солнечно-тепловых насосных систем.Солнечная энергия 1979; 22: 125-135.
[10] Дж.В. Андерсон, Дж.В. Митчелл, В. А. Бекман. Метод проектирования параллельных систем солнечных тепловых насосов Солнечная энергия 1980; 25: 155-163
[11] Кайгусуз, К. Производительность систем тепловых насосов с использованием солнечной энергии. прикладная энергия 1995; 51: стр. 93-109.
[12] Кайгусуз, К., Айхан, Т. Экспериментальное и теоретическое исследование комбинированной системы солнечного теплового насоса для отопления жилых помещений. Energy Convers Mgmt, 1999, 40: 1377-1396.
[13] Кайгусуз, К.Теоретические тепловые характеристики воздушных тепловых насосов в Трабзоне, Турция. Журнал инженерных исследований и прикладных наук 2019; 8 (2): 1291-1298.
[14] Кайгусуз, К., Кайгусуз, О. Теоретические характеристики применения солнечного теплового насоса для отопления жилых помещений. Журнал инженерных исследований и прикладных наук, 2019 г .; 8 (1): 1099-1108.
[15] Кайгусуз, К. Производительность параллельных и последовательных систем тепловых насосов с использованием солнечной энергии и накоплением энергии для отопления зданий. Дж. Инж. Рез.Приложение. Наука 2018; 7 (1): 759-764.
[16] Кайгусуз, К. Карадениз Бэлгесиндеки Конутларан Гюнэш Дестекли Исэ Помпас Ярдэ ± мэ ± йла Исэ тэ ± лабилирлиашинин Араштэ ± рэ ± лмасэ ±. Кандидатская диссертация, KTU, Трабзон, Турция, 1992.
[17] Р. Дотт, Т. Афей, А. Генкингер, А. Далибард и др., Модели подкомпонентов и валидация для задачи 44/HPP IEA SHC, Приложение 38, Часть C: Модели тепловых насосов, Окончательный проект, Дата: 10 июня 2013 г.

Сравнение различных конфигураций солнечных коллекторов для помощи воздушному тепловому насосу для подачи горячей воды для бытовых нужд Риза Бююкзерен, Али Кахраман, Мехмет Нуман Кая, Халил Ибрагим Даг :: SSRN

20 страниц Опубликовано: 15 фев 2022 г.

Аннотация

Возобновляемая энергия является ключом к устойчивому развитию во всем мире, и возобновляемая энергия используется во многих областях, включая нагрев воды.Для нагрева воды, среди множества вариантов, можно использовать электрическую и солнечную энергию в помощь тепловым насосам. В этом исследовании рассматривается использование фотоэлектрических и тепловых коллекторов, чтобы помочь тепловому насосу эффективно обеспечивать ГВС. Во-первых, были проведены экспериментальные испытания в климатической комнате, и с использованием результатов экспериментов была подтверждена имитационная модель, разработанная в программном обеспечении TRNSYS. На основе типа и количества коллекторов, поддерживающих систему теплового насоса ГВС, были созданы четыре различных сценария, которые сравнивались друг с другом с точки зрения энергоэффективности.Для систем, поддерживаемых тепловым насосом и максимум тремя коллекторами, лучшие варианты позволили сэкономить 564,71 кВтч-эл. для одного теплового коллектора и 1051,77 кВтч-эл. для двух коллекторов, одного теплового и одного фотогальванического. Когда тепловой насос поддерживается тремя коллекторами, конфигурация с одним тепловым и двумя фотогальваническими коллекторами, которая является оптимальным вариантом, производит энергии на 107,39 кВтч-эл больше, чем потребляемая энергия. Следовательно, это исследование ясно показало, что правильное сочетание тепловых и фотоэлектрических коллекторов значительно снижает потребление энергии солнечными тепловыми насосами ГВС.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.