Integracja systemu z pompami ciepła i kolektorów słonecznych

Dominującym  trendem w instalacjach ogrzewania wody użytkowej oraz centralnego ogrzewania jest ciągłe obniżanie zapotrzebowania energii oraz zwiększanie wykorzystania darmowej energii odnawialnej. Całość wpisuje się w strategię Unii Europejskiej dotyczącej ograniczenia emisji CO₂ oraz rozwoju Odnawialnych Źródeł Energii.

Sposoby podgrzewania wody użytkowej

Poszukując komfortowego i taniego w eksploatacji sposobu podgrzewania wody użytkowej, zastanawiamy się jakie drugie źródło ciepła, oprócz konwencjonalnego, zastosować w nowej lub modernizowanej instalacji. Dokonując wyboru zwracamy uwagę na kilka podstawowych aspektów: koszty, automatykę działania, komfort użytkowania i wpływ naszej instalacji na bezpieczeństwo środowiska. Coraz popularniejsze staje się integrowanie wielu systemów. Korzystanie z systemu grzewczego zintegrowanego z powietrzną pompą ciepła oraz kolektorami słonecznymi wymaga odpowiedniego przystosowania instalacji, jak i ekonomicznego uzasadnienia inwestycji.

Integracja systemu z pompami ciepła powietrznymi i kolektorami słonecznymi

Pompy ciepła należą do niskotemperaturowych źródeł ciepła. Mogą ogrzać wodę do temperatury 55-60°C, co jest zupełnie wystarczające w przypadku wody użytkowej (woda w kranie, po zmieszaniu z zimną wodą, nie powinna przekraczać 45-50°C). Grzanie do wyższych temperatur w żadnym systemie nie jest ekonomicznie uzasadnione, ze względu na większe straty ciepła do otoczenia.

Kolektory słoneczne dostarczają nam praktycznie darmową energię cieplną. W zależności od nasłonecznienia mogą w całości pokryć zapotrzebowanie na energię potrzebną do podgrzewania wody użytkowej lub przynajmniej podniosą jej temperaturę na wyższy poziom, ograniczając czas pracy pompy ciepła. Integracja systemu z pompami ciepła powietrznymi i kolektorami słonecznymi pozwala na połączenie zalet obydwu urządzeń, tworząc system samowystarczalny przez większą część roku. Zarówno pompy ciepła, jak i kolektory słoneczne wymagają zasobnika, który będzie akumulował ciepło. Niemal w każdej sytuacji zasobnik ten musi być większej pojemności niż w przypadku konwencjonalnego ogrzewania. Pozwala to jednak regulować temperaturę wydatkowanej wody użytkowej w sposób długotrwały, jednocześnie unikając nadmiernych strat ciepła do otoczenia (im niższa temperatura w zbiorniku, tym mniejsze straty). Dlatego wielkość zbiornika powinna być dobrana tak, żeby zapewnić komfort ciepłej wody użytkowej przy założeniu temperatury w zbiorniku ok. 55-60 °C.
 

fot.: powietrzna pompa ciepła WBC-5,6H-B2P

Zalety kojarzenia systemu kolektorów słonecznych i pompy ciepła

Głównym uzasadnieniem kojarzenia systemu kolektorów słonecznych i pompy ciepła są rosnące ceny tradycyjnych paliw lub brak dostępności tańszych nośników energii cieplnej. Kolektory słoneczne i powietrzne pompy ciepła szczególnie poleca się jako alternatywę dla ogrzewania elektrycznego, olejem opałowym lub gazem płynnym. Głównym argumentem są niższe koszty eksploatacji. Bez wątpienia takie skojarzenie jest też godną alternatywą w przypadku braku przyłącza gazu ziemnego. Uzupełnienie instalacji z kotłem na paliwo stałe o powietrzną pompę ciepła i kolektory słoneczne, jest bardzo korzystne ze względu na kłopotliwe oraz ekonomicznie i ekologicznie nieuzasadnione eksploatowanie kotła poza sezonem grzewczym.

Podsumowując, integracja kolektorów słonecznych z pompą ciepła będzie droższa inwestycyjnie od każdego z nich osobno, ale uzyskujemy w ten sposób najtańszy eksploatacyjnie i najbardziej stabilny system ogrzewania wody użytkowej w okresie wiosna/jesień. 

Przykład instalacji zintegrowanego systemu z pompami ciepła powietrznymi i kolektorami słonecznymi

W domu niskoenergetycznym wykonanym z drewna zastosowano ogrzewanie powierzchniowe ścienne oparte o wiele źródeł ciepła. Ze względu na brak przyłącza gazu wszystkie urządzenia grzewcze korzystają z energii elektrycznej.
 

Przedstawiona instalacja oparta o zbiornik kombinowany pozwala na warstwowe ładowanie ciepła. W tej sytuacji pompa obiegowa kolektorów słonecznych uruchomi się zawsze, kiedy tylko będą warunki atmosferyczne, ponieważ kolektory słoneczne mają swoją wydzieloną objętość zbiornika. Sterowanie układem pozwala na ustawienie priorytetu grzania pompą ciepła względem kotła CO. W sytuacji gdy wystąpi konieczność ogrzewania i temperatura powietrza zewnętrznego będzie wyższa niż ustawiona w sterowniku to całość ogrzewania będzie realizowana przez pompę ciepła. Jeżeli priorytet nie jest ustalony, wtedy urządzenia włączają się równolegle.

• Orientacyjne zapotrzebowanie budynku na ciepło: 6,5kW
• Kocioł CO o mocy 9kW
• Pompa ciepła powietrzna Hewalex WBC-5,6H-B2/P o mocy nominalnej 5,6 kW
• Kolektory słoneczne płaskie Hewalex KS2000 SLP: 3szt.