Специалисты компании GlobHeat разработали воздушную теплонасосную установку и произвели опытный образец с наружным блоком антиобледенительной системы Movebit. Данная технология заключается в особом способе удалении льда с наружного блока теплового насоса путем применения ультразвукового излучения, что является решением главной проблемы потери энергоэффективности всех воздушных теплонасосов, представленных на рынке.
Испытания проводились в максимально реальных условиях использования теплонасосных установок – без лабораторных стабилизаторов электроэнергии, т.е. при нестабильном напряжении энергосетей. Длительность испытаний — 3 месяца в самый холодный и влажный период года (от 80 до 96% влажности) с декабря 2021 по февраль 2022 в реальных условиях при перепадах температуры воздуха от +5 до -21оС. Воздушная тепловая установка GlobHeat производила отопление лаборатории площадью 50 кв.м.
В результате испытаний испытуемый образец показал две основных тенденции:
- При минимальной температуре в -20 оС теплопроизводительность составила 1595Вт, при максимальной в +5оС – 2130Вт.
- При этом активная мощность (мощность потребляемая компрессором) при минимальной и максимальной температурах составила 308Вт и 336Вт соответственно.
Более подробные показатели приведены в таблице.
Результаты испытаний теплонаcосной установки при различных температурах наружного воздуха в испарительном контуре
| № п/п | Измеряемые величины | Ед/из | 10 | 5 | 0 | -5 | -10 | -15 | -20 |
| 1 | Низкое давление | bar | 4,4 | 3,08 | 2,9 | 2,21 | 1,82 | 1,66 | 1,39 |
| 2 | Температура жидкости | °C | -11,6 | -19,3 | -20,5 | -25,6 | -28,8 | -30,2 | -32,7 |
| 3 | Темпер. газового трубопровода | °C | -3,4 | -10,8 | -11,8 | -21,6 | -24,3 | -26,7 | -28,4 |
| 4 | Перегрев | K | 8,2 | 8,5 | 8,7 | 4 | 4,6 | 3,5 | 4,3 |
| 5 | Температура воздуха перед испарителем | °C | 9,2 | 5,4 | 0,8 | -4,9 | -9,3 | -17,1 | -20,2 |
| 6 | Температура воздуха после испарителем | °C | 1,9 | -3,4 | -6,5 | -12,8 | -12,3 | -20,5 | -21 |
| 7 | Высокое давление | bar | 13,95 | 13,5 | 13,48 | 13,17 | 12,49 | 12,49 | 12,42 |
| 8 | Температура газа | °C | 21,2 | 20,1 | 20 | 19,2 | 17,5 | 17,5 | 17,3 |
| 9 | Темпер. жидкостного трубопровода | °C | 18,8 | 15,7 | 15,6 | 13 | 11,4 | 10,8 | 10,7 |
| 10 | Переохлаждение | K | 2,4 | 4,4 | 4,4 | 6,2 | 6,1 | 6,7 | 6,6 |
| 11 | Температура воздуха перед конденсатором | °C | 8,6 | 8,7 | 9 | 9,4 | 7,8 | 8,5 | 8,6 |
| 12 | Температура воздуха после конденсатором | °C | 18,9 | 18,2 | 18,3 | 17,6 | 16,3 | 15,9 | 15,7 |
| 13 | Температура хладагента после компрессора | °C | 32,9 | 49,7 | 51,9 | 67,4 | 67,4 | 68,2 | 68,5 |
| 14 | влажность внутри помещения | % | 43,7 | 41,2 | 41,4 | 41,6 | 43 | 42 | 41,6 |
| 15 | Скорость воздушного потока после конденсатора | m/c | 14,6 | 15,0 | 15,0 | 14,8 | 14,9 | 14,8 | 15,0 |
| 16 | COS Ф | 0,75 | 0,52 | 0,54 | 0,4 | 0,48 | 0,37 | 0,46 | |
| 17 | Активная мощность, Р | Вт | 363,1 | 336 | 347 | 276 | 305 | 238 | 308 |
| 18 | Теплопроизводительность | Вт | 2251 | 2130 | 2085 | 1816 | 1894 | 1633 | 1595 |
| 19 | COP | 6,2 | 6,34 | 6,01 | 6,58 | 6,21 | 6,86 | 5,18 | |
Как видно из таблицы результатов испытаний, при понижении температуры от +5 до -25 оС теплопроизводительность сократилась соответственно с 2130Вт до 1711Вт, однако среднее значение коэффициентов COP находится в пределах 6,2 и не меняется с понижением наружной температуры.
Произведен также расчет коэффициента преобразования холодильного процесса на диаграмме logP-i для хладагента R-410а в рассмотренном диапазоне температур. Давление хладагента, Бар, удельная энтальпия, кДж/кг.
На рис.1-3 представлена диаграмма холодильного цикла при температуре -20 , 0 и +10. По результатам, представленным на диаграммах, рассчитаны холодопроизводительность установки, теплопроизводительность в кДж/кг хладагента, холодильный коэффициент и коэффициент трансформации (СОР).
Как видно на рисунках, конденсатор работает в основном при одинаковом высоком давлении (12-14 Бар), независимо от температуры воздуха во время испытания. Давление на испарительном блоке (область низкого давления) повышается с увеличением температуры от 1,5 до 4,5 Бар. Соответственно уменьшается теоретическая работа холодильного цикла с 68 до 32 кДж/кг, что приводит к повышению коэффициента трансформации с 2,98 до 7,37.
В результате испытаний воздушной теплонасосной установки GlobHeat доказано, что при применении антиобледенительной системы Movebit изменение температуры воздуха не оказывало существенного влияния на энергоэффективность испытуемого оборудования. Удаление наледи путем использования технологии MoveBit позволяет получать при отрицательных температурах устойчиво высокие значения отопительного коэффициента, которые соответствуют работе тепловых насосов при положительных температурах окружающей среды.
При рассмотрении теплонасосной установки GlobHeat можно оперировать реальными показателями COP – 4-6, обращая внимание на то, что они будут постоянными вне зависимости от условий окружающей среды. В это же время в мире, при работе с теплонасосными установками, принято озвучивать средний COP за определенный период времени при изменении температуры. Стоит отметить, что если основное количество времени условия внешней среды будут благоприятными для образования наледи, то показатели COP будут резко падать. Чего не происходит с установками с антиобледенительной системой MoveBit, где энергоэффективность остается в озвученном пределе.
Таким образом, теплонасосная установка GlobHeat превосходит по фактическим показателям COP воздушные тепловые насосы, представленные на мировом рынке, а также данный воздушный тепловой насос способен эффективно конкурировать с геотремальными тепловыми насосами, имея преимущество экологичности и простоты установки оборудования.
Также одним из ключевых моментов является то, что испытуемое оборудование может быть интегрировано в практически любую уже имеющуюся систему вентиляционного отопления, что значительно снижает затраты на установку данного оборудования. На сегодняшний момент технологиями компании GlobHeat заинтересованы инвесторы и государственные фонды из Эстонии, Австрии, Финляндии и США.
В ближайшей перспективе тестирование и внедрение антиобледенительной системы Movebit в воздухоохладительных системах в пищевой промышленности, что позволит исключить необходимость дорогостоящего и трудозатратного избавления от наледи, путем оттаивания воздухоохладительного оборудования.
Российско-Сербское СП GlobHeat LLC
globheat.com
