Spojení výhod kolektorů a tepelného čerpadla

Při stavbě nízkoenergetických domů se v současné době naskýtá možnost využít inovativního způsobu vytápění – DUO systému, který spojuje výhody tepelného čerpadla a solárních kolektorů.

Paralelní zapojení tepelného čerpadla a solárního kolektoru, které často používá, staví tyto dva systémy do pozice vzájemné konkurence. Naopak DUO systém využívá fakt, že pro solární kolektory je výhodné, pokud je teplota spotřebiče co nejnižší – v extrémním případě může dosáhnout až 0 °C. Na druhé straně tepelné čerpadlo se za vyšší teplotu na straně výparníku odvděčí vyšším výkonem a růstem topného faktoru COP.

Zapojení a činnost

V praxi je to spojení plochých vakuových kolektorů, kompaktní jednotky tepelného čerpadla s nízkoteplotním zásobníkem a akumulační nádrží pro kombinovaný ohřev teplé vody a vytápění. Při dostatečně vysoké intenzitě slunečního záření přes den se teplo z vakuových slunečních kolektorů ukládá přímo do akumulační nádrže, která je zdrojem tepla na přípravu teplé vody a na vytápění. Při nízké intenzitě slunečního záření se získané teplo ukládá do nízkoteplotního zásobníku. Prostřednictvím tepelného čerpadla se pak teplo transformuje na vyšší teplotní úroveň a opět se ukládá do kombinované akumulační nádrže.

Podmínkou správné funkce celého zařízení je právě použití jen plochých vakuových kolektorů. Pokud totiž teplota absorbéru solárního kolektoru klesne pod teplotu rosného bodu, začne na něm kondenzovat vodní pára a ta především v zimním období pravidelně namrzá. Výskyt vlhkosti uvnitř kolektoru vede ke korozi absorbéru a zničení tepelné izolace, takže takto provozovaný standardní kolektor se stane po 2 až 3 letech nepoužitelným.  Obdobně v případě trubicových vakuových kolektorů dochází k tvorbě a vymrzání kondenzátu ve výměníku v manifoldu. Ploché vakuové kolektory jsou uzavřeny v hermeticky těsné skříni z korozně odolné hliníkové slitiny, což zamezuje vzniku kondenzátu.

Pokud má DUO systém fungovat jako jediný zdroj na přípravu teplé vody a vytápění, doporučuje se systém doplnit malým zemním kolektorem ve tvaru vertikálního koše, případně elektrickým dohřevem.

Porovnání systémů

Ve Školicím středisku OZE v Plavsku je možné porovnat funkci standardně zapojeného solárního systému a výkon DUO systému. V prvním případě je instalováno 28 kusů plochých vakuových kolektorů pro ohřev kombinované akumulační nádrže o celkovém objemu 3 m3, která slouží pro vytápění objektu a ohřev teplé vody. V zimním období bez slunečního svitu, kdy je teplota na kolektorech do 20 °C, dohřívá nádrž tepelné čerpadlo země-voda. V příhodných slunečních podmínkách systém funguje mezi 10. až 15. hodinou.

Pro DUO systém je použito nízkoteplotní podlahové topení. V době, kdy je dostatek slunečního záření, šest plochých vakuových kolektorů ohřívá akumulační nádrž o objemu 800 litrů. V době nízké intenzity slunečního svitu je předehříván nízkoteplotní zásobník pro zvýšení teploty na výparníku tepelného čerpadla.

V ranních hodinách, kdy je z noci vyčerpán nízkoteplotní zásobník, začínají solární kolektory zásobník ohřívat (voda zde může mít teplotu kolem 0 °C, ale i nižší).  Jak zesiluje sluneční svit, regulace vyhodnotí, kdy je vhodné začít s ohřevem akumulační nádrže a zároveň kdy v odpoledních hodinách ohřev ukončit. Následně je při nízké intenzitě slunečního svitu ještě dohřívána opět nízkoteplotní nádrž, která v nočních hodinách slouží jako zdroj tepla pro tepelné čerpadlo. Solární systém je schopen dodávat energii v době od rozednění, tj. v zimním období asi od 7 do 18 hodin.  Ze systému DUO lze tedy získat v našich klimatických podmínkách 2 až 2,5násobek tepelné energie z 1m2 kolektorové plochy oproti standardnímu systému zapojení. Vzhledem k tomu, že výkon tepelného čerpadla je do 3 kW, jde o systém vhodný pro vytápění nízkoenergetických staveb.*

Jiří Hrádek, Luboš Kozel, DUO Plavsko

Obrázek: Instalace vakuových solárních kolektorů

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *