Pompa ciepła z kolektorami słonecznymi stanowi wysokoefektywne rozwiązanie grzewcze. Wspomaganie pracy pompy ciepła może dotyczyć zarówno obiego pierwotnego, jak i wtórnego. Kolektory słoneczne w obiegu wtórnym bezpośrednio wspomagają podgrzewanie wody użytkowej a także ogrzewanie budynku. Możliwe jest to poprzez podłączenie instalacji solarnej i pompy ciepła do podgrzewacza biwalentnego c.w.u. lub podgrzewacza uniwersalnego (typu kombi). Praca kolektorów słonecznych skraca czas eksploatacji pompy ciepła co obniża zużycie energii elektrycznej, a także sprzyja tzw. regeneracji termicznej dolnego źródła ciepła poza sezonem grzewczym (dotyczy sond gruntowych lub kolektora gruntowego)

1. Pompa ciepła z kolektorami słonecznymi
 Możliwości współpracy kolektorów słonecznych z pompą ciepła
 Współpraca z obiegiem pierwotnym i wtórnym pompy ciepła
 Korzyści ze wspomagania pracy pompy ciepła
Wydanie 1/2014
29.08.2014
www.eko-blog.pl
www.vaillant.pl

2. 2
Możliwości wykorzystania energii słonecznej
Kolektory słoneczne mogą zapewniać pokrycie do 60% rocznych potrzeb ciepła dla podgrzewu ciepłej wody użytkowej lub do 30% rocznych potrzeb ciepła potrzebnego łącznie dla podgrzewania wody użytkowej i wspomagania ogrzewania domu.
Kolektory słoneczne stanowią uzupełnienie systemów grzewczych, zarówno tradycyjnych (z kotłem grzewczym), jak i wykorzystujących energię odnawialną (z pompą ciepła).
Współpraca z pompą ciepła może być realizowana w wielu wariantach – zarówno po stronie obiegu pierwotnego, jak i wtórnego pompy ciepła.

3. 3
Obieg pierwotny i obieg wtórny pompy ciepła
Dolne źródło ciepła OBIEG PIERWOTNY
Odbiór ciepła
OBIEG WTÓRNY
Kolektory słoneczne mogą wspomagać pracę pompy ciepła zarówno po stronie pierwotnej (dolne źródło ciepła), jak i po stronie wtórnej (odbiór ciepła)

4. 4
WARIANT 1: kolektory słoneczne w obiegu wtórnym pompy ciepła
PRZYKŁADOWE SCHEMATY: Kolektory słoneczne w obiegu wtórnym pompy ciepła
Najczęstszym zastosowaniem kolektorów słonecznych we współpracy z pompą ciepła, jest wspomaganie jej pracy po stronie wtórnej. W ten sposób wspomagane jest bezpośrednio podgrzewanie ciepłej wody użytkowej, a także wody grzewczej w systemie ogrzewania budynku. Instalacja solarna wprost zmniejsza czas pracy pompy ciepła, obniżając zużycie energii elektrycznej.

5. 5
1a) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. – z podgrzewaczem biwalentnym
W przypadku pomp ciepła solanka/woda, instalacja solarna odciąża ją od pracy szczególnie poza sezonem grzewczym, zapewniając korzystne warunki dla regeneracji termicznej dolnego źródła ciepła (np. sond gruntowych).
Należy zapewnić odpowiednią wielkość wężownicy do której podłączona jest pompa ciepła (min. 0,25 m2 na 1 kW mocy grzewczej) lub w razie potrzeby zastosować zewnętrzny wymiennik ciepła ( schemat 1b).
1
2
3
4
1- kolektory słoneczne 2- podgrzewacz biwalentny c.w.u. 3- pompa ciepła 4- system grzewczy
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła

6. 6
1b) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. – zewnętrzny wymiennik ciepła
Jeżeli moc grzewcza pompy ciepła jest zbyt wysoka w stosunku do powierzchni wężownicy w podgrzewaczu pojemnościowym (dla uzyskania podwyższonego komfortu ciepłej wody użytkowej), to przekazywanie ciepła z pompy ciepła do wody użytkowej, powinno odbywać się w zewnętrznym płytowym wymienniku ciepła. Wówczas konstrukcja podgrzewacza musi zapewniać jednak niezbyt dużą prędkość napływu podgrzanej wody użytkowej, aby nie dopuszczać do wysokiej różnicy temperatury wody w parowniku pompy ciepła (obniżenie efektywności).
1
2
3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz biwalentny c.w.u.
3- pompa ciepła
4- wymiennik ciepła
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła

7. 7
1c) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. – pompa ciepła wody użytkowej
Coraz popularniejsze staje się stosowanie pomp ciepła typu powietrze/woda przeznaczonych do podgrzewania wody użytkowej. Stanowią one samodzielne urządzenie, które może współpracować z kolektorami słonecznymi podłączonymi do oddzielnej wężownicy grzewczej. Współpraca z kolektorami słonecznymi zmniejsza zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła, co przekłada się także na podwyższenie klasy efektywności energetycznej rozwiązania.
1
2
1- kolektory słoneczne 2- pompa ciepła c.w.u.
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła

8. 8
1d) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Dzięki zastosowaniu podgrzewacza uniwersalnego (nazywanego także multiwalentnym lub „kombi”) kolektory słoneczne mogą wspomagać pracę pompy ciepła na łączne potrzeby ciepłej wody użytkowej oraz ogrzewania domu.
W podgrzewaczu typu „tank in tank” (zbiornik w zbiorniku), woda użytkowa podgrzewana jest w wewnętrznym zbiorniku odbierając ciepło od wody grzewczej podgrzewanej przez pompę ciepła, kolektory słoneczne i inne źródła ciepła.
1
2
1- kolektory słoneczne 2- podgrzewacz uniwersalny „tank in tank” 3- pompa ciepła 4- system grzewczy
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła
3
4

9. 9
1e) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Pompa ciepła i kolektory słoneczne mogą również podgrzewać wodę grzewczą w podgrzewaczu uniwersalnym wyposażonym w wężownicę wody użytkowej. W wężownicy podgrzewana jest od wody grzewczej przepływająca w trakcie poboru ciepła woda użytkowa. Tego typu podgrzewacze przeznaczone są dla standardowych potrzeb c.w.u. w domach 1-rodzinnych, tzn. bez nagłych wysokich poborów wody (np. w przypadku korzystania jednocześnie z dwóch łazienek).
1
2
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła
3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz uniwersalny z wężownicą dla podgrzewania wody użytkowej
3- pompa ciepła
4- system grzewczy

10. 10
1f) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Podgrzewacze uniwersalne z przepływowym podgrzewaniem ciepłej wody użytkowej są w niektórych typach wyposażane w dodatkowy wymiennik ciepła oraz pompę wody grzewczej. W trakcie poboru wody użytkowej tak zwana funkcja „booster” zwiększa moc grzewczą podgrzewu c.w.u.. W ten sposób zapewnia się podwyższony komfort wody użytkowej dla zwiększonego zapotrzebowania.
1
2
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła
3
4
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz uniwersalny z funkcją „booster”
3- pompa ciepła
4- system grzewczy

11. 11
1g) Kolektory słoneczne dla podgrzewania c.w.u. i wspomagania ogrzewania c.o.
Wspomaganie ogrzewania i podgrzewanie ciepłej wody użytkowej przez kolektory słoneczne współpracujące z pompą ciepła, może być realizowane również przy użyciu standardowego podgrzewana biwalentnego c.w.u. i zbiornika buforowego centralnego ogrzewania (c.o.). Instalacja solarna podgrzewa wodę użytkową, a w drugiej kolejności wodę grzewczą w zbiorniku buforowym. Rozwiązanie zapewnia wysoki komfort wody użytkowej, ale wymaga więcej miejsca zabudowy i wiąże się z wyższymi kosztami inwestycji.
1
2
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła
4
3
1- kolektory słoneczne
2- podgrzewacz biwalentny c.w.u.
3- zbiornik buforowy c.o.
4- pompa ciepła
5- system grzewczy
5

12. 12
PRZYKŁAD: pompa ciepła we współpracy z kotłem węglowym i kolektorami słonecznymi
Pompa ciepła Vaillant geoTHERM (1) we współpracy z kotłem na paliwo stałe (3) oraz kolektorami słonecznymi (2). Woda użytkowa (5) oraz grzewcza (6) są podgrzewane w podgrzewaczu uniwersalnym (3).
2
1
3
4
6
5
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu wtórnego pompy ciepła

13. 13
Współpraca kolektorów słonecznych z pompą ciepła – układ automatycznej regulacji
Ważną rolę w układach połączonych pompy ciepła z kolektorami słonecznymi, odgrywa układ regulacji, który powinien przede wszystkim zapewniać wyłączanie lub ograniczanie pompy ciepła, w trakcie pracy instalacji solarnej.
Priorytet pracy powinien należeć do instalacji solarnej, która zapewnia najniższe koszty wytworzenia ciepła (zł/kWh). Podczas pracy instalacji solarnej pobór mocy elektrycznej wynosi przeciętnie 30÷50 W, podczas gdy dla pompy ciepła zależnie od jej mocy grzewczej około 2÷3 kW (np. pobór mocy elektrycznej sprężarki 2 kW dla pompy ciepła o mocy grzewczej 8 kW przy współczynniku COP = 4,0).

14. 14
WARIANT 2: kolektory słoneczne w obiegu pierwotnym pompy ciepła
PRZYKŁADOWE SCHEMATY:
Kolektory słoneczne w obiegu pierwotnym pompy ciepła
Rzadsze zastosowanie kolektorów słonecznych dotyczy wspomagania pracy pompy ciepła po stronie jej obiegu pierwotnego. Wymaga większych powierzchni kolektorów, ale równocześnie dopuszcza możliwość stosowania tańszych urządzeń, także absorberów (bez szyby) pracujących poza sezonem grzewczym, gdzie ciepło jest magazynowane lub przyspiesza regenerację termiczną dolnego źródła ciepła (np. kolektora gruntowego lub sond gruntowych).
Dzięki niskim temperaturom roboczym w obiegu pierwotnym pompy ciepła, instalacja solarna uzyskuje wysokie sprawności pracy.

15. 15
2a) Kolektory słoneczne dla wspomagania pracy dolnego źródła ciepła (sondy pionowe)
Jako kolektory słoneczne można stosować absorbery bez przykrycia, które podejmują pracę w porze ciepłej wspomagając dolne źródło ciepła (np. sondy gruntowe). Współpraca z podgrzewaczem biwalentnym pozwala także na bezpośrednie podgrzewanie wody użytkowej przez instalację solarną.
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu pierwotnego pompy ciepła
1- kolektory słoneczne 2- zbiornik solanki 3- pompa ciepła 4- podgrzewacz biwalentny c.w.u. 5- zbiornik buforowy c.o. 6- sondy gruntowe
1
2
4
3
5
6

16. 16
2b) Kolektory słoneczne dla wspomagania dolnego źródła ciepła (kolektor gruntowy)
Kolektory słoneczne mogą dostarczać ciepło do dolnego źródła ciepła, np. do kolektora gruntowego, co przyspiesza jego regenerację termiczną i w zależności od warunków geologicznych pozwala magazynować ciepło. Efektywność pracy pompy ciepła będzie mogła być podwyższona (o kilka % w skali roku).
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu pierwotnego pompy ciepła
1- kolektory słoneczne 2- pompa ciepła 3- podgrzewacz uniwersalny 4- kolektor gruntowy poziomy
1
2
4
3

17. 17
2c) Kolektory słoneczne dla współpracy z sezonowym zasobnikiem ciepła
Kolektory słoneczne są spotykane we współpracy pomp ciepła solanka/woda z tzw. sezonowymi zasobnikami ciepła. Rolą kolektorów jest dostarczanie ciepła magazynowego na okres sezonu grzewczego w zasobniku zawierającym wodę lub substancje chemiczne o niższej temperaturze krzepnięcia (np. octan sodu). Tego typu rozwiązania są stosowane częściej w obszarach, gdzie nie zezwala się na wykonanie odwiertów dla sond pionowych, a powierzchnia działki nie pozwala wykonać poziomego kolektora gruntowego.
Wariant współpracy kolektorów słonecznych  po stronie obiegu pierwotnego pompy ciepła
1- kolektory słoneczne
2- pompa ciepła
3- sezonowy zasobnik ciepła
1
2
3

18. 18
Podsumowanie
Zastosowanie kolektorów słonecznych do współpracy z pompą ciepła może być realizowane na wiele sposobów. Wybór rozwiązania zależy zarówno od warunków technicznych (budynek, powierzchnia działki), jak i ekonomicznych.
Układy pomp ciepła z kolektorami słonecznymi cechują się najwyższymi klasami efektywności energetycznej i ich znaczenie w przyszłości będzie stale rosło
Odciążenie pompy ciepła od pracy obniża koszty eksploatacyjne, pozwala także na etapie doboru zmniejszyć rozmiar dolnego źródła ciepła i poprawić warunki jego termicznej regeneracji (w przypadku gruntu jako dolnego źródła ciepła).

19. Chłodzenie
www.eko-blog.pl
www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji