Účinnost tepelného čerpadla v zimě

Jednou z nejčastějších otázek je: „jak je možné, že tyto jednotky pracují při tak nízkých teplotách?“. Za to je zodpovědné srdce chladicího systému, kompresor. V tomto případě se jedná o spirálový kompresor s technologií vstřikování s bleskem. Proč byl použit tento typ kompresoru?

Hlavním problémem vzduchových tepelných čerpadel je nízká teplota spodního zdroje tepla v zimě. Standardní jednotky se vyznačují poklesem výkonu až o + 5 °C a při venkovní teplotě -25 °C je k dispozici pouze 55 % jejich jmenovitého topného výkonu.

Je to dáno tím, že vypařovací tlak chladiva při venkovní teplotě -28 °C je 2,9 baru a vypařovací teplota je -30 °C (protože pro získání energie je nutný rozdíl teplot). Při analýze provozu standardní jednotky a jednotky ZUBADAN se jmenovitým výkonem 14 kW je třeba vycházet z levého Lindeho okruhu. Porovnáváme tepelná čerpadla vybavená kompresory ANB33FNCMT a ANB33FJLMT – se vstřikováním. Při výpočtech vycházíme z těchto označení: INV – standard, FNJ – ZUBADAN. Jednotka typu INV má při teplotě okolí +7 °C hmotnostní průtok INV = 245 [kg/h], zatímco při teplotě okolí -28 °C INV = 65 [kg/h]. To je způsobeno změnou hustoty média z 31,6 na 10,6 . Pomocí hodnot entalpie h1, h2, h3,4 můžeme vypočítat výkon, který mají tyto jednotky k dispozici při daných teplotách. Pro +7 °C venku je tedy h1=423 , h2=475, h3.4=265 [kJ/kg].

Topný výkon spotřebiče se získá ze vzorce:

Q=(m x (h2 – h1))/3600 = 14,2kW

Pro venkovní teplotu -28 °C je h1’=417, h2’=510, h3.4’=265 [kJ/kg]. Topný výkon je Q=4,4 [kW]. Jak vidíme, účinnost klesne na 30 %. Při takto extrémně nízkých teplotách se blížíme teplotě vybíjení 120 °C, což je pro olej nebezpečné a může způsobit jeho rozpad. Kromě toho jsou jednotky vybaveny čidly teploty pláště kompresoru, která nedovolují překročení teploty 110 °C.

V případě jednotek ZUBADAN udržuje tato technologie konstantní výkon od +5 °C do -15 °C. Je to proto, že jednotka je vybavena kompresorem s přímým vstřikováním vlhkých par chladiva do spirálové komory. Stupeň suchosti par je regulován elektronickým expanzním ventilem v rozmezí od x=0,2 do x=1. Kromě toho je jednotka vybavena výměníkem typu HIC, kde se chladivo nejprve odpařuje, aby později vstoupilo do kompresní komory. Výsledkem této přeměny je odebrání tepla kapalině protékající výměníkem, tj. snížení její entalpie. Výsledkem je zvýšení chladicího výkonu, tj. schopnosti odvádět teplo z okolí.

Vstřikování mokrých par

U jednotky standardního typu se s poklesem teploty mění hustota chladiva, a tím i hmotnostní tok. Co mi dává vstřikování mokrých par? Vstřikování faktoru tento jev eliminuje a snižuje teplotu výboje, čímž zajišťuje stálý výkon a schopnost provozu při nízkých venkovních teplotách, ale je to tak jednoduché? Ne tak docela… Celé tajemství spočívá v typu vstřikovaného chladiva. Výrobci z bezpečnostních důvodů zavádějí vstřikování suchých par chladiva, kdy x=1, ale pokud se podíváte na graf chladiva R410A, zjistíte, že suché páry mají několik desítekkrát menší hustotu než páry mokré, což v důsledku nemusí stačit ke snížení výstupní teploty. Existují také kompresory se vstřikováním „kapaliny“, kde se do kompresní komory vstřikují vlhké páry se stupněm suchosti x=0,2. Vstřikování těchto par má za následek výrazné snížení výstupní teploty, což může následně vést k situaci, kdy je konečná výstupní teplota mimo rozsah suchého přehřátého provozu a způsobuje pokles teploty přívodu do kondenzátoru.