Voivatko Demaxin aurinkolämmön järjestelmät yhdistää lämpöpumppujen kanssa?

Demaxin keräimet lämpöpumppujen kanssa: hydrauliikka ja lämmitys

Yllä mainittujen järjestelmien integroinnin ymmärtäminen edellyttää hyvää tuntemusta aurinkolämmön kerääjien ja lämpöpumppupiirien hydrauliiasta. Ihanteellisesti ottaen tietyn käyttötilanteen aikana kerääjien ja lämpöpumpun virtausnopeudet tulisi pitää toistensa sisällä ±10 %:n sisällä, jotta vältettäisiin haitallisista lisäpumppauksista johtuvat häiritsevät kiertovesipumppujen tarpeelliset tehotappiot. Lisäksi riittävän lämmön siirtämisen varmistamiseksi pyritään säilyttämään turbulentti virtaus. Monet ammattilaiset esittävät usein väitteen lämpögradienteista eli lämpötilaeroista, joita kerääjät tuottavat. Demax-kerääjillä lähtölämpötilat voivat olla 50–80 °C:n välillä, kun taas useimmat lämpöpumput eivät toimi hyvin – tai lainkaan – 25–35 °C:n lämpötila-alueella. Näiden lämpögradienttien pienentämiseksi tai poistamiseksi sekä lämmönsiirron parantamiseksi saattaa olla tarpeen käyttää kerrostuneita varastotankkeja tai tiukkarakenteisia levyvaihtimia, joiden lämpötilaerotus on enintään 2 °C. Teollisuuden tutkimustutkimukset ovat raportoineet, että hybridijärjestelmissä huonosti suunniteltujen rajapintojen puuttuessa järjestelmien hyötysuhde voi laskea 15–22 %:n verran suunnitellusta arvostaan. Tämä on myös yksi tärkeimmistä syistä, miksi termostaattisten sekoitusventtiilien käyttö on ratkaisevan tärkeää vakaiden sisääntulolämpötilojen ylläpitämiseksi, kun aurinkopotentiaali vaihtelee.

Myyntimarkkinointi: Etusijalogiikka, lämpötilan vaiheistus ja lyhyen käyttökerran estämisvaatimukset

Ennakoiva suorituskyky vaatii älykkäästi ohjattua säätöä, joka muuttaa energian kulutusta aktiivisten/todellisten olosuhteiden mukaan. Kolmivaiheiset priorisointiprotokollat ohjaavat järjestelmän toimintaa:

Ensimmäinen aurinkomoodi käynnistyy, kun keräimen lämpötila on vähintään 8 °C korkeampi kuin lämpöpumpun vaadittu lähtölämpötila.

Hybriditukimoodi käynnistyy osittaisen aurinkosäteilyn aikana ja säätää keräinpiirin lämpötilaa siten, että lähtöpiiri esilämmitetään ilman liiallista lämmitystä.

Lämpöpumpun priorisointimoodi käynnistyy, kun aurinkoenergiaa ei ole riittävästi saatavilla, ja järjestelmän virtausnopeudet ohjataan sekä kompressorin vaurioita estetään ylläpitämällä/ohjaamalla käyttöaikoja.

Euroopassa suoritetut kenttätestit ovat osoittaneet, että vaiheittainen lämpötilan säätö vähensi kompressorin kytkentäkiertoja 40 %:lla ja lisäsi laitteiston käyttöikää vastaavasti. Lyhyen kytkentäjakson estävät säätimet sisältävät kuorman ennakoivat ja etukäteen toimivat säätimet sekä lämmönkysynnän ennustamisen, mikä vähentää tarpeettomia käynnistyksiä ja siten ylläpitokustannuksia 740 dollaria vuodessa laitetta kohden (Ponemon Institute, 2023).

Auringon energialla tuettujen lämpöpumppujen (SAHP) suorituskyvyn edut

Aurinkolämmön kerääjien ja lämpöpumppujen yhdistelmä tarjoaa synergististä suorituskykyä niiden eri vahvuuksien ansiosta, mikä yksittäisenä komponenttina kummankaan osan saavuttamattomissa. Ajattele tätä tiimityönä useista energialähteistä. Aurinkokerääjät tuottavat lämpöä, jota lämpöpumppu voi käyttää tehokkaamman lämmönsiirron saavuttamiseen. Esimerkiksi rakennusten lämpöpumppujen käyttöön tarvitaan vähemmän energiaa, koska lämpöpumpun käyttöön tarvitaan vähemmän energiaa, kun osa siirrettävästä energiasta on jo saatavilla aurinkoenergiana. Lisäksi tämä konfiguraatio parantaa rakennuksen energiatehokkuutta ja muuttaa energian kulutusmalleja vähentämällä energian kulutusta, mikä lisää rakennuksen energiatehokkuutta ja parantaa rakennuksen kuormituskäyrää. Tällä tavoin aurinkoenergialla tuettujen lämpöpumppujen avulla rakennukset voivat kommunikoida paremmin sähköverkon kanssa, erityisesti huippukulutusaikoina.

COP:n parantaminen: Demax-integroidut aurinkoenergialla tuetut lämpöpumput – kenttäkokeet EU:ssa

Euroopassa testatut SAHP-järjestelmät, jotka on yhdistetty Demax-teknologiaan, osoittavat 20–30 prosentin parannusta COP-arvossa verrattuna erillisesti käytettyihin lämpöpumppuihin. Kun höyrystin saa aurinkolämmön, kokonaissähkönkulutus vähenee ja kompressorin höyrystimen lämpötila alentaa lämpöpumpun työtä 10–15 °C:lla. Tämän teknologian suurin energiansäästöpotentiaali toteutuu silloin, kun aurinkoenergian saatavuus ja lämmityksen kysyntä ovat päällekkäin. Lisäksi sähkönkulutuksen vähentämisen lisäksi parannetut SAHP-järjestelmät ovat energiatehokkaampia talvella, koska niiden sulatuskierroksia tarvitaan vähemmän ja siten myös energiaa kuluu vähemmän.

Kuorman siirtäminen ja sähköverkon kestävyys: Lähtöveden esilämmitys huippusähkön kulutuksen vähentämiseksi

Auringonavusteiset lämpöpumput (SAHP) käyttävät auringonvaloa veden lämmittämiseen, jota voidaan käyttää illalla, kun energiakustannukset ovat korkeammat, ja SAHP:n (lämpö)akun lataamiseen päivällä, kun energiakustannukset ovat alhaisemmat. Olemme havainneet, että kaupallisissa järjestelmissä (lämpö)akku mahdollistaa huippuenergiankulutuksen 30–40 prosentin vähentämisen. Lisäksi SAHP:t vähentävät energiakustannuksia, parantavat energiaverkon joustavuutta, ja osallistuminen kysyntävastaukseen luo lisätuloja rakennusten omistajille. Lämpöpumpuilla aiemmin vähätty lämmityslaitteisto muuttuu keskeiseksi asiakkaiden energiankulutuksen hallinnassa ja koko verkon parantamisessa.

Miksi aurinkolämmön käyttö yksinään ei riitä – ja miten lämpöpumput täydentävät dekarbonointistrategiaa Aurinkolämmönlaitteet voivat kerätä uusiutuvaa lämpöenergiaa auringosta, mutta niillä on kuitenkin rajoituksia. Niiden kyky kerätä lämpöä vaivaa pilvisyys, talvi ja yöaika. Jos lämpöjärjestelmiä luotetaan liikaa lämmön keruuseen energian tuottamiseksi, järjestelmien on käytettävä fossiilisia polttoaineita, mikä tekee tyhjäksi tavoitteen hiilidioksidipäästöjen vähentämisestä. Lämmönlähteiden yhteydessä lämpöpumput ovat erinomaisen hyödyllisiä. Ne voivat kerätä lämpöenergiaa ympäristöstä ja tuottaa lämpöä samanaikaisesti, kun aurinkoenergiaa tuotetaan. Lämpöpumput ovat tehokkaita ja niiden suorituskykokerroin (COP) voi olla jopa 3,5. Tämä on huomattavasti tehokkaampaa kuin perinteiset järjestelmät. Ne tarjoavat myös paremman hyötysuhteen, kun niitä käytetään yhdessä aurinkolämmönlaitteiden kanssa. Aurinkolämmönlaitteisto lämmittää veden ennen sen saapumista lämpöpumpulle, jolloin puristin toimii tehokkaammin.

Tutkimusten mukaan tämä konfiguraatio voi vähentää huippusähkön kysyntää 18–34 %:lla sähköverkon rasitusaikoina (2023, Fraunhofer ISE). Tällä hetkellä IEA:n vuoden 2024 tiedon mukaan lämpöpumput vastaavat vain 10 %:sta maailmanlaajuisesta rakennusten lämmityksestä, mikä ei ole linjassa ilmastotavoitteidemme kanssa. Lämpöpumppujen integroiminen aurinkolämmön teknologiaan parantaa kuitenkin energian kuorman hallintaa, lisää luotettavuutta ja mahdollistaa hiilineutraalin rakennusten lämmityksen koko vuoden ajan. Nämä kaksi teknologiaa täydentävät toisiaan erinomaisesti: aurinkoenergia parantaa lämpöpumppujen tehoa, ja lämpöpumput taas varmistavat tasaisen toiminnan silloin, kun aurinkoenergian saatavuus on riittämätön. Tämä innovatiivinen yhdistelmä on todella muuttava tekijä fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämisessä sekä teknisestä että taloudellisesta näkökulmasta, toisin kuin muut teknologiat, jotka yksinkertaisesti lisäävät yksi plus yksi saadakseen kaksi.

UKK-osio

K1: Mikä on päähaaste Demax-kollektorien integroinnissa lämpöpumpun kiertopiiriin?

A1: Päähaaste on tasapainottaa aurinkolämmön kerääjien ja lämpöpumppupiirien hydrauliikkaa, jotta vältetään kiertovuotot ja saavutetaan tehokas lämmönsiirto.

Miten lämpötilaerojen erilaisuus vaikuttaa järjestelmien keskinäiseen integraatioon?

Demax-kerääjät voivat saavuttaa lämpötiloja jopa 80 °C, mutta lämpöpumput toimivat tehokkaimmin 25–35 °C:n lämpötiloissa. Tämän vuoksi niitä tarvitaan erityisiä välineitä lämpötilaeron käsittelyyn ilman, että koko järjestelmän hyötysuhde heikkenee.

Miten aurinkoenergialla tuettujen lämpöpumppujen (SAHP) tehokkuutta lisätään?

SAHP-järjestelmät käyttävät aurinkoenergiaa ”uutena” (alle kuuden vuoden ikäisenä) energiatasona. Tämäntyyppinen energia on edullisempaa ja mahdollistaa myös lämmön helpomman ”liikkumisen” laitteen sisällä.

Miksi pelkkä aurinkolämpö ei riitä?

Aurinkolämpöjärjestelmien hyötysuhde laskee myös pilvisinä päivinä ja yöllä, joten niiden on myös turvauduttava fossiilisiin polttoaineisiin. Lämpöpumput voivat myös tukea aurinkolämpöjärjestelmiä tarjoamalla lämpöä silloin, kun aurinko ei ole saatavilla, mikä auttaa saavuttamaan täysin dekarbonisaation tavoitteen.