Integracja powietrznej pompy ciepła z kolektorami słonecznymi

Dominującym  trendem w instalacjach ogrzewania wody użytkowej oraz centralnego ogrzewania jest ciągłe obniżanie zapotrzebowania energii oraz zwiększanie wykorzystania darmowej energii odnawialnej. Całość wpisuje się w strategię Unii Europejskiej dotyczącej ograniczenia emisji CO2 oraz rozwoju Odnawialnych Źródeł Energii.

 

Poszukując komfortowego i taniego w eksploatacji  sposobu podgrzewania wody użytkowej, zastanawiamy się jakie drugie źródło ciepła, oprócz konwencjonalnego, zastosować w nowej lub modernizowanej  instalacji. Dokonując wyboru  zwracamy uwagę na kilka podstawowych aspektów: koszty, automatykę działania, komfort użytkowania i wpływ naszej instalacji na bezpieczeństwo środowiska.

 

 

Coraz popularniejsze staje się integrowanie wielu systemów. Korzystanie z systemu grzewczego zintegrowanego z powietrzną pompą ciepła oraz kolektorami słonecznymi wymaga odpowiedniego przystosowania instalacji, jak i ekonomicznego uzasadnienia inwestycji.

Pompy ciepła należą do niskotemperaturowych źródeł ciepła. Mogą ogrzać wodę do temperatury około 55°C, co jest zupełnie wystarczające w przypadku wody użytkowej (woda w kranie, po zmieszaniu z zimną wodą, nie powinna przekraczać 45-50°C). Grzanie do wyższych temperatur w żadnym systemie nie jest ekonomicznie uzasadnione, ze względu na większe straty ciepła do otoczenia.

Kolektory słoneczne dostarczają nam praktycznie darmową energię cieplną. W zależności od nasłonecznienia mogą w całości pokryć zapotrzebowanie na energię potrzebną do podgrzewania wody użytkowej lub przynajmniej podniosą jej temperaturę na wyższy poziom, ograniczając czas pracy pompy ciepła. Integracja systemu z pompami ciepła powietrznymi i kolektorami słonecznymi pozwala na połączenie zalet obydwu urządzeń, tworząc system samowystarczalny przez większą część roku. Zarówno pompy ciepła, jak i kolektory słoneczne wymagają zasobnika, który będzie akumulował ciepło. Niemal  w każdej sytuacji zasobnik ten musi być większej pojemności niż w przypadku konwencjonalnego ogrzewania. Pozwala to jednak regulować temperaturę wydatkowanej wody użytkowej w sposób długotrwały, jednocześnie unikając nadmiernych strat ciepła do otoczenia (im niższa temperatura w zbiorniku, tym mniejsze straty).  Dlatego wielkość zbiornika powinna być dobrana tak, żeby zapewnić komfort ciepłej wody użytkowej przy założeniu temperatury w zbiorniku ok. 45-55°C.

Głównym uzasadnieniem kojarzenia systemu kolektorów słonecznych i pompy ciepła są rosnące ceny tradycyjnych paliw lub brak dostępności tańszych nośników energii cieplnej. Kolektory słoneczne i powietrzne pompy ciepła szczególnie poleca się jako alternatywę dla ogrzewania elektrycznego, olejem opałowym lub gazem płynnym. Głównym argumentem są niższe koszty eksploatacji. Bez wątpienia takie skojarzenie jest też godną alternatywą w przypadku braku przyłącza gazu ziemnego. Uzupełnienie instalacji z kotłem na paliwo stałe o powietrzną pompę ciepła i kolektory słoneczne, jest bardzo korzystne ze względu na kłopotliwe oraz ekonomicznie i ekologicznie nieuzasadnione eksploatowanie kotła poza sezonem grzewczym.

Podsumowując, integracja kolektorów słonecznych z pompą ciepła będzie droższa inwestycyjnie od każdego z nich osobno, ale uzyskujemy w ten sposób najtańszy eksploatacyjnie i najbardziej stabilny system ogrzewania wody użytkowej w okresie wiosna/jesień.

 

Przykład instalacji

 

W domu niskoenergetycznym wykonanym z drewna zastosowano ogrzewanie powierzchniowe ścienne oparte o wiele źródeł ciepła. Ze względu na brak przyłącza gazu wszystkie urządzenia grzewcze korzystają z energii elektrycznej.

 

Przedstawiona instalacja oparta jest o zbiornik z odpowiednio dużą wężownicą, do której podłączono pompę ciepła. Kolektory słoneczne zostały dodane do układu za pomocą płytowego wymiennika ciepła. W tej sytuacji pompa obiegowa kolektorów słonecznych uruchomi się zawsze, kiedy tylko będą warunki atmosferyczne pozwalające na produkcję ciepła. Sterowanie układem pozwala na ustawienie priorytetu grzania pompą ciepła względem grzałki CO- ta może się włączyć dopiero w punkcie biwalentnym, który dla powyższego przypadku został określony w temperaturze -8°C.

 

  • Orientacyjne zapotrzebowanie budynku na ciepło: 5,0 kW
  • Grzałka elektryczna o mocy 4,5 kW
  • Pompa ciepła powietrzna o mocy nominalnej 6 kW
  • Ilość kolektorów płaskich: 3szt.
Opublikowano: 19.10.2022