Солнечная тепловая система и тепловой насос вместе обеспечивают надежное теплоснабжение
В 2006 году Фридрих Фресс и его семья осуществили свою мечту о собственном доме на одну семью в Марольдсвайзахе, Франкония. Будучи индивидуальным предпринимателем, специалистом по сантехнике, отоплению и кондиционированию воздуха, он придает большое значение эффективному и экологичному теплоснабжению, которое подходит для его дома с низким энергопотреблением. По этой причине он выбрал тепловой насос в сочетании с солнечной тепловой системой: "Таким образом, мой дом отапливается полностью за счет возобновляемых источников энергии", - радостно говорит Фресс. С помощью уникального многоходового смесительного коллектора rMIX 3 x 3 L 35 компании HG Baunach GmbH & Co. KG, обе системы, совершенно разные с точки зрения использования энергии, работают рука об руку и оптимально дополняют друг друга.
Рис. 1: Для своего недавно построенного отдельного дома площадью 410 кв. м строитель и специалист по отоплению, вентиляции и кондиционированию Фридрих Фресс искал перспективную и экологически безопасную энергетическую концепцию.
Фресс сам установил две системы вместе с двумя сотрудниками своей компании. Ernst Freß oHG Сантехника. Основанная в 1948 году, компания специализируется на установке всех типов отопительных систем и имеет большой опыт в области возобновляемых источников энергии. "Помимо солнечных систем и тепловых насосов, мы также устанавливаем отопительные системы на пеллетах, системы на древесной щепе, теплоэлектростанции и биогазовые установки", - говорит Фресс, описывая свои основные сферы деятельности. Несмотря на свой высокий уровень знаний в этой области, Фресс был рад воспользоваться поддержкой компании HG Baunach GmbH & Co. KG на этапе планирования. Фресс узнал об этой компании из Хюккельховена благодаря презентации специалиста в гильдии Швайнфурта, который предложил ему идеальное решение для сочетания теплового насоса и солнечной тепловой системы.
Тепловой насос и солнечная система - хорошее сочетание?
Рис. 2: Сервис включен: Ханс-Георг Баунах (слева), глава одноименной компании и изобретатель rendeMIX, проверяет на месте правильность работы своей концепции отопления, разработанной по заказу Фридриха Фреса (справа).
Рис. 3: Система отопления: солнечная система отопления площадью более 40 квадратных метров с буферным резервуаром объемом 2000 литров и тепловым насосом надежно и безвредно для окружающей среды обеспечивает дом семьи Фресс необходимым теплом.
"Сначала планировался только тепловой насос с регулируемой внутренней вентиляцией", - рассказывает Фресс о своем первоначальном проекте. Затем он решил добавить солнечную тепловую систему - отчасти ради защиты окружающей среды, а отчасти в качестве примера для своих клиентов. Ключевой вопрос, на котором он сосредоточился во время планирования, заключался в том, как разумно объединить две системы, не мешая друг другу и не снижая их эффективности. Это связано с тем, что в то время как тепловой насос имеет большой объем потока с небольшим разбросом (5K), буферный цилиндр, подключенный к солнечной тепловой системе, работает прямо противоположным образом с малым объемом потока и большим разбросом. Для эффективной выработки энергии солнечной тепловой системе абсолютно необходима низкая температура обратки. Только так она может внести существенный вклад в поддержку отопления в зимний период. Тепло, вырабатываемое солнечной тепловой системой, стратифицируется в буферной емкости таким образом, что самая горячая вода всегда хранится вверху, а самая холодная - внизу. Таким образом, не происходит смешивания, и доступны как высокие, так и низкие температуры. Если бы тепло от теплового насоса также хранилось в буферной емкости в конфигурации, которую планировал Фресс, это разрушило бы чувствительную температурную стратификацию: поэтому необходимо было предотвратить перемешивание тепловым насосом буферной емкости, поддерживаемой модулем стратифицированной зарядки, до такой степени, что использование солнечной энергии стало бы невозможным. Поэтому компания Freß искала гидравлическую конструкцию, которая устранила бы противоречие между двумя принципами и объединила их в единую концепцию отопления. Однако имеющиеся в продаже гидравлические схемы не привлекали Фреса. Поэтому он был тем более воодушевлен, когда Х.Г. Баунах представил ему многопортовый смесительный коллектор rMIX 3 x 3 L 35, который он сам разработал и запатентовал.
Концепция: разделение как решение
Рис. 4: Инертная масса в качестве буфера: Специалист-монтажник Freß уложил полы с подогревом по всему дому с шагом контуров 10 см (7 см в ванных комнатах). Тепловой насос использует подогрев пола в качестве буфера и поэтому не смешивает чувствительные расслоения в накопительном баке.
Кроме того, босс компании и инженер-разработчик разработали индивидуальную концепцию отопления, позволяющую добиться высокого уровня использования солнечной энергии и одновременно длительного времени работы теплового насоса. Решение заключалось в четком разделении двух систем, что было единственным способом добиться справедливости для обеих. Существующая буферная емкость объемом 2000 литров была полностью использована для солнечной энергии, и только в верхней части была создана горячая зона для приготовления горячей воды с помощью станции пресной воды. Для теплового насоса пол с подогревом был спроектирован как термически инертная масса по отношению к буферу. Для этого управление с погодной компенсацией было установлено на обратный поток из здания, что привело к значительному увеличению времени работы: Тепловой насос работает всегда, пока не повысится температура в обратном трубопроводе. "Преимущество сочетания теплового насоса и напольного отопления заключается в том, что обе системы являются низкотемпературными: Обе имеют большой объем потока с низким распределением и поэтому идеально подходят друг другу", - объясняет свою идею Баунах. Благодаря этому тепловой насос не будет постоянно включаться и выключаться, что приведет к неоправданному расходу энергии".
Гармония и эффективность благодаря четкому распределению задач
Рис. 5: Сердце системы отопления: многопортовый смесительный коллектор rMIX 3 x 3 L 35 - это центр управления системой отопления: С его помощью солнечная тепловая система и тепловой насос дополняют друг друга, а не мешают друг другу работать.
Помимо разделения двух систем, важно было обеспечить отсутствие сбоев в распределении задач. Чтобы предотвратить включение теплового насоса в то время, когда в буфере еще достаточно солнечного тепла, кривая нагрева регулятора смесительного контура была установлена немного выше, чем у теплового насоса. Как только тепловой насос запускается, смеситель полностью открывается. Релейная схема предотвращает повторное закрытие смесителя из-за повышения температуры потока, что привело бы к уменьшению объемного расхода и, следовательно, к отключению высокого давления. Как только тепловой насос выключается, управление смесительным контуром солнечной тепловой системы снова берет на себя управление смесителем. Смеситель закрывается, предотвращая попадание тепла из строительного буфера в солнечный буфер. Это означает, что солнечное тепло может постоянно храниться при самой низкой температуре, что позволяет максимально эффективно его использовать. Кроме того, в контроллере энергии была установлена схема задержки с так называемым лестничным реле, которая позволяет насосу работать в течение трех минут после приготовления горячей воды. В течение этого времени смеситель может снова открыться, так как контроллер энергии всегда пытается переключить систему в режим нагрева сразу после фазы подготовки горячей воды, чтобы минимизировать запуск.
rendeMIX как посредник
Рис. 6+7 :Умная проводка: две релейные цепи обеспечивают контролируемое открытие и закрытие смесителя.
Многопортовый смесительный коллектор rMIX 3 x 3 L 35 является центром управления отопительной системой и посредником между солнечной тепловой системой и тепловым насосом. Арматура крепится непосредственно к буферному цилиндру, где она обеспечивает идеальную стратификацию и, таким образом, утилизацию солнечного тепла. Новейший продукт Baunach с зарядным выходом имеет три входа в буферную емкость, что обеспечивает оптимальную двухзонную разгрузку. Пока центральный патрубок имеет достаточно высокую температуру, смеситель не имеет доступа к верхнему входу, где тепловой насос подключен к буферу. Как только смеситель открывает доступ к верхнему входу, нижний вход закрывается и направляет весь обратный поток напольного отопления в нижнюю часть буфера. Если средняя часть буфера также разряжена, смеситель полностью открывается и направляет весь поток теплого пола через тепловой насос, который затем может запускаться. Релейная схема предотвращает закрытие смесителя из-за высокой температуры потока. Тепловой насос работает до тех пор, пока обратный поток в полу из здания a temизмеряется повышение температуры. Когда смеситель снова отпускают, он закрывается и таким образом сохраняет тепло теплового насоса в здании. В последующей фазе охлаждения смеситель снова медленно открывается, используя каждый солнечный кВт/ч, прежде чем он снова полностью откроется, и цикл начнется сначала.
Слаженное партнерство
Рис. 8: Безопасное бытовое горячее водоснабжение: Модуль пресной воды Sonnenkraft обеспечивает безопасное и удобное горячее водоснабжение. Он работает по проточному принципу: необходимое количество свежей воды нагревается по требованию через теплообменник. Соответствующая температура горячей воды для бытового потребления устанавливается с помощью ручки термостата. (Все изображения и графика: Baunach)
"Решение одновременно простое и гениальное, - восторгается Фресс. rendeMIX позволяет объединить любые две системы и обеспечивает чрезвычайно эффективную систему отопления. С помощью этого многопортового смесительного коллектора Фресс может без проблем одновременно эксплуатировать тепловой насос Vaillant и систему солнечной энергии. Таким образом, весь его дом площадью 410 квадратных метров теперь снабжается регенеративным теплом. При планировании необходимого объема горячей воды для бытовых нужд Фресс исходил из общей суточной потребности в 200 литров, которые теперь нагреваются солнцем с весны до осени. Модуль пресной воды обеспечивает постоянную подачу свежей горячей воды, что позволяет избежать появления легионеллы. Зимой солнечная система по-прежнему обеспечивает отопление при низкой температуре. Тепловой насос включается только в том случае, если солнечная система не может обеспечить достаточную температуру горячей воды или пола. Площадь коллектора солнечной тепловой системы составляет более 40 квадратных метров. Коллекторы австрийского производителя Sonnenkraft оптимально ориентированы на юг на крыше с уклоном 45°, что обеспечивает высокую солнечную отдачу. Тепловой насос Vaillant, тип VWS 22 /1P, имеет теплопроизводительность 22,6 кВт. Используя 25 % приводной энергии, он вырабатывает остальные 75 % за счет солнечной энергии, накопленной в окружающей среде. В качестве источников тепла используются почва, грунтовые воды и наружный воздух. В круговом процессе, известном как процесс Карно, тепло, извлеченное из окружающей среды, доводится до более высокой температуры и используется для отопления. "Мое решение в пользу теплового насоса было очевидным с самого начала. На мой взгляд, это самый лучший и перспективный способ обеспечить комфорт при отоплении и водоснабжении, а также экологичное и экономичное отопление, которое делает меня независимым от поставщиков энергии", - говорит Фресс, объясняя причины своего выбора теплового насоса.
Счастливый конец
Владелец здания и специалист Фресс очень доволен решением для своей отопительной системы: "Система rendeMIX одним махом решила все мои проблемы, обеспечив интеллектуальное использование солнечной энергии благодаря специальному гидравлическому соединению проточных каналов", - резюмирует Фресс. Прежде всего, он был в восторге от исчерпывающих консультаций Баунаха, которые, как он знает как эксперт, к сожалению, не всегда можно получить. Специалисты из Хюккельховена не только поставили свой уникальный продукт, но и разработали всю концепцию отопления, включая цветной гидравлический и электрический план, поговорили с производителем теплового насоса и на месте убедились в правильности работы системы, которая с тех пор работает безупречно.
Солнечная тепловая система и тепловой насос вместе обеспечивают надежное теплоснабжение
Скачать техническую статью в формате PDF
