Instalacja solarna i pompa ciepła razem zapewniają niezawodne dostawy ciepła
W 2006 roku Friedrich Freß i jego rodzina spełnili swoje marzenie o posiadaniu domu jednorodzinnego w Maroldsweisach we Frankonii. Jako prowadzący własną działalność gospodarczą specjalista ds. instalacji sanitarnych, grzewczych i klimatyzacyjnych przywiązuje dużą wagę do wydajnego i przyjaznego dla środowiska zaopatrzenia w ciepło, które pasuje do jego domu niskoenergetycznego. Dlatego zdecydował się na pompę ciepła w połączeniu z instalacją solarną: "W ten sposób mój dom jest ogrzewany całkowicie za pomocą energii odnawialnych", mówi z zadowoleniem Freß. Z pomocą unikalnego wielodrożnego rozdzielacza mieszającego rMIX 3 x 3 L 35 HG Baunach GmbH & Co. KG, oba systemy, które są zupełnie różne pod względem wykorzystania energii, pracują ramię w ramię i optymalnie się uzupełniają.
Rys. 1: Dla swojego nowo wybudowanego domu jednorodzinnego o powierzchni grzewczej 410 metrów kwadratowych, budowniczy i specjalista HVAC Friedrich Freß szukał przyszłościowej i przyjaznej dla środowiska koncepcji energetycznej.
Freß zainstalował oba systemy samodzielnie wraz z dwoma pracownikami swojej firmy Ernst Freß oHG Inżynieria sanitarna. Założona w 1948 roku firma specjalizuje się w instalacji wszelkiego rodzaju systemów grzewczych i posiada bogate doświadczenie w dziedzinie odnawialnych źródeł energii. "Oprócz systemów solarnych i pomp ciepła, instalujemy również systemy grzewcze na pelety, systemy na zrębki drzewne, elektrociepłownie i biogazownie", mówi Freß, opisując swoje główne obszary specjalizacji. Pomimo wysokiego poziomu wiedzy specjalistycznej w tej dziedzinie, Freß z przyjemnością skorzystał ze wsparcia HG Baunach GmbH & Co. KG podczas fazy planowania. Freß dowiedział się o firmie z Hückelhoven dzięki specjalistycznej prezentacji dla cechu Schweinfurt, która zaoferowała mu idealne rozwiązanie do połączenia pompy ciepła i systemu solarnego.
Pompa ciepła i system solarny - dobre połączenie?
Rys. 2: Serwis: Hans-Georg Baunach (po lewej), szef firmy o tej samej nazwie i wynalazca rendeMIX, sprawdza na miejscu, czy jego koncepcja ogrzewania, która została dostosowana do potrzeb Friedricha Freßa (po prawej), działa prawidłowo.
Rys. 3: System ogrzewania: System ogrzewania słonecznego o powierzchni ponad 40 metrów kwadratowych ze zbiornikiem buforowym o pojemności 2000 litrów i pompą ciepła zapewnia domowi rodziny Freß potrzebne ciepło w niezawodny i przyjazny dla środowiska sposób.
"Początkowo planowana była tylko pompa ciepła z kontrolowaną wentylacją domową", mówi Freß o swoim początkowym projekcie. Następnie zdecydował się dodać system solarny - częściowo ze względu na ochronę środowiska, a częściowo jako punkt odniesienia dla swoich klientów. Kluczowym pytaniem, na którym skupił się podczas fazy planowania, było to, jak rozsądnie połączyć oba systemy, tak aby nie kolidowały ze sobą i nie wpływały na siebie nawzajem. Wynika to z faktu, że podczas gdy pompa ciepła ma duży przepływ objętościowy z małym rozrzutem (5K), zasobnik buforowy podłączony do systemu solarnego działa dokładnie odwrotnie, z niskim przepływem objętościowym i dużym rozrzutem. System solarny bezwzględnie wymaga niskich temperatur powrotu dla efektywnego wytwarzania energii. Jest to jedyny sposób, w jaki może on znacząco przyczynić się do wsparcia ogrzewania w zimie. Ciepło wytwarzane przez system solarny jest stratyfikowane w zasobniku buforowym, dzięki czemu najgorętsza woda jest zawsze przechowywana na górze, a najzimniejsza na dole. W ten sposób nie dochodzi do mieszania i dostępne są zarówno wysokie, jak i niskie temperatury. Gdyby ciepło z pompy ciepła było również przechowywane w zasobniku buforowym w konfiguracji zaplanowanej przez Freß, zniszczyłoby to wrażliwą stratyfikację temperatury: konieczne było zatem zapobieganie mieszaniu przez pompę ciepła zasobnika buforowego, który jest obsługiwany przez moduł ładowania warstwowego, w takim stopniu, że nie byłoby już możliwe wykorzystanie energii słonecznej. Firma Freß poszukiwała zatem projektu hydraulicznego, który wyeliminowałby sprzeczność między tymi dwoma zasadami i zamiast tego zintegrował je z koncepcją ogrzewania wyższego poziomu. Jednak dostępne na rynku systemy hydrauliczne nie przypadły Freßowi do gustu. Dlatego był tym bardziej entuzjastycznie nastawiony, gdy firma H.G. Baunach zaprezentowała mu wieloportowy rozdzielacz mieszający rMIX 3 x 3 L 35, który sam zaprojektował i opatentował.
Koncepcja: separacja jako rozwiązanie
Rys. 4: Masa obojętna jako bufor: Specjalistyczny instalator Freß położył ogrzewanie podłogowe w całym domu z odstępem między pętlami wynoszącym 10 cm (7 cm w łazienkach). Pompa ciepła wykorzystuje ogrzewanie podłogowe jako bufor i dzięki temu nie miesza wrażliwych warstw w zasobniku.
Ponadto szef firmy i inżynier ds. rozwoju zaprojektowali niestandardową koncepcję ogrzewania, aby osiągnąć wysokie wykorzystanie energii słonecznej i jednocześnie długi czas pracy pompy ciepła. Rozwiązanie polegało na wyraźnym rozdzieleniu tych dwóch systemów, co było jedynym sposobem na wykorzystanie obu. Istniejący zbiornik buforowy o pojemności 2000 litrów został w całości udostępniony do wykorzystania energii słonecznej, a tylko w górnej części utworzono strefę gorącą do podgrzewania wody za pomocą stacji świeżej wody. W przypadku pompy ciepła, ogrzewanie podłogowe zostało zaprojektowane jako masa obojętna termicznie w stosunku do bufora. Aby to osiągnąć, sterowanie pogodowe zostało umieszczone na powrocie z budynku, co spowodowało znacznie dłuższe czasy pracy: Pompa ciepła pracuje zawsze do momentu wzrostu temperatury na powrocie. "Zaletą połączenia pompy ciepła i ogrzewania podłogowego jest to, że oba są systemami niskotemperaturowymi: Oba mają duży przepływ objętościowy z niskim rozrzutem i dlatego idealnie do siebie pasują" - wyjaśnia swój pomysł Baunach. Zapobiega to ciągłemu włączaniu i wyłączaniu pompy ciepła, co niepotrzebnie marnowałoby energię.
Harmonia i wydajność dzięki jasnemu podziałowi zadań
Rys. 5: Serce systemu grzewczego: Wieloportowy rozdzielacz mieszający rMIX 3 x 3 L 35 stanowi centrum sterowania systemem grzewczym: Z jego pomocą system solarny i pompa ciepła uzupełniają się wzajemnie, zamiast zakłócać swoje działanie.
Oprócz rozdzielenia obu systemów, ważne było zapewnienie braku zakłóceń w podziale zadań. Aby zapobiec włączeniu pompy ciepła, gdy w buforze jest jeszcze wystarczająca ilość ciepła słonecznego, krzywa grzania regulatora obiegu mieszania została ustawiona nieco wyżej niż krzywa grzania pompy ciepła. Po uruchomieniu pompy ciepła mieszacz zostaje całkowicie otwarty. Obwód przekaźnikowy zapobiega ponownemu zamknięciu mieszacza z powodu wzrostu temperatury zasilania, co doprowadziłoby do zmniejszenia przepływu objętościowego, a tym samym do wyłączenia wysokiego ciśnienia. Gdy tylko pompa ciepła zostanie wyłączona, sterowanie obiegiem mieszającym systemu solarnego ponownie przejmuje sterowanie mieszaczem. Mieszacz zostaje zamknięty, zapobiegając przedostawaniu się ciepła z bufora budynku do bufora solarnego. Oznacza to, że ciepło słoneczne może być przechowywane przez cały czas na najniższym poziomie temperatury, co maksymalizuje jego wykorzystanie. Dodatkowo w regulatorze energii zainstalowano obwód opóźniający z tzw. przekaźnikiem schodowym, który umożliwia pracę pompy przez trzy minuty po przygotowaniu ciepłej wody. W tym czasie mieszacz może się ponownie otworzyć, ponieważ regulator energii zawsze próbuje przełączyć system w tryb ogrzewania natychmiast po fazie przygotowania ciepłej wody, aby zminimalizować rozruch.
rendeMIX jako mediator
Rys. 6+7: Inteligentne okablowanie: Dwa obwody przekaźnikowe zapewniają kontrolowane otwieranie i zamykanie miksera.
Wieloportowy rozdzielacz mieszający rMIX 3 x 3 L 35 jest centrum sterowania systemem grzewczym i pośrednikiem między systemem solarnym a pompą ciepła. Armatura jest przymocowana bezpośrednio do zasobnika buforowego, gdzie zapewnia idealne uwarstwienie, a tym samym wykorzystanie ciepła słonecznego. Najnowszy produkt firmy Baunach z wyjściem ładowania ma trzy wejścia do zasobnika buforowego, umożliwiając optymalne rozładowanie dwustrefowe. Dopóki środkowe przyłącze jest nadal zasilane wystarczająco wysoką temperaturą, mieszacz nie ma dostępu do górnego wejścia, gdzie pompa ciepła jest podłączona do bufora. Gdy tylko mieszacz otworzy się na górne wejście, dolne wejście zamyka się i kieruje cały strumień powrotny ogrzewania podłogowego do dolnej części bufora. Jeśli środkowa część bufora jest również rozładowana, mieszacz otwiera się całkowicie i teraz pobiera cały przepływ podłogowy przez pompę ciepła, która może następnie uruchomić się. Obwód przekaźnika zapobiega zamknięciu mieszacza przez nadmierną temperaturę zasilania. Pompa ciepła pracuje do momentu, gdy przepływ powrotny z podłogi z budynku a temmierzony jest wzrost temperatury. Gdy mieszacz zostanie ponownie zwolniony, zamyka się, utrzymując w ten sposób ciepło pompy ciepła w budynku. W kolejnej fazie chłodzenia, mieszacz powoli otwiera się ponownie, wykorzystując każdą kWh energii słonecznej, zanim ponownie otworzy się całkowicie i cykl rozpocznie się od nowa.
Sprawne partnerstwo
Rys. 8: Bezpieczne zaopatrzenie w ciepłą wodę użytkową: Moduł świeżej wody Sonnenkraft zapewnia bezpieczne i wygodne zaopatrzenie w ciepłą wodę. Działa on na zasadzie przepływowej: żądana ilość świeżej wody jest podgrzewana na żądanie przez wymiennik ciepła. Odpowiednią temperaturę ciepłej wody użytkowej ustawia się za pomocą pokrętła termostatu. (Wszystkie zdjęcia i grafiki: Baunach)
"Rozwiązanie jest zarówno proste, jak i pomysłowe", zachwyca się Freß. rendeMIX umożliwia połączenie dowolnych dwóch systemów i zapewnia niezwykle wydajny system grzewczy. Dzięki temu wieloportowemu rozdzielaczowi mieszającemu Freß może bez problemu obsługiwać jednocześnie pompę ciepła Vaillant i instalację solarną. W ten sposób cały jego dom - o powierzchni grzewczej 410 metrów kwadratowych - jest teraz zasilany regeneracyjnie wytwarzanym ciepłem. Planując zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową, Freß założył całkowite dzienne zapotrzebowanie na poziomie 200 litrów, które jest teraz podgrzewane przez słońce od wiosny do jesieni. Moduł świeżej wody zapewnia świeżą ciepłą wodę przez cały czas, co pozwala uniknąć legionelli. Zimą system solarny nadal przyczynia się do ogrzewania na niskim poziomie temperatury. Pompa ciepła włącza się tylko wtedy, gdy system solarny nie jest w stanie zapewnić wystarczającej ilości ciepłej wody użytkowej lub temperatury podłogi. Powierzchnia kolektorów systemu solarnego jest wystarczająco duża i wynosi ponad 40 metrów kwadratowych. Kolektory dachowe austriackiego producenta Sonnenkraft są optymalnie zorientowane w kierunku południowym na dachu nachylonym pod kątem 45°, co zapewnia wysoki uzysk energii słonecznej. Pompa ciepła Vaillant typu VWS 22 /1P ma moc cieplną 22,6 kW. Przy 25 % energii napędowej, pozostałe 75 % uzyskuje z energii słonecznej zgromadzonej w otoczeniu. Gleba, woda gruntowa i powietrze zewnętrzne są wykorzystywane jako źródła ciepła. W procesie cyrkulacyjnym - znanym jako proces Carnota - ciepło pobrane ze środowiska jest doprowadzane do wyższego poziomu temperatury i w ten sposób wykorzystywane do celów grzewczych. "Moja decyzja o wyborze pompy ciepła była jasna od samego początku. Moim zdaniem jest to najlepszy i najbardziej przyszłościowy sposób na zapewnienie komfortu cieplnego i wodnego oraz umożliwia ekologiczne, opłacalne ogrzewanie, które uniezależnia mnie od dostawców energii", mówi Freß, wyjaśniając swoje powody.
Szczęśliwe zakończenie
Właściciel budynku i specjalista Freß jest bardzo zadowolony z rozwiązania dla swojego systemu grzewczego: "rendeMIX rozwiązał wszystkie moje problemy za jednym zamachem, umożliwiając inteligentne wykorzystanie uzysków solarnych poprzez specjalne hydrauliczne połączenie ścieżek przepływu", podsumowuje Freß. Przede wszystkim był zachwycony kompleksowym doradztwem ze strony Baunach, które - jak wie jako ekspert - niestety nie zawsze jest sprawą oczywistą. Eksperci z Hückelhoven nie tylko dostarczyli swój unikalny produkt, ale także opracowali całą koncepcję ogrzewania, w tym kolorowy plan hydrauliczny i elektryczny, rozmawiali z producentem pompy ciepła i przekonali się na miejscu o prawidłowym działaniu systemu, który od tego czasu działa bez zarzutu.
Instalacja solarna i pompa ciepła razem zapewniają niezawodne dostawy ciepła
Pobierz artykuł techniczny w formacie PDF
