Kan Demax solvarmesystemer kombineres med varmepumper?

Demax kollektorer med varmepumper: Hydraulik og opvarmning

At forstå, hvordan man integrerer de ovennævnte systemer, kræver en god forståelse af hydraulikken i forbindelse med solvarmekollektorer og varmepumpekredsløb. Ideelt set bør strømningshastighederne for kollektorerne og varmepumpen ved en given driftsforudsætning holdes inden for 10 % af hinanden for at undgå irriterende parasitiske tab som følge af overdreven pumpeydelse. Desuden ønsker vi, for at sikre tilstrækkelig varmeoverførsel, at opretholde turbulente strømningsforhold. En meget almindelig påstand, som mange praktikere fremsætter, vedrører de termiske gradienter eller temperaturforskelle, som kollektorerne leverer. Demax-kollektorer kan have afløbstemperaturer i området 50–80 °C, mens de fleste varmepumper ikke fungerer godt – eller slet ikke – i temperaturområdet 25–35 °C. For at lukke eller minimere disse termiske gradienter samtidig med forbedring af varmeudvekslingen, må man muligvis anvende lagdelte bufferbeholdere eller kompakte pladevarmevekslere med en temperaturtilgang på højst 2 °C. Branchens forskningsstudier har rapporteret, at manglende god grænsefladedesign i hybride systemer kan medføre, at systemernes effektivitet falder med 15–22 procent i forhold til deres designeffektivitet. Dette er også en af de primære årsager til, at brugen af termostatisk blandingventiler er afgørende for at opretholde stabile indløbstemperaturer, når solindfaldet er variabelt.

Overholdelsesmarkedsføring: Prioriteringslogik, temperaturtrin og regler mod kortcykling

Forudsigelig ydelse kræver en intelligent styring, der justerer energiforbruget ud fra aktuelle/realtime-forhold. Tre-fase-prioriteringsprotokoller styrer systemaktiviteten:

Den primære soltilstand aktiveres, når kollektortemperaturen er mindst 8 °C højere end den påkrævede kilde-temperatur for varmepumpen.

Hybridhjælpetilstanden aktiveres ved delvis solindstråling og styrer temperaturen i kollektorcirkulaten, så kildekredsen forvarmes uden overdreven opvarmning.

Varmepumpeprioriteringstilstanden aktiveres, når der er utilstrækkelig solenergi, og systemets gennemstrømningshastigheder styres, så skader på kompressoren undgås ved at fastholde/styre køretider.

De europæiske felttests har vist, at trinvis temperaturregulering reducerede kompressorcycling med 40 % og forlængede udstyrets levetid med denne periode. Anti-kortcyklingsreguleringer integrerer lastforudsigelsesbaserede og forudseende reguleringer samt prognoser for termisk efterspørgsel, hvilket reducerer unødvendige starte, der øger vedligeholdelsesomkostningerne med 740 USD/år/enhed (The Ponemon Institute, 2023).

Ydeevnefordele ved solassisterede varmepumper (SAHP)

Kombinationen af solvarmekollektorer og varmepumper giver synergistisk ydelse på grund af deres forskellige styrker, hvilket hver enkelt komponent alene ikke ville opnå. Betragt det som en slags samarbejde med flere energikilder. Solkollektorernes leverede varme kan derefter bruges af varmepumpen til at opnå mere effektiv varmeoverførsel. For eksempel kræves der mindre energi til at drive varmepumper i bygninger, fordi der kræves mindre energi til at drive varmepumpen, da en del af den energi, der skal transporteres, allerede er leveret af solenergi. Desuden forbedrer denne konfiguration bygningens energiydelse og ændrer energiforbrugsmønstrene ved at reducere energiforbruget, hvilket dermed øger bygningens energiydelse og forbedrer bygningens belastningsprofil. På denne måde hjælper solassisterede varmepumper bygninger med at kommunikere bedre med elnettet, især i perioder med topforbrug af energi.

Forkortelse for COP-forbedring: Demax-integrerede SAHP-feltforsøg i EU

Den europæiske testning af SAHP-systemer kombineret med Demax-teknologi viser en COP-forbedring på 20 til 30 procent i forhold til varmepumper, der anvendes uafhængigt. Mens fordampere tilføres solvarmeenergi, reduceres den samlede elforbrug, og fordampertemperaturen for kompressoren letter arbejdet for varmepumperne med 10 til 15 °C. Den største energibesparelsespotentiale for denne teknologi ligger i overlapningen mellem solindstråling og varmebehov. Ud over at spare elektricitet er de forbedrede SAHP-systemer mere energieffektive om vinteren, fordi de kræver færre aftegningscyklusser og dermed mindre energi.

Lastflytning og netværksrobusthed: Forvarmning af kildevand for at reducere topelforbruget

Solassisterede varmepumper (SAHP) bruger sollys til at opvarme vand, der kan anvendes om aftenen, når energiomkostningerne er højere, og til at lade SAHPs (varme)batteri om dagen, når energiomkostningerne er lavere. Vi har observeret, at kommercielle systemer med (varme)batterier muliggør en reduktion i topenergiforbruget på 30–40 procent. Ud over at mindske energiomkostningerne forbedrer SAHP’er fleksibiliteten i energinetværket, og deltagelse i efterspørgselsrespons skaber yderligere indtægtsstrømme for bygnings ejere. Med varmepumper bliver den tidligere oversete opvarmningsudstyr afgørende for styring af kundens energiforbrug og forbedring af det samlede net.

Hvorfor solvarme alene ikke er tilstrækkelig – og hvordan varmepumper fuldfører dekarboniseringsstrategien. Solvarmesystemer har evnen til at opsamle vedvarende varme fra solen, men de har deres begrænsninger. Deres evne til at opsamle varme påvirkes af skydække, vinter og nat. Hvis der kun stoles på varmesystemer, når der er behov for at opsamle varme til energiproduktion, vil systemerne være nødt til at bruge fossile brændstoffer – hvilket går imod formålet med at reducere CO₂-udledningen. I kombination med solvarmesystemer bliver varmepumper ekstremt nyttige. De kan opsamle termisk energi fra omgivelserne og levere varme samtidig med, at solenergi produceres. Varmepumper er effektive og har en effektivitetsfaktor (COP), der kan nå op på 3,5 – langt mere effektivt end konventionelle systemer. De giver også øget effektivitet, når de anvendes sammen med solvarmesystemer. Solvarmeanlægget opvarmer vandet, før det indgår i varmepumpen, så kompressoren arbejder mere effektivt.

Ifølge undersøgelser kan denne konfiguration reducere den maksimale el-forbrugspids med 18–34 % i perioder med spænding på el-nettet (2023, Fraunhofer ISE). Ifølge IEA’s data fra 2024 udgør varmepumper kun 10 % af den globale opvarmning af bygninger, hvilket ikke er i overensstemmelse med vores klimamål. Integration af varmepumper med solvarmeteknologi forbedrer imidlertid vores kontrol over energiforbruget, øger pålideligheden og muliggør kulstofneutral opvarmning af bygninger året rundt. Disse to teknologier supplerer hinanden særligt godt: Solenergi øger varmepumpers effektivitet, mens varmepumper sikrer en jævn drift i perioder, hvor solenergien er utilstrækkelig. Denne innovative kombination er virkelig transformerende for at mindske afhængigheden af fossile brændstoffer, både fra et teknisk og økonomisk perspektiv – i modsætning til andre teknologier, der blot lægger én til én for at få to.

FAQ-sektion

Spørgsmål 1: Hvad er den primære udfordring ved integration af Demax-kollektorer i varmepumpe-kredsløb?

A1: Den primære udfordring er at afbalancere hydraulikken i solvarmekollektorer og varmepumpekredsløb for at undgå parasitiske tab og muliggøre effektiv varmeoverførsel.

Hvordan påvirker temperaturforskelle, hvordan systemer integreres med hinanden?

Demax-kollektorer kan nå temperaturer på 80 °C, men varmepumper fungerer mest effektivt ved 25–35 °C. Dette betyder, at der kræves specifikke værktøjer til at dække denne temperaturafstand, samtidig med at den samlede systemeffektivitet opretholdes.

Hvordan øger solassisterede varmepumper (SAHP) effektiviteten?

SAHP-drift foregår med solenergi som en "ny" (under seks år gammel) energikategori. Denne type energi er billigere og gør samtidig det muligt at overføre varme nemt inden for en enhed.

Hvorfor er solvarme alene ikke tilstrækkelig?

Solvarmesystemer bliver også mindre effektive ved skyet vejr og om natten, så de har også brug for hjælp fra fossile brændstoffer. Varmepumper kan også understøtte solvarme ved at levere varme, når solen ikke er til stede, hvilket hjælper med at opnå målet om dekarbonisering i fuldt omfang.