Sprężarki w technologii EVI dla rozszerzonego zakresu pracy pompy ciepła

Pompa ciepła nisko-, średnio-, czy wysokotemperaturowa? 

Maksymalna temperatura zasilania dla większości pomp ciepła przeznaczonych do ogrzewania budynku i podgrzewania wody użytkowej, wynosi 50÷55°C (samodzielnie bez wspomagania pracą podgrzewacza elektrycznego). Według rozporządzenia KE 811/2013 pompa ciepła średniotemperaturowa przy swojej deklarowanej mocy grzewczej musi zapewnić temperaturę zasilania 55°C. Niektóre pompy ciepła określa się niskotemperaturowymi, gdy temperatura zasilania dla deklarowanej wydajności wynosi 35°C. Zazwyczaj osiągają one maks. temperaturę zasilania nieco powyżej 50°C, tak aby zapewnić także podgrzewanie wody użytkowej.
Należałoby jeszcze wyróżnić pompy ciepła wysokotemperaturowe, które pozwalają na osiąganie podwyższonych wartości temperatury zasilania na poziomie 65°C. Dzięki temu można je stosować także w budynkach modernizowanych, a dodatkowo uzyskiwać wyższy poziom komfortu wody użytkowej.

Sprężarka – „serce” pompy ciepła

Sprężarka jest często uznawana za główny podzespół („serce”) pompy ciepła. Jest to w pełni uzasadnione rolą, jaką spełnia ona w obiegu chłodniczym i znaczeniem dla możliwości użytkowych (zakres temperatury pracy i regulacji mocy grzewczej) oraz znaczeniem dla uzyskiwanej przez pompę ciepła efektywności energetycznej. Często niezawodność i trwałość pompy ciepła postrzega się przez pryzmat zastosowanej w niej sprężarki. Producenci podkreślają długość trwania gwarancji na sprężarkę, która może wynosić nawet 10 lat, jak w przypadku sprężarek w pompach ciepła Vaillant flexoTHERM i flexoCOMPACT.

 

Sprężarka dla wysokotemperaturowych pomp ciepła

Aby osiągnąć podwyższoną temperaturę zasilania, pompa ciepła musi być wyposażona w sprężarkę specjalnej konstrukcji. Przykładem jest sprężarka spiralna (Scroll) firmy CopelandTM, w której zmodyfikowano obieg czynnika chłodniczego. Technologia EVI pozwala uzyskiwać zwiększone ciśnienie czynnika na wyjściu ze sprężarki. Wyższe ciśnienie skraplania i większa ilość czynnika w skraplaczu pozwala osiągać wyższą wydajność grzewczą i temperaturę przemiany. W efekcie woda grzewcza odbierająca ciepło w skraplaczu może osiągać podwyższoną temperaturę: do 65°C.

Budowa pompy ciepła ze sprężarką w technologii Scroll EVI

Czynnik chłodniczy (R410a) odbiera ciepło z dolnego źródła ciepła (solanki) w parowniku (1). Przez zawór 4-drogowy (2) dociera do sprężarki (3). Po podniesieniu ciśnienia i temperatury czynnik trafia do skraplacza (4), gdzie oddaje ciepło do wody grzewczej. Zawór rozprężny (5) powoduje obniżenie temperatury i ciśnienia, a czynnik w stanie ciekłym ponownie trafia do parownika (1).

Różnicą w budowie pompy ciepła ze sprężarką korzystającą z technologii Scroll EVI, jest zastosowanie dodatkowego zaworu rozprężnego (6), który część czynnika chłodniczego kieruje do dodatkowego elementu obiegu – wymiennika ciepła (7). Następuje w nim odparowanie czynnika, który zostaje następnie wprowadzony do sprężarki (3). Ten proces nosi nazwę EVI – Enhanced Vapor Injection (tłum. zoptymalizowany wtrysk par).

Praca pompy ciepła ze sprężarką Scroll EVI (wykres ciśnienie – entalpia)

Odbiór ciepła np. z solanki następuje w parowniku (1), a oddawanie ciepła do instalacji w skraplaczu (3). W sprężarce typu EVI (2) część skroplonego czynnika dopływa przez dodatkowy zawór rozprężający (5), gdzie w dodatkowym wymienniku ciepła (6) przy obniżonym ciśnieniu uprzednio odparowuje. Następnie para jest wtryskiwana do strefy średniego ciśnienia sprężarki. Dzięki temu przy stałym ciśnieniu zostaje obniżona temperatura par czynnika w sprężarce, co pozwala na zwiększenie ciśnienia par czynnika na wyjściu.

Temperatura pracy sprężarki jest zwykle ograniczona do maks. 125°C i osiągnięcie ciśnienia końcowego na poziomie 30 bar (jak dla cyklu EVI) wymagałoby większego nakładu pracy standardowej sprężarki. Końcowa temperatura 150°C zagrażałaby dodatkowo trwałości sprężarki, w szczególności trwałości oleju smarującego zawartego w czynniku chłodniczym. W sprężarce z cyklem EVI końcowa temperatura czynnika wynosi maksymalnie ok. 125°C.

Pole pracy (tzw. koperta pracy) sprężarki wskazuje, jakie mogą zostać osiągane wartości temperatury wody grzewczej (temperatura skraplania) przy danej temperaturze w parowniku (dolne źródło ciepła: powietrze, solanka, itd.). Znacznie szersze pole pracy sprężarki z technologią Scroll EVI zapewnia utrzymanie temperatury zasilania do 65°C (punkt A) nawet przy temperaturze dolnego źródła (powietrze) -15°C. Przykładowo wymagana temperatura zasilania 55°C (punkt B) przy -15°C nie będzie mogła być osiągana przez „standardową” pompę ciepła. Dla pompy ciepła ze sprężarką Scroll EVI punkt ten mieści się jeszcze w polu pracy. Wyższa temperatura zasilania pozwala na samodzielną pracę pompy ciepła do niższej temperatury zewnętrznej. Tak zwany punkt biwalencyjny ulegnie przesunięciu i w instalacji hybrydowej czas pracy kotła grzewczego ulegnie skróceniu.

Efektywność pompy ciepła ze sprężarką typu Scroll EVI

Pompy ciepła Vaillant flexoTHERM/flexoCOMPACT osiągają wysoką efektywność energetyczną. Także w wariancie powietrze/woda mają klasę efektywności A++, a w połączeniu z zaawansowanym regulatorem multiMATIC, nawet najwyższą klasę A+++ (w zależności od wydajności grzewczej).

Pompa ciepła ze sprężarką Scroll EVI cechuje się szczególnie wysoką efektywnością pracy. Efektywność COP = 4,22 należy do jednej z najwyższych w rankingu 927 pomp ciepła typu powietrze/woda, wykonanego na podstawie listy BAFA (→ IR 4/2015).

Przegląd cech (zalety i wady) sprężarek z technologią Scroll EVI (według źródła: „Sprężarki spiralne z wtryskiem par. Propozycja Copeland dla nowoczesnych pomp ciepła”. A.Głowala, Technika chłodnicza i klimatyzacyjna, 1/2007 )

ZALETY :

• większa wydajność chłodnicza (minimum o 25%) oraz wyższa sprawność (minimum o 10%), szczególnie przy wyższych stosunkach ciśnień, w porównaniu z rozwiązaniem standardowym;

• mniejsze rozmiary sprężarki dla uzyskania tej samej wydajności grzewczej: mniejszy koszt, waga, hałas oraz wibracje;

• mniejsze średnice rurociągu cieczowego do parownika głównego: mniejsza ilość czynnika chłodniczego w obiegu (ważne, dla tzw. ustawy f-gazowej);

• raczej niezmienna wydajność przy zmieniającej się temperaturze parowania: stałe parametry pracy;

• najszersza tzw. koperta pracy: największe możliwości zastosowania;

• możliwość regulacji wydajności za pomocą wtrysku par: alternatywa dla silników dwubiegowych czy przetwornic częstotliwości;

• wtrysk par zabezpiecza sprężarkę przed zbyt wysokimi temperaturami po stronie tłocznej.

WADY :

• dodatkowe elementy chłodnicze: płytowy wymiennik ciepła, zawór rozprężny, zawór elektromagnetyczny.

Bezpłatna prenumerata