Печеливша ли е връзката между термопомпата и колекторите? Обясняваме как помпата работи във връзка със соларни ферми. Могат ли слънчевите колектори да намалят разходите за работа на термопомпа?
Слънчеви колектори и термопомпа заедно. Как работи тази връзка? 
Вакуумни слънчеви колектори (снимка Galmet)
Термопомпата доставя енергия, взета от околната среда и следователно безплатна. Задачата му е да форсира топлинен поток срещу естествената посока - от зона с по-ниска температура (земя, вода, въздух) до по-топла зона (отопляеми помещения). За това е необходима задвижваща енергия - в случай на често използвани термопомпи, това е електричество.
Какво влияе на експлоатационните разходи на термопомпата?
Ефективността на термопомпите, а оттам и разходите за тяхната работа, се определя от консумацията на електроенергия. И размерът му се влияе не само от дизайна на устройството, но преди всичко от условията, при които работи.
Ефективността на помпата зависи в най-голяма степен от температурата на средата, от която черпи топлина (така наречения долен източник). Това е посочено от COP (Coefficient Of Performance), т.е. съотношението на количеството енергия, прехвърлено в кондензатора на помпата, към количеството консумирана енергия - в случая електричество - както е определено по формулата:
COP = Q H / W
когато:
Q H - топлинна мощност от термопомпата (получена от долния източник на топлина + от енергия за задвижване на компресора)
W - енергия за задвижване на компресора на термопомпата
По друг начин можете да запазите тази връзка като:
COP ≤ T s / (T s - T p ), където
T s - температура на кондензатора,
T p - температура на изпарителя (по скалата на Келвин).
Формулата показва, че колкото по-голяма е температурната разлика между изпарителя (т.е. средата, от която се отделя топлината), и кондензатора (т.е. температурата, до която помпата загрява водата), толкова по-ниска е ефективността на термопомпата
За отопление на помещения е необходима температура T s 35 o C (около 308 K), на практика още по-висока - над 40 o C (около 313 K). Лесно е да се изчисли (използвайки горната формула) колко въздействие върху COP, т.е. експлоатационните разходи на помпата имат увеличение на T s с 5 или 10 o C. Но колкото по-ниска е температурата на кондензатора, толкова по-голяма е повърхностната площ на отоплителните устройства, за да достигне предполагаемата мощност. И това прави инсталацията по-скъпа, т.е. понижаването на T s не винаги се отплаща. Ключът за постигане на висок COP е следователно температурата на средата (например земята), от която помпата може да получава топлина - Tp трябва да бъде възможно най-висока.
Повече за термопомпите, тяхната ефективност и разходи >>
Къде да се стоплим
Сравнително стабилна и сравнително висока температура в отоплителния сезон имат естествени резервоари за вода, както и почва на дълбочина по-малка от 1 м. Температурата на изпарителя на подземната помпа и още повече на водата обикновено не е по-ниска от 0 o C (около 273 K) време на нейната работа. По-нисък източник като езерце, река или дълбок кладенец може да бъде 10 o C (около 283 K) дори по време на трескащ студ, а земята, особено при високи нива на подземните води - около 5 o C (278 K). Необходима е инсталация за събиране на топлина от земята или водата, цената на която за помпа с отоплителна мощност около 10 kW надвишава 20 хиляди. Зл. Въпреки това, не винаги е възможно да се направи (поради липса на пространство, ниско ниво на подпочвените води, липса на водохранилище наблизо).
В тази ситуация обикновено се използват помпи, които събират топлина от въздуха, но ефективността им през зимата, когато въздухът навън е под замръзване, е незадоволителна. Интересна идея за решаване на подобни проблеми е комбинирането на термопомпа със слънчеви колектори.
А слънчеви колектори?
Инсталациите със слънчеви колектори в полски условия са проектирани, като се предполага, че те ще осигурят 70% от топлината, необходима за приготвяне на битова топла вода (това са предположения за проектиране - трудно се прилагат в Полша). Тогава от квадратен метър от колекторната площ човек може да получи до 750 кВтч енергия на година, но на практика се използва по-малко от половината от нея. Това се причинява, наред с другото, от едновременното търсене на топла вода и наличието на слънчева енергия (енергията се губи, защото нагрятата вода се охлажда преди да се използва) и температурата на колектора е твърде ниска (течността се нагрява в нея, но до температура, твърде ниска, за да загрява използваемата вода ).
300-400 кВтч / м 2 / година загубена по този начин енергия може да се използва, когато слънчевата система е свързана към термопомпата, така че течността от колекторите загрява изпарителя.
Дори при облачно небе колекторите често достигат температура 20 o C (твърде ниска, за да загрява полезната вода), докато в земята тя е само на няколко градуса над нулата. А температурата на изпарителя десетина или повече градуса по-висока означава 20-40% по-малко консумация на енергия!
Допълнително предимство на сътрудничеството на термопомпата с колектора
Предимството на работата с подземна помпа с колектори е и по-бързото "регенериране" на почвата. В отоплителния сезон помпата, получавайки топлина от нея, води до понижаване на температурата си, което в периода от пролетта до есента трябва да се върне към нормално ниво, така че в следващия отоплителен сезон помпата отново да постигне висок коефициент на ефективност на COP. Ако помпата се използва през цялата година за приготвяне на гореща битова вода, тогава регенерацията на почвата отнема повече време - опитът показва, че около времето на август.
Превключването му към сътрудничество със слънчев колектор с площ от 2 m 2 на 10 kW мощност (така нареченото охлаждане) на помпата намалява времето за регенерация на почвата с около 4 месеца. Тогава температурата на земята може да бъде с 3 ° C по-висока, което означава COP с 10% по-висока. Благодарение на автоматичното управление на системата, колекторите подават същото количество топлина към инсталацията за гореща вода, както в случая на автономна работа - помпата използва само енергия, която не може да се използва за отопление на водата.