Геліосистема та тепловий насос разом забезпечують надійне теплопостачання
У 2006 році Фрідріх Фресс та його сім'я здійснили свою мрію про власний будинок на одну сім'ю у Марольдсвайзаху, Франконія. Як самозайнятий фахівець з санітарно-технічних систем, опалення та кондиціонування, він надає великого значення ефективному та екологічно чистому теплопостачанню, яке підходить для його будинку з низьким рівнем споживання енергії. З цієї причини він зупинив свій вибір на тепловому насосі в поєднанні з сонячною тепловою системою: "Таким чином, мій будинок повністю опалюється за рахунок відновлюваних джерел енергії", - радіє Фресс. За допомогою унікального багатоходового змішувального колектора rMIX 3 x 3 L 35 компанії HG Baunach GmbH & Co. KG, обидві системи, абсолютно різні з точки зору використання енергії, працюють пліч-о-пліч і оптимально доповнюють одна одну.
Рис. 1: Для свого новозбудованого приватного будинку опалювальною площею 410 квадратних метрів будівельник і фахівець з ОВіК Фрідріх Фресс шукав перспективну та екологічно чисту енергетичну концепцію.
Фресс встановив обидві системи власноруч разом з двома співробітниками своєї компанії Ernst Freß oHG Санітарна інженерія. Заснована в 1948 році, компанія спеціалізується на встановленні всіх видів опалювальних систем і має великий досвід у сфері відновлюваних джерел енергії. "Окрім сонячних систем і теплових насосів, ми також встановлюємо системи опалення на пелетах, деревній трісці, комбіновані теплоелектростанції та біогазові установки", - розповідає Фресс, описуючи основні сфери своєї діяльності. Незважаючи на свій високий рівень знань у цій галузі, Фресс був радий скористатися підтримкою компанії HG Baunach GmbH & Co. KG на етапі планування. Фресс дізнався про компанію з Хюккельховена під час презентації спеціалістів у гільдії Швайнфурта, яка запропонувала йому ідеальне рішення для поєднання теплового насоса та сонячної теплової системи.
Тепловий насос і сонячна система - хороша пара?
Мал. 2: Обслуговування в комплекті: Ганс-Георг Баунах (ліворуч), керівник однойменної компанії та винахідник rendeMIX, перевіряє на місці, чи правильно працює його концепція опалення, яка була розроблена для Фрідріха Фресса (праворуч).
Рис. 3: Система опалення: Сонячна система опалення площею понад 40 квадратних метрів з буферним баком на 2 000 літрів і тепловим насосом забезпечують будинок сім'ї Фресс необхідним теплом у надійний і екологічно чистий спосіб.
"Спочатку планувався лише тепловий насос з контрольованою вентиляцією в приміщенні", - розповідає Фресс про свій початковий проект. Потім він вирішив додати сонячну теплову систему - частково заради навколишнього середовища, а частково як зразок для власних клієнтів. Ключове питання, на якому він зосередився на етапі планування, полягало в тому, як розумно поєднати ці дві системи, щоб вони не заважали одна одній і не знижували ефективність одна одної. Це пов'язано з тим, що в той час як тепловий насос має великий об'ємний потік з невеликим розкидом (5K), буферний бак, підключений до геліосистеми, працює з точністю до навпаки - з низьким об'ємним потоком і великим розкидом. Для ефективного виробництва енергії геліосистемі абсолютно необхідні низькі температури на обратному трубопроводі. Тільки так вона може зробити значний внесок у підтримку опалення взимку. Тепло, що генерується геліосистемою, розшаровується в буферному баку таким чином, що найгарячіша вода завжди зберігається вгорі, а найхолодніша - внизу. Таким чином, не відбувається змішування і зберігаються як високі, так і низькі температури. Якби тепло від теплового насоса також зберігалося в буферному баку в конфігурації, яку планував Фресс, це зруйнувало б чутливу температурну стратифікацію: тому необхідно було запобігти перемішуванню тепловим насосом буферного бака, який підтримується стратифікованим зарядним модулем, до такої міри, що використання сонячної енергії було б неможливим. Тому Фресс шукав гідравлічну конструкцію, яка б усунула протиріччя між цими двома принципами і натомість інтегрувала їх у концепцію опалення більш високого рівня. Однак комерційно доступні гідравлічні схеми не зацікавили Фресса. Тому він з ще більшим ентузіазмом сприйняв пропозицію компанії H.G. Baunach представити йому багатопортовий змішувальний колектор rMIX 3 x 3 L 35, який він сам розробив і запатентував.
Концепція: розлучення як рішення
Рис. 4: Інертна маса як буфер: спеціаліст-монтажник Freß проклав підлогу з підігрівом по всьому будинку з відстанню між петлями 10 см (7 см у ванних кімнатах). Тепловий насос використовує підлогу як буфер і тому не перемішує чутливу стратифікацію в накопичувальному баку.
Крім того, керівник компанії та інженер-розробник розробили індивідуальну концепцію опалення, щоб досягти високого рівня використання сонячної енергії та тривалого часу роботи теплового насоса одночасно. Рішення полягало в чіткому розділенні двох систем, що було єдиним способом забезпечити справедливість для обох. Існуючий буферний бак-накопичувач об'ємом 2 000 літрів був повністю доступний для використання сонячної енергії, і лише у верхній частині була створена гаряча зона для нагріву води через станцію прісної води. Для теплового насоса тепла підлога була спроектована як термічно інертна маса до буферної ємності. Для цього погодно-компенсований регулятор був встановлений на зворотному потоці з будівлі, що дозволило значно подовжити час роботи: Тепловий насос завжди працює до тих пір, поки температура у зворотному потоці не підвищиться. "Перевага поєднання теплового насосу і теплої підлоги полягає в тому, що обидві системи є низькотемпературними: Обидві мають великий об'ємний потік з низьким розкидом і тому ідеально підходять одна одній", - пояснює свою ідею Баунах. Це запобігає постійному ввімкненню та вимкненню теплового насоса, що призводить до зайвих витрат енергії.
Гармонія та ефективність завдяки чіткому розподілу завдань
Рис. 5: Серце системи опалення: багатопортовий змішувальний колектор rMIX 3 x 3 L 35 є центром управління системою опалення: З його допомогою геліосистема і тепловий насос доповнюють один одного, а не заважають роботі один одного.
Окрім розділення двох систем, важливо було забезпечити відсутність збоїв у розподілі завдань. Щоб запобігти ввімкненню теплового насоса, коли в буфері ще достатньо сонячного тепла, крива нагріву контуру змішувача була встановлена трохи вище, ніж крива нагріву теплового насоса. Як тільки тепловий насос запускається, змішувач повністю відкривається. Релейний ланцюг запобігає повторному закриттю змішувача через підвищену температуру потоку, що призвело б до зменшення об'ємного потоку і, отже, до відключення високого тиску. Як тільки тепловий насос вимикається, керування змішувальним контуром геліосистеми знову перебирає на себе керування змішувачем. Змішувач закривається, запобігаючи потраплянню тепла з буферної ємності будівлі до сонячного буферу. Це означає, що сонячне тепло може постійно зберігатися при найнижчому температурному рівні, що максимізує його використання. Крім того, в енергоконтролері була встановлена схема затримки з так званим сходовим реле, яка дозволяє насосу працювати протягом трьох хвилин після приготування гарячої води. За цей час змішувач може знову відкритися, оскільки енергоконтролер завжди намагається перевести систему в режим опалення відразу після фази приготування гарячої води, щоб мінімізувати запуск.
rendeMIX як посередник
Рис. 6+7: Розумна проводка: два релейних контури забезпечують контрольоване відкриття і закриття змішувача.
Багатопортовий змішувальний колектор rMIX 3 x 3 L 35 є центром управління системою опалення та посередником між геліосистемою і тепловим насосом. Арматура кріпиться безпосередньо до буферної ємності, де забезпечує ідеальну стратифікацію і, таким чином, утилізацію сонячного тепла. Останній продукт компанії Baunach із зарядним виходом має три входи в буферний накопичувач, що забезпечує оптимальне двозонне розвантаження. Поки центральне з'єднання все ще має досить високу температуру, змішувач не має доступу до верхнього входу, де тепловий насос з'єднаний з буфером. Як тільки змішувач відкривається до верхнього входу, нижній вхід закривається і спрямовує весь зворотний потік теплої підлоги в нижню частину буфера. Якщо середня частина буфера також розряджена, змішувач відкривається повністю і тепер пропускає весь потік теплої підлоги через тепловий насос, який після цього може запуститися. Релейний ланцюг запобігає тому, щоб надмірна температура потоку не призвела до закриття змішувача. Тепловий насос працює до тих пір, поки не з'явиться зворотний потік з підлоги від будівлі храмувимірюється підвищення температури. Коли змішувач знову відпускають, він закривається і таким чином зберігає тепло теплового насоса в будівлі. У наступній фазі охолодження змішувач знову повільно відкривається, використовуючи кожну сонячну кВт-год, перш ніж він знову відкривається повністю, і цикл починається знову.
Безперешкодне партнерство
Рис. 8: Безпечне гаряче водопостачання: Модуль прісної води Sonnenkraft забезпечує безпечне та зручне гаряче водопостачання. Він працює за проточним принципом: необхідна кількість свіжої води нагрівається за допомогою теплообмінника. Відповідна температура гарячої води для побутових потреб встановлюється за допомогою ручки термостата. (Всі зображення та графіки: Baunach)
"Рішення є одночасно простим і геніальним", - захоплюється Фресс. rendeMIX дозволяє об'єднати будь-які дві системи та забезпечує надзвичайно ефективну систему опалення. За допомогою цього багатопортового змішувального колектора Фресс може без проблем одночасно експлуатувати тепловий насос Vaillant і сонячну електростанцію. Таким чином, весь його будинок опалювальною площею 410 квадратних метрів тепер забезпечується теплом, що виробляється регенеративним способом. При плануванні необхідної кількості гарячої води для побутових потреб Фресс виходив із загальної добової потреби в 200 літрів, яка тепер нагрівається сонцем з весни до осені. Модуль прісної води постійно забезпечує свіжу гарячу воду, що дозволяє уникнути зараження легіонелою. Взимку сонячна система все ще забезпечує опалення на низькому температурному рівні. Тепловий насос вмикається лише тоді, коли геліосистема не може забезпечити достатню кількість гарячої води для побутових потреб або температуру підлоги. Площа колектора геліосистеми для цього достатньо велика - понад 40 квадратних метрів. Дахові колектори австрійського виробника Sonnenkraft оптимально орієнтовані на південь на даху з кутом нахилу 45°, що забезпечує високий вихід сонячної енергії. Тепловий насос Vaillant, тип VWS 22 /1P, має теплову потужність 22,6 кВт. Маючи 25 % енергії приводу, він отримує решту 75 % від сонячної енергії, що зберігається в навколишньому середовищі. Як джерела тепла використовуються ґрунт, ґрунтові води та зовнішнє повітря. У циклічному процесі, відомому як процес Карно, тепло, витягнуте з навколишнього середовища, доводиться до більш високого температурного рівня і таким чином використовується для опалення. "Моє рішення на користь теплового насосу було зрозумілим з самого початку. На мою думку, це найкращий і найперспективніший спосіб забезпечити комфорт в опаленні та водопостачанні, а також екологічно безпечне, економічно ефективне опалення, яке робить мене незалежним від постачальників енергії", - пояснює Фресс свої міркування.
Щасливий кінець
Власник будівлі та спеціаліст Фресс надзвичайно задоволений рішенням для своєї системи опалення: "Система rendeMIX вирішила всі мої проблеми одним махом, дозволивши розумно використовувати сонячну енергію завдяки спеціальному гідравлічному з'єднанню трубопроводів", - підсумовує Фресс. Перш за все, він був у захваті від вичерпних консультацій від компанії Baunach, які, як він знає як експерт, на жаль, не завжди є чимось само собою зрозумілим. Фахівці з Хюккельховена не тільки поставили свій унікальний продукт, але й розробили всю концепцію опалення, включаючи кольоровий гідравлічний та електричний план, поспілкувалися з виробником теплового насоса і на місці переконалися в правильному функціонуванні системи, яка відтоді працює бездоганно.
Геліосистема та тепловий насос разом забезпечують надійне теплопостачання
Завантажити технічну статтю у форматі PDF
