Pot fi combinate sistemele termosolare Demax cu pompele de căldură?

Colectoare Demax cu pompe de căldură: aspecte hidraulice și încălzire

Înțelegerea modului de integrare a sistemelor de mai sus necesită o bună cunoaștere a hidraulicii implicate în colectoarele termosolare și în circuitele pompelor de căldură. În mod ideal, într-o anumită condiție de funcționare, debitele prin colectoare și prin pompă de căldură ar trebui menținute în limitele unei diferențe de maximum 10% între ele, pentru a evita pierderile parazitare deranjante cauzate de pompare excesivă. De asemenea, pentru a asigura o transferare suficientă de căldură, se dorește menținerea regimului de curgere turbulentă. O afirmație foarte frecventă printre mulți practicieni se referă la gradientele termice, sau diferențele de temperatură, furnizate de colectoare. Colectoarele Demax pot avea temperaturi de ieșire în intervalul 50–80 °C, în timp ce majoritatea pompelor de căldură nu funcționează eficient, sau deloc, în intervalul 25–35 °C. Pentru a reduce sau minimiza aceste gradienturi termice, îmbunătățind în același timp schimbul termic, se poate recurge la utilizarea unor rezervoare tampon stratificate sau a unor schimbătoare de căldură compacte cu plăci, având o diferență de temperatură („temperature approach”) de maximum 2 °C. Studiile de cercetare din industrie au raportat că, în absența unor proiectări adecvate ale interfeței în sistemele hibride, eficiența acestora poate scădea cu 15–22 % față de valoarea proiectată. Acesta este, de asemenea, unul dintre motivele principale pentru care utilizarea robinetelor termostatice de amestec este esențială în menținerea unor temperaturi stabile la intrare, atunci când câștigul solar este variabil.

Marketing conformitate: Logică de prioritate, etapizare a temperaturii și reglementări anti-ciclare rapide

Performanța predictivă necesită un control inteligent care modifică consumul de energie în funcție de circumstanțele active/în timp real. Protocoalele de priorizare în trei faze controlează activitatea sistemului:

Modul solar principal se activează atunci când temperatura colectorului este cu cel puțin 8 °C mai mare decât temperatura sursă necesară a pompei de căldură.

Modul de asistență hibridă se activează în condiții de iradiere solară parțială și controlează temperatura circuitului colectorului astfel încât bucla sursă să fie preîncălzită fără încălzire excesivă.

Modul de priorizare a pompei de căldură se activează atunci când energia solară este insuficientă și debitele de circulație ale sistemului sunt controlate, iar deteriorarea compresorului este prevenită prin menținerea/controlul duratelor de funcționare.

Testele de teren efectuate în Europa au arătat că controlul treptat al temperaturii a redus ciclarea compresorului cu 40% și a mărit durata de viață a echipamentului cu această perioadă. Controalele anti-ciclare rapide includ controale predictive și anticipate ale sarcinii, precum și prognozarea cererii termice, reducând astfel pornirile inutile care cresc costurile de întreținere cu 740 USD/an/ unitate (The Ponemon Institute, 2023).

Avantajele de performanță ale pompelor de căldură asistate de energie solară (SAHPs)

Combinarea colectorilor termici solari cu pompele de căldură oferă o performanță sinergică, datorită punctelor lor forte diferite, pe care fiecare componentă, luată separat, nu ar putea-o atinge. Gândiți-vă la această configurație ca la o formă de colaborare între mai multe surse de energie. Colectorii solari furnizează căldură pe care pompa de căldură o poate utiliza ulterior pentru a obține un transfer de căldură mai eficient. De exemplu, clădirile necesită mai puțină energie pentru a face funcționeze pompele de căldură, deoarece este necesară o cantitate mai mică de energie pentru a alimenta pompa de căldură, o parte din energia care trebuie transportată fiind deja asigurată de energia solară. În plus, această configurație îmbunătățește performanța energetică a clădirilor și modifică modelele de consum energetic prin reducerea consumului de energie, ceea ce duce la o creștere a performanței energetice a clădirilor și la o îmbunătățire a profilului de sarcină al acestora. Astfel, pompele de căldură asistate de energie solară ajută clădirile să interacționeze mai eficient cu rețeaua electrică, în special în perioadele de vârf ale consumului energetic.

Îmbunătățirea COP: Probe de teren cu SAHP integrate Demax în UE

Testarea europeană a sistemelor SAHP cuplate cu tehnologia Demax arată o îmbunătățire a COP cu 20–30 % față de pompele de căldură utilizate independent. În timp ce evaporatorul este alimentat cu energie termică solară, consumul total de electricitate se reduce, iar temperatura evaporatorului compresorului ușurează funcționarea pompelor de căldură cu 10–15 °C. Potențialul maxim de economisire energetică al acestei tehnologii se manifestă în perioada de suprapunere între iradierea solară și cerința de încălzire. În plus față de economisirea de electricitate, sistemele SAHP îmbunătățite sunt mai eficiente energetic și în iarnă, deoarece necesită mai puține cicluri de dezgheț și, prin urmare, consumă mai puțină energie.

Deplasarea sarcinii și reziliența rețelei: preîncălzirea apei sursă pentru reducerea cererii electrice de vârf

Pompele de căldură asistate solar (SAHP) folosesc lumina solară pentru a încălzi apa, care este apoi utilizată seara, când tarifele energetice sunt mai mari, iar bateria (de căldură) SAHP este încărcată în timpul zilei, când tarifele energetice sunt mai mici. Am observat că sistemele comerciale cu baterii (de căldură) permit o reducere de 30–40 % a cererii de vârf de energie. În afară de reducerea cheltuielilor energetice, pompele de căldură asistate solar îmbunătățesc flexibilitatea rețelei energetice, iar participarea la răspunsul la cerere creează fluxuri suplimentare de venit pentru proprietarii de clădiri. Cu ajutorul pompelor de căldură, echipamentele de încălzire, anterior neglijate, devin esențiale pentru gestionarea sarcinii energetice a clienților și pentru îmbunătățirea generală a rețelei.

De ce sistemele solare termice, în mod izolat, nu sunt suficiente — și cum pompele de căldură completează strategia de descarbonizare. Sistemele solare termice au capacitatea de a capta căldură regenerabilă din soare, dar prezintă și limitări. Capacitatea lor de a capta căldură este afectată de acoperirea noroasă, de sezonul rece și de perioada de noapte. Dacă se bazează exclusiv pe sisteme termice pentru a capta căldură în vederea producției de energie, acestea vor trebui să utilizeze combustibili fosili, ceea ce contrazice scopul reducerii emisiilor de carbon. În acest context, pompele de căldură devin extrem de utile. Acestea pot capta energie termică din mediul înconjurător și pot furniza căldură chiar în timp ce energia solară este produsă. Pompele de căldură sunt eficiente și au un coeficient de performanță (COP) care poate ajunge până la 3,5 — o valoare mult mai ridicată decât cea a sistemelor convenționale. Ele oferă, de asemenea, o eficiență sporită atunci când sunt utilizate împreună cu sistemele solare termice: dispozitivul solar termic încălzește apa înainte ca aceasta să intre în pompa de căldură, astfel încât compresorul funcționează mai eficient.

Conform studiilor, această configurație poate reduce cererea de vârf de energie electrică cu 18%–34% în perioadele de stres ale rețelei electrice (2023, Fraunhofer ISE). În prezent, conform datelor IEA din 2024, pompele de căldură reprezintă doar 10% din încălzirea clădirilor la nivel global, ceea ce nu este în concordanță cu obiectivele noastre climatice. Totuși, integrarea pompelor de căldură cu tehnologia termosolară îmbunătățește controlul asupra sarcinilor energetice, adaugă fiabilitate și permite încălzirea carbon-neutrală a clădirilor pe tot parcursul anului. Aceste două tehnologii se completează în mod deosebit: energia solară crește eficiența pompelor de căldură, iar pompele de căldură asigură o funcționare stabilă în perioadele în care energia solară este insuficientă. Această combinație inovatoare este cu adevărat transformatorie pentru reducerea dependenței de combustibilii fosili, atât din punct de vedere tehnic, cât și economic, spre deosebire de alte tehnologii care doar adaugă unu plus unu pentru a obține doi.

Secțiunea FAQ

Întrebarea 1: Care este principala provocare în integrarea colectorilor Demax în buclele pompelor de căldură?

A1: Principalul provocare constă în echilibrarea hidraulicii colectorilor termosolari și a circuitelor pompelor de căldură pentru a evita pierderile parazite și pentru a permite un transfer eficient al căldurii.

Cum influențează diferențele de temperatură modul în care sistemele se integrează între ele?

Colectorii Demax pot atinge temperaturi de până la 80 °C, dar pompele de căldură funcționează cel mai eficient la temperaturi de 25–35 °C. Aceasta înseamnă că este necesară utilizarea unor instrumente specifice pentru a acoperi această diferență de temperatură, menținând în același timp eficiența generală a sistemului.

Cum cresc pompele de căldură asistate de energie solară (SAHP) eficiența?

SAHP funcționează cu energia solară ca o „nouă” (mai puțin de 6 ani) treaptă de energie. Acest tip de energie este mai ieftină și permite, de asemenea, căldurii să se „deplaseze” ușor în interiorul unei unități.

De ce nu este suficientă energia termosolară singură?

Sistemele solare termice își reduc, de asemenea, eficiența în zilele înnorate și noaptea, astfel că au nevoie, de asemenea, de sprijinul combustibililor fosili. Pompele de căldură pot contribui, de asemenea, la funcționarea sistemelor solare termice, oferind căldură atunci când soarele nu este disponibil, ajutând astfel la atingerea integrală a obiectivului de descarbonizare.