Een thermische zonnecollector kiezen: een afweging tussen prestaties en scenario
De prestaties van een luchtboiler op zonne-energie (SAW)-systeem hangt grotendeels af van het type en de efficiëntie van zijn kerncomponent: de thermische zonnecollector. In de professionele technische praktijk worden twee reguliere technologieën overwogen: vlakke plaatcollectoren en vacuümbuiscollectoren.
1. Vacuümbuiscollector (ETC)
Vacuümbuistechnologie speelt een sleutelrol in SAW-systemen vanwege de uitstekende isolatieprestaties.
Principevoordeel: geëvacueerde buizen maken gebruik van een hoogvacuümlaag tussen de buizen om het warmteverlies door convectie en geleiding aanzienlijk te verminderen. Dit betekent dat zelfs bij lage omgevingstemperaturen of lage zonnestraling (zoals op bewolkte dagen of in de winter) ETC's een hoge opvangefficiëntie kunnen behouden en het water tot een hoger niveau kunnen verwarmen.
Toepasbare scenario's: Vanwege de uitstekende warmteopvangprestaties bij lage temperaturen is het vacuümbuistype bijzonder geschikt voor Noord-China, koude klimaten en commerciële toepassingen die hogere uitlaatwatertemperaturen vereisen. Het zorgt efficiënter voor voorverwarming op hoge temperatuur voor luchtwarmtepompen, waardoor de werklast van de warmtepomp aanzienlijk wordt verminderd, waardoor de seizoensprestatiefactor (SPF) van het systeem in de winter wordt verbeterd.
Technische overwegingen: Moderne vacuümbuiscollectoren maken vaak gebruik van heatpipe-technologie, waardoor waterloze werking en indirecte warmte-uitwisseling mogelijk zijn. Dit vereenvoudigt de vorstbescherming en verbetert de systeembetrouwbaarheid.
2. Platte plaatcollector (FPC)
Vlakke plaatcollectoren hebben in sommige projecten de voorkeur vanwege hun robuuste structuur en thermische stabiliteit.
Structurele kenmerken: De FPC bestaat uit een warmte-absorberende plaat, een transparante afdekking en een isolatielaag. De compacte structuur maakt het gemakkelijk te integreren in gebouwen (BIPV, Building Integrated Photovoltaics/Thermal).
Prestatieoverwegingen: Vlakke plaatcollectoren bieden uitstekende onmiddellijke efficiëntie bij hoge instraling en omgevingstemperaturen. Ze ervaren echter een groter warmteverlies in vergelijking met vacuümbuizen bij grote temperatuurschommelingen.
Toepassingsscenario's: Vlakke plaatcollectoren zijn meer geschikt voor Zuid-China, gebieden met het hele jaar door overvloedige zonneschijn, of als goedkope, grootschalige systeemintegratieoplossing.
Professionele integratie: In waterverwarmers op zonne-energie dienen vlakke plaatcollectoren vaak als voorverwarmingsbron voor de verdamper van de warmtepomp. Het warme water op middelhoge en lage temperatuur dat ze genereren, verhoogt de verdampingstemperatuur en optimaliseert de COP (Coefficient of Performance) van de warmtepomp.
Ontwerp van warmtepompverdamper: bijpassende en efficiënte warmte-uitwisseling
In een waterverwarmingssysteem op zonne-energie is de kern van de warmtepomp de verdamper, die laagwaardige warmte-energie uit de omgeving absorbeert. Om aan de eisen van een complex systeem te voldoen, moet de verdamper voldoen aan een hoge efficiëntie van de warmtewisseling en aanpasbaarheid in meerdere modi.
1. Buis-in-buis/shell-and-tube-verdamper
Dit type verdamper wordt doorgaans gebruikt in toepassingen waarbij sprake is van directe of indirecte warmte-uitwisseling tussen water en koelmiddel.
Functionele positionering: In de standaard lucht-warmtepompmodus (ASHP) absorbeert de verdamper warmte uit de lucht. In de zonne-hybridemodus kan de verdamper echter worden ontworpen als een multifunctionele warmtewisselaar.
Gespecialiseerde toepassing: Sommige geavanceerde Solar Air Source-systemen gebruiken een tussenmedium (zoals antivries of circulerend water) dat eerst wordt verwarmd door zonnecollectoren en vervolgens naar de verdamper wordt overgebracht om het koelmiddel aan te vullen. Dit ontwerp vereist dat de verdamper een uitstekende stromingsweerstand en warmteoverdrachtscoëfficiënt heeft.
2. Verdamper met lamellenbuis
Deze verdamper wordt gebruikt in standaard buitenunits met luchtwarmtepompen en absorbeert warmte rechtstreeks uit de omgevingslucht.
Kernfunctie: Tijdens perioden buiten het seizoen of bij verwarming vertrouwt het systeem voornamelijk op de lamellenverdamper om luchtwarmte te absorberen.
Overwegingen bij ontdooien: In omgevingen met lage temperaturen en hoge luchtvochtigheid worden verdampers met lamellenbuizen geconfronteerd met het probleem van bevriezing. Professionele Solar Air Source-systemen gebruiken overtollige warmte van zonnecollectoren, zelfs als ontdooiwarmtebron, waardoor de ontdooi-efficiëntie wordt verbeterd en het energieverbruik bij ontdooien en de uitvaltijd van de warmtepomp worden verminderd.
Gecombineerde systeemintegratie en optimalisatie
De expertise van de Solar Air Source Water Heater ligt in de geoptimaliseerde regellogica en thermodynamische cyclus tussen de collector en de verdamper.
Energiesynergie: Het systeem maakt gebruik van een intelligent temperatuurregelalgoritme om nauwkeurig te bepalen wanneer voorverwarming door zonne-energie moet worden gebruikt (om de watertanktemperatuur of de verdampingstemperatuur van de warmtepomp te verhogen) en wanneer moet worden overgeschakeld naar de pure warmtepompmodus. Deze dynamische schakeling zorgt voor prioriteit van zonne-energie en maximaliseert het gebruik van hernieuwbare energie.
Prestatieverbetering: De door de collector geleverde voorverwarmingsenergie verhoogt de zuigdruk van de warmtepompcompressor aanzienlijk en verlaagt de compressieverhouding, waardoor de COP van het systeem in de gecombineerde modus veel hoger wordt dan die van een warmtepomp met pure luchtbron, waardoor het marginale voordeel van energie wordt gemaximaliseerd.
