Güneş enerjisi sistemi ve ısı pompası birlikte güvenilir ısı kaynağı sağlar
Friedrich Freß ve ailesi 2006 yılında Maroldsweisach, Franconia'da müstakil bir ev sahibi olma hayallerini gerçekleştirdiler. Serbest çalışan bir sıhhi tesisat, ısıtma ve iklimlendirme uzmanı olarak, düşük enerjili evine uygun verimli ve çevre dostu bir ısı kaynağına büyük önem veriyor. Bu nedenle, güneş enerjisi sistemiyle birlikte bir ısı pompasında karar kıldı: "Bu şekilde evim tamamen yenilenebilir enerjilerle ısıtılıyor" diyor Freß mutlulukla. Benzersiz çok yönlü karıştırma manifoldu sayesinde rMIX 3 x 3 L 35 HG Baunach GmbH & Co. KG, enerji kullanımı açısından tamamen farklı olan her iki sistem de el ele çalışmakta ve birbirlerini en iyi şekilde tamamlamaktadır.
Şekil 1: İnşaatçı ve HVAC uzmanı Friedrich Freß, 410 metrekarelik ısıtma alanına sahip yeni inşa ettiği müstakil evi için ileriye dönük ve çevre dostu bir enerji konsepti arıyordu.
Freß, iki sistemi kendi şirketinden iki çalışanla birlikte kendisi kurdu Ernst Freß oHG Sıhhi tesisat mühendisliği. 1948 yılında kurulan şirket, her türlü ısıtma sisteminin kurulumunda uzmanlaşmıştır ve yenilenebilir enerjiler alanında geniş deneyime sahiptir. Freß, "Güneş enerjisi sistemleri ve ısı pompalarının yanı sıra pelet ısıtma sistemleri, odun yongası sistemleri, birleşik ısı ve enerji santralleri ve biyogaz tesisleri de kuruyoruz" diyerek ana uzmanlık alanlarını tanımlıyor. Bu alandaki yüksek uzmanlık seviyesine rağmen Freß, planlama aşamasında HG Baunach GmbH & Co. KG'nin desteğini almaktan mutluluk duydu. Freß, Schweinfurt loncasına yaptığı bir uzman sunumu sayesinde Hückelhoven'daki şirketten haberdar oldu ve bu şirket ona bir ısı pompası ile solar termal sistemi birleştirmek için ideal çözümü sundu.
Isı pompası ve güneş sistemi - iyi bir eşleşme mi?
Şekil 2: Servis dahil: Aynı adı taşıyan şirketin yöneticisi ve rendeMIX'in mucidi Hans-Georg Baunach (solda), Friedrich Freß (sağda) için özel olarak tasarladığı ısıtma konseptinin doğru çalışıp çalışmadığını yerinde kontrol ediyor.
Şekil 3: Isıtma sistemi: 2.000 litrelik bir tampon tankı ve bir ısı pompası ile 40 metrekarenin üzerinde bir güneş enerjisi ısıtma sistemi, Freß ailesinin evine ihtiyaç duyduğu ısıyı güvenilir ve çevre dostu bir şekilde sağlıyor.
Freß ilk projesiyle ilgili olarak "İlk başta sadece kontrollü evsel havalandırmalı ısı pompası planlanmıştı" diyor. Daha sonra kısmen çevre için kısmen de kendi müşterileri için bir referans olması amacıyla solar termal sistem eklemeye karar verdi. Planlama aşamasında Freß'in odaklandığı temel soru, iki sistemin birbirine karışmadan ve birbirinin etkinliğini azaltmadan nasıl mantıklı bir şekilde birleştirileceğiydi. Bunun nedeni, bir ısı pompası küçük bir yayılma (5K) ile büyük bir hacim akışına sahipken, solar termal sisteme bağlı tampon silindirin düşük hacim akışı ve büyük yayılma ile tam tersi şekilde çalışmasıdır. Solar termal sistem, verimli enerji üretimi için kesinlikle düşük dönüş sıcaklıklarına ihtiyaç duyar. Ancak bu şekilde kışın ısıtma desteğine önemli bir katkı sağlayabilir. Solar termal sistem tarafından üretilen ısı bir tampon silindir içinde tabakalandırılır, böylece en sıcak su her zaman en üstte ve en soğuk su en altta depolanır. Bu şekilde karışım olmaz ve hem yüksek hem de düşük sıcaklıklar mevcuttur. Freß'in planladığı konfigürasyonda ısı pompasından gelen ısı da tampon silindirde depolanırsa, bu hassas sıcaklık tabakalaşmasını yok edecektir: bu nedenle ısı pompasının, tabakalı bir şarj modülü tarafından desteklenen tampon silindiri, artık güneş enerjisinden yararlanmanın mümkün olmayacağı ölçüde karıştırmasını önlemek gerekiyordu. Bu nedenle Freß, iki prensip arasındaki çelişkiyi ortadan kaldıracak ve bunun yerine bunları üst düzey bir ısıtma konseptine entegre edecek bir hidrolik tasarım arayışındaydı. Ancak, ticari olarak mevcut hidrolik şemalar Freß'e cazip gelmedi. Bu nedenle H.G. Baunach ona kendi tasarladığı ve patentini aldığı rMIX 3 x 3 L 35 çok portlu karıştırma manifoldunu sunduğunda daha da heveslendi.
Konsept: çözüm olarak ayrıştırma
Şekil 4: Tampon olarak inert kütle: Uzman tesisatçı Freß, 10 cm'lik (banyolarda 7 cm) bir döngü aralığı ile evin her yerine yerden ısıtma döşemiştir. Isı pompası yerden ısıtmayı bir tampon olarak kullanır ve bu nedenle depolama tankındaki hassas tabakalaşmayı karıştırmaz.
Buna ek olarak, şirket patronu ve geliştirme mühendisi, aynı anda yüksek güneş enerjisi kullanımı ve uzun ısı pompası çalışma süreleri elde etmek için özelleştirilmiş bir ısıtma konsepti tasarladı. Çözüm, her iki sistemin de hakkını vermenin tek yolu olan iki sistemin net bir şekilde ayrılmasında yatıyordu. Mevcut 2.000 litrelik tampon depolama tankı tamamen güneş enerjisi kullanımı için hazır hale getirildi ve sadece üst alanda bir tatlı su istasyonu aracılığıyla sıcak su hazırlama için bir sıcak bölge oluşturuldu. Isı pompası için yerden ısıtma, tampon için termal olarak inert bir kütle olarak tasarlanmıştır. Bunu başarmak için, hava koşullarına göre dengelenmiş kontrol, binadan gelen dönüş akışına yerleştirildi ve bu da önemli ölçüde daha uzun çalışma sürelerine neden oldu: Isı pompası, dönüş akışında bir sıcaklık artışı olana kadar her zaman çalışır. "Isı pompası ve yerden ısıtmayı birleştirmenin avantajı, her ikisinin de düşük sıcaklıklı sistemler olmasıdır: Her ikisi de düşük yayılımlı büyük hacimli bir akışa sahiptir ve bu nedenle birbirine mükemmel uyum sağlar," diye açıklıyor Baunach fikrini. Bu sayede ısı pompasının sürekli açılıp kapanması engelleniyor, bu da gereksiz yere enerji israfına neden oluyor.
Net görev dağılımı sayesinde uyum ve verimlilik
Şekil 5: Isıtma sisteminin kalbi: rMIX 3 x 3 L 35 çok portlu karıştırma manifoldu, ısıtma sisteminin kontrol merkezidir: Onun yardımıyla, güneş enerjisi sistemi ve ısı pompası birbirlerinin performansına müdahale etmek yerine birbirlerini tamamlar.
İki sistemi ayırmanın yanı sıra, görev dağılımında herhangi bir aksaklık olmamasını sağlamak da önemliydi. Tamponda hala yeterli güneş ısısı varken ısı pompasının devreye girmesini önlemek için, karıştırma devresi kontrolünün ısıtma eğrisi ısı pompasınınkinden biraz daha yükseğe ayarlanmıştır. Isı pompası çalışır çalışmaz karıştırıcı tamamen açılır. Bir röle devresi, artan akış sıcaklığı nedeniyle karıştırıcının tekrar kapanmasını önler, bu da hacim akışında bir azalmaya ve dolayısıyla yüksek basınçlı bir kapanmaya neden olur. Isı pompası kapanır kapanmaz, solar termal sistemin karıştırma devresi kontrolü karıştırıcı kontrolünü tekrar devralır. Karıştırıcı kapatılarak bina tamponundan gelen ısının güneş tamponuna ulaşması engellenir. Bu, güneş ısısının her zaman en düşük sıcaklık seviyesinde depolanabileceği anlamına gelir, bu da kullanımını en üst düzeye çıkarır. Buna ek olarak, enerji kontrolörüne, sıcak su hazırlandıktan sonra pompanın üç dakika çalışmasını sağlayan merdiven rölesi adı verilen bir geciktirme devresi kurulmuştur. Bu süre zarfında mikser tekrar açılabilir, çünkü enerji kontrolörü başlatmayı en aza indirmek için her zaman sıcak su hazırlama aşamasından hemen sonra sistemi ısıtma moduna geçirmeye çalışır.
Bir arabulucu olarak rendeMIX
Şekil 6+7 :Akıllı kablolama: İki röle devresi mikserin kontrollü açılıp kapanmasını sağlar.
rMIX 3 x 3 L 35 çok portlu karıştırma manifoldu, ısıtma sisteminin kontrol merkezi ve solar termal sistem ile ısı pompası arasındaki arabulucudur. Bağlantı parçası doğrudan tampon silindirine takılır ve burada ideal tabakalaşmayı ve böylece güneş ısısından yararlanmayı sağlar. Baunach'ın şarj çıkışlı en yeni ürünü, tampon silindire üç girişe sahiptir ve optimum iki bölgeli boşaltma sağlar. Orta bağlantı hala yeterince yüksek bir sıcaklıkla beslendiği sürece, karıştırıcı, ısı pompasının tampona bağlandığı üst girişe erişmez. Mikser üst girişe açılır açılmaz, alt giriş kapanır ve yerden ısıtmanın tüm dönüş akışını tamponun alt kısmına yönlendirir. Tamponun orta bölümü de boşaltılırsa, karıştırıcı tamamen açılır ve şimdi tüm yerden ısıtma akışını ısı pompasına çeker, bu da daha sonra başlayabilir. Röle devresi, aşırı akış sıcaklığının karıştırıcının kapanmasına neden olmasını önler. Isı pompası zemin dönüşüne kadar çalışır binadan bir temsıcaklık artışı ölçülür. Daha sonra karıştırıcı tekrar serbest bırakıldığında kapanır ve böylece ısı pompası ısısını binada tutar. Sonraki soğutma aşamasında, karıştırıcı tekrar tamamen açılmadan ve döngü yeniden başlamadan önce her güneş kWh'ını kullanarak yavaşça tekrar açılır.
Sorunsuz bir ortaklık
Şek. 8: Güvenli kullanım sıcak suyu temini: Bir Sonnenkraft tatlı su modülü güvenli ve rahat bir sıcak su temini sağlar. Akış prensibine göre çalışır: İstenen miktarda tatlı su, bir ısı eşanjörü aracılığıyla talep üzerine ısıtılır. İlgili kullanım sıcak suyu sıcaklığı termostat düğmesi kullanılarak ayarlanır. (Tüm görseller ve grafikler: Baunach)
Freß, "Çözüm hem basit hem de dahiyane," diyerek heyecanını dile getiriyor. rendeMIX, herhangi iki sistemi birleştirmeyi mümkün kılıyor ve son derece verimli bir ısıtma sistemi sağlıyor. Bu çok portlu karıştırma manifoldu sayesinde Freß, Vaillant ısı pompasını ve güneş enerjisi sistemini aynı anda sorunsuz bir şekilde çalıştırabiliyor. Bu şekilde, 410 metrekarelik ısıtma alanına sahip evinin tamamı artık rejeneratif olarak üretilen ısı ile besleniyor. Freß, gerekli kullanım sıcak suyunu planlarken günlük toplam 200 litrelik bir ihtiyaç olduğunu varsaymış ve bu ihtiyaç artık ilkbahardan sonbahara kadar güneş tarafından ısıtılıyor. Bir tatlı su modülü her zaman taze sıcak su sağlıyor, böylece lejyonella önleniyor. Kışın, güneş sistemi hala düşük bir sıcaklık seviyesinde ısıtmaya katkıda bulunuyor. Isı pompası yalnızca güneş enerjisi sistemi yeterli kullanım sıcak suyu veya zemin sıcaklığı sağlayamazsa devreye girer. Solar termal sistemin kollektör alanı 40 metrekarenin üzerinde olup bunun için yeterince büyüktür. Avusturyalı üretici Sonnenkraft'ın çatı üstü kolektörleri, 45° eğimli çatıda güneye doğru en iyi şekilde yönlendirilmiş ve böylece yüksek güneş verimi sağlanmıştır. Vaillant ısı pompası, VWS 22 /1P tipi, 22,6 kW'lık bir ısı çıkışına sahiptir. Tahrik enerjisinin 25 %'si ile kalan 75 %'yi ortamda depolanan güneş enerjisinden elde etmektedir. Toprak, yeraltı suyu ve dış hava ısı kaynağı olarak kullanılmaktadır. Carnot süreci olarak bilinen döngüsel bir süreçte, çevreden elde edilen ısı daha yüksek bir sıcaklık seviyesine getirilir ve böylece ısıtma amacıyla kullanılır. "Isı pompasından yana kararım en başından beri netti. Bana göre, ısıtma ve su konforu sağlamanın en iyi ve en ileriye dönük yolu bu ve beni enerji tedarikçilerinden bağımsız kılan çevreye duyarlı, uygun maliyetli ısıtma sağlıyor" diyor Freß ve nedenlerini açıklıyor.
Mutlu son
Bina sahibi ve uzman tüccar Freß, ısıtma sistemine yönelik çözümden son derece memnun: "rendeMIX, akış yollarının özel hidrolik ara bağlantısı sayesinde güneş enerjisi veriminin akıllıca kullanılmasını sağlayarak tüm sorunlarımı bir çırpıda çözdü" diye özetliyor Freß. Freß her şeyden önce Baunach'ın kapsamlı tavsiyelerinden çok memnun kalmış ki kendisi de bir uzman olarak bunun ne yazık ki her zaman söz konusu olmadığını biliyor. Hückelhoven uzmanları sadece benzersiz ürünlerini teslim etmekle kalmadı, aynı zamanda renkli bir hidrolik ve elektrik planı da dahil olmak üzere tüm ısıtma konseptini geliştirdi, ısı pompası üreticisiyle görüştü ve o zamandan beri kusursuz bir şekilde çalışan sistemin doğru çalıştığına yerinde ikna oldu.
Güneş enerjisi sistemi ve ısı pompası birlikte güvenilir ısı kaynağı sağlar
Teknik makaleyi PDF olarak indirin
