Термопомпи Биодом хибридна система

Ако сте пред дилемата пелети или термопомпа? Защо не и двете? Оптимизирайте разходите за отопление и разберете как функционира нашата хибридна система.

Системата за отопление с термопомпа обикновено се използва, когато се инсталира нискотемпературно отопление (като подово отопление) в сградата.

Може да се използва и в определени радиаторни или високотемпературни отоплителни инсталации, но само с ограничен температурен диапазон (до 55°C на водата, 58° C на термопомпата) По-високите температури ще причинят прекомерно износване на компресора и вътрешните части на термопомпата. Също така COP, ефективността на термопомпата става все по-ниска с повишаване на изходящата температура.

Следователно, първата задача на управлението на хибридната система е да ограничи изходящата температура на термопомпата до безопасни нива. Ако някоя от желаните температури в системата се доближи до горната граница на термопомпата, допълнителният котел ще се стартира за да подпомогнете термопомпата да достигне желаната температура.

Когато се достигне максималната разрешена за термопомпата температура, тя (HePu) ще се изключи и допълнителният котел ще продължи да работи, докато се достигне желаната температура.

Термопомпата ще се включи отново, когато температурата на водата падне под началният праг на стойността (обикновено 3-5 градуса под желаната температура на термопомпата).

При хибридните системи, където различни отоплителни уреди са свързани заедно, трябва да има ясно разделение между входовете за вода с висока и ниска температура. Например, ако в термопомпата навлиза твърде гореща вода, това може да създаде проблеми в системата тъй като температурите и наляганията на газа могат да излязат от спецификацията, причинявайки аларми или дори повреда в компонентите на термопомпата.

Разделяне на топла-студена вода, базирано на инсталация с буферен съд

Обикновено за тази цел може да се използва опростена система с буферен съд. Входовете за топла и студена вода при буферния съд са разположени по начин, който позволява тяхното разделяне. Но буферният съд може да бъде обемист и скъп, а също и поради факта, че в хибридната система те не изпълняват същественa функция.

S3E двузонов хидравличен разделител – основни компоненти и функции на системата:

 

Хидро модул S3E като заместител на буферен съд

Като алтернатива, Biodom разработи специален хидравличен разделител в компактни размери за топла и студена вода, в който се извършва много добро разделяне температурата на водата, а също и с някои допълнителни функции като електрически нагреватели и предпазни клапани. С помощта на това устройство, система става много компактна и може да се свърже почти всеки високотемпературен източник като нафтови, газови и пелетни котли. За котли на дърва съществуват допълнителни схеми, за това как да се внедри S3E хидро модул.

Принцип на действие на хидравличен разделител

Основната функция на хидро модула S3E е да осигури воден поток по начин, който топлата вода никога не влиза в кръга на термопомпата. Допълнителна функция е да осигури електрическо отопление в случай на повреда в хибридната система и предпазване от висока температура и налягане.

От напречния разрез по-горе може да се види, че високата и ниската температура са разделени и само малка част от потока се смесва. В този случай до термопомпата никога не може да достигне вода с висока температура, идваща от допълнителния отоплителен източник или електрически нагревател.

Допълнително предимство на тази система е, че осигурява постоянна циркулация с висок дебит и ниска температурна разлика за термопомпа, избягвайки ограничаване на мощността и поради неподходящи температурни разлики на входа и изхода. Това се дължи на факта, че термопомпата, за разлика от котлите, работи при по-големи водни потоци и по-ниски температурни разлики (около 5 градуса). В случай че водния кръг не позволява това, термопомпата няма да работи с оптимална мощност или дори може да намали мощността до стойности, които вече не са подходящи за отопление.

Логика и работата на хибридната система

Термопомпи Биодом хибридна система, защо?

Ограничения на термопомпата като:

• Ограничен COP и следователно мощност при ниски външни температури и големи студени/горещи разлики
• Голямо влияние от качеството на захранването на мрежата (смущения, голямо, непрекъснато натоварване причинява спад на напрежението в мрежата)
• Не е подходяща за отоплителни системи, базирани предимно на високотемпературни радиатори.
• Ако не се захранва от слънчеви панели, създава зависимост от мрежовите оператори.
• Не може да покрие високо пикови топлинни нужди.
• Използването на висококачествена електрическа енергия за отопление не изглежда дългосрочно енергийно решение
• Скритият CO₂ отпечатък, ако използваната електрическа енергия не е от възобновяеми източници, може да бъде преодолян или поне сведен до минимум чрез комбинация от различни енергийни източници. Предлагат се няколко различни опции за отопление, като котли на дърва, котли на пелети, котли на нафта и газови котли.

Алтернативни източници на енергия

Тъй като Biodom работи от много години в областта на изгарянето на биомаса, решихме да обединим котли на биомаса с нашите термопомпи Биодом в хибридни системи поради следните причини:

• Отоплението с биомаса е CO₂ неутрално, което означава, че CO₂ ще бъде отделен в атмосферата така или иначе по време разлагането на биомасата, а количеството отделен CO₂ е същото като количеството, абсорбирано по време на растеж.
• За производството на пелети необходимата електрическа енергия за пресоване на дървесината е около 3% от тяхната енергийна стойност.
• Повечето пелети се произвеждат от отпадъчен материал в дърводобивната промишленост, който обикновено се изхвърля в природа.
• Котлите на пелети имат много добра ефективност (до 95% ефективност на горене, 91 – 93% обща ефективност). Ако се използват кондензни котли, ефективността е над 100% (и все пак не е перпетуум мобиле)
• Прецизно регулиране на параметрите на горене и адаптивни алгоритми към променящото се качество на горивото и условията на околната среда, заедно с ниската необходимост от почистване, правят тази система много подходяща за отопление на къщи и апартаменти.
• Пелетите се предлагат от множество доставчици, което намалява зависимостта от големи дистрибутори с монополни тенденции.

Обединяване на двете технологии

Обединяването на двете технологии заедно с интелигентно централизирано управление на всички енергийни източници, води до някои предимства:

• По време на междинни периоди на отопление (в зависимост от региона на монтаж), термопомпата може да покрие всички нужди от топла вода и отопление:

Зоните показват типични температури на водата на термопомпата през деня. Площта на зоните, респективно консумираната енергия зависи от външната температура, вида отопление (радиатори, подово отопление, стенно отопление), изолацията и отопляемия обем.

Наблюдавайки желаната температура на водата на термопомпата (вертикална скала) се вижда, че тя се променя с външната температура. В междинния сезон термопомпата достига желаните температури с добра ефективност.

• След като външните температури спаднат, COP на термопомпата и съответно изходящата мощност стават по-ниски. В някои моменти термопомпата не може да достигне желаните температури и трябва да се включи допълнителен източник. Разбира се, ако отоплителната система е базирана на подово отопление, не е необходимо да се достигат високи температури, следователно хибридната система има смисъл само заради алтернативния източник на топлина.

На фигурата по-долу, червената област показва включването на отоплителния котел на пелети за да подпомогне термопомпата да достигне температурите. До голяма степен спестяванията зависят от факторите описани по-горе, но в по-стари къщи с лоша изолация без или частично подово отопление, спестяванията могат да достигнат до 30% от разходите за отопление. За къщи, които имат енергиен клас по-висок от C, спестяванията са много по-ниски и могат да достигнат максимум 10%.

Когато се използва по-малка термопомпа, може да се получи така, че помпата да достигне желаната температура много бавно. Това ще повлияе на комфорта, тъй като отоплителните кръгове не могат да поддържат желаната температура, докато термопомпата не я достигне. Следователно, включването на допълнителен източник ще предотврати това явление и ще поддържа температурата възможно най-близки до желаната.

Типична ситуация е и когато се изисква топла битова вода. Ако повишаването на температурата е твърде бавно, допълнителният отоплителен източник ще се включи. Освен това, когато е необходима функцията анти легионела, водата трябва да се загрее до 65°C. Тъй като от съображения за издръжливост термопомпата не позволява нагряване над 58 °C, допълнителният източник трябва да се включи за да се достигне желаната температура.

Друго обяснение за логиката на поддържащия котел е графично представена по-долу. Докато работните условия на термопомпата и COP са наред, поддържащият котел не се активира. Веднага щом COP бъде компрометиран или системата отчете, че няма достатъчно мощност за да затопли водата до желаната температура, поддържащият котел се активира.

• За да се разберат по-добре характеристиките на термопомпата, графиката по-долу показва ясно къде е проблемът:

Мощността на термопомпата и COP спадат с увеличаване на температурната разлика между студената и топлата страна на термопомпата. Това просто означава, че производителността на термопомпата спада с външната температура до ниво, където мощността не е достатъчна за поддържане желаната температура на водата за отопление.

Разбира се, говорим за нискотемпературна едностъпална термопомпа. Двустъпалните термо помпи с високо налягане могат значително да подобрят по-долната фигура, но така или иначе те увеличават разходите, ефективността и проблемите с шума.

При фазата на дефрост на термопомпата, изпарителят трябва да бъде обезледен като се използва температурата от отопленилните кръгове върната към термопомпата. В нормалните системи електрическите нагреватели се включват, докато се избегнат условията за замръзване. Използването на хибридна система с термопомпа Biodom има някои предимства:

• Термопомпата започва фаза на дефрост по-рано от другите термопомпи, поради различен алгоритъм за откриване на настъпили условия за размразяване.
• Когато размразяването започне, поддържащият котел незабавно се активира за да помогне фазата на дефрост да бъде възможно най-кратка.
• Всички вътрешни отоплителни кръгове се активират и отварят, за да доставят колкото се може повече топла вода правейки фазата на размразяване много бърза.

Термопомпите са чувствителни устройства, с множество системни параметри, които се наблюдават в работен режим. В някои случаи алармите могат да възникнат поради повреди в хидравличната инсталация, колебания в захранването, прегряване на термопомпата и др. При хибридната система, поддържащият котел се активира незабавно в такъв случай.