Низкотемпературные тепловые насосы Thermocold

При проектировании инженерных сетей сегодня все больше внимания уделяется снижению энергозатрат. Приоритет отдается комплексным проектам, в которых используются возобновляемые источники энергии. При этом исключается применение неэффективных материалов и компонентов, тепловые потери сводятся к минимуму, уменьшается количество вредных выбросов. Используется оборудование, обладающее определенной универсальностью, высокой энергоэффективностью и низкой эмиссией СО2, способное стабильно работать в любых погодных условиях. Такое, как многофункциональные агрегаты Thermocold. Производитель выпускает специальные модификации тепловых насосов серии DUO, которые можно эксплуатировать при уличной температуре до -40 °С.

Преимущества и недостатки технологии тепловых насосов

Тепловые насосы, использующиеся для производства горячей воды, имеют ряд преимуществ перед традиционными бойлерами: высокий СОР, возможность применения в местах, куда не подведен газ, универсальность (загрузка зимой и летом), использование суточных тарифов на электроэнергию, работа с возобновляемыми источниками энергии (тепло воздуха, геотермальная энергия), отсутствие открытого огня и специального теплообменника.

Термодинамический каскадный цикл теплового насоса на диаграмме «давление-энтальпия при нагреве зимой»
Рис. 1. Термодинамический каскадный цикл теплового насоса на диаграмме «давление-энтальпия при нагреве зимой»
Однако зимой, при снижении наружной температуры, у обычных тепловых насосов уменьшается теплопроизводительность. Для получения необходимой тепловой мощности приходится использовать переразмеренный агрегат, а это означает увеличение его стоимости. К другим недостаткам традиционных тепловых насосов следует отнести высокие механические нагрузки при большой разнице температур нагрева воды и воздуха на улице, ограничение максимальной температуры нагрева воды, потребность в буферном баке при пиковых нагрузках.

Двухступенчатый многофункциональный агрегат

В традиционном тепловом насосе невозможно получить температуру воды выше 65 °C, для достижения температуры 80 °C теоретически потребуются степень сжатия около 7 и температура газа (R134a) около 140 °C. Вышеприведенные условия невыполнимы на существующих компонентах, а кроме того, проявляются такие отрицательные эффекты, как проблемы смазки, ненормально высокие нагрузки на компрессоры, очень низкая эффективность. Единственное практически осуществимое решение — каскадно разделить температурную разницу. Использование двух циклов с разными фреонами позволяет получить наилучшие показатели в сочетании с широкими возможностями.

На рис. 1 представлен запатентованный каскадный цикл в агрегате DUO компании Thermocold.

Цикл низкого давления работает на фреоне R410А, а высокого — на R134а. При зимнем нагреве с низкими наружными температурами получаются хорошие показатели на фреоне R410А, а R134а отлично подходит для работы при высоких температурах.

Ступени высокого и низкого давлений двухступенчатого цикла имеют степени сжатия от 2.5 до 3.2. Механические нагрузки компрессора прямо пропорциональны степени сжатия. По результатам различных тестирований и испытаний средний ресурс компрессоров при стандартных условиях работы составляет 40 000 часов. Средний ресурс компрессоров в двухступенчатом цикле составляет около 60 000 часов.

Новые возможности

Теплопроизводительность стандартного теплового насоса и чиллера DUO компании Thermocold
Рис. 2. Теплопроизводительность стандартного теплового насоса и чиллера DUO компании Thermocold
Многофункциональный агрегат DUO компании Thermocold обеспечивает отопление зимой, охлаждение летом и получение горячей воды до 80 °C в любое время года. Агрегат имеет постоянную теплопроизводительность при температуре наружного воздуха вплоть до –20 °C (рис. 2).

Таких превосходных показателей удалось достичь благодаря применению передового контроллера. Он управляет комплексом холодильных циклов, используя инверторные технологии, и позволяет задавать различные температуры по горячей воде. Инверторная технология обеспечивает максимальную эффективность, большую, чем у традиционных тепловых насосов. Облегчается пуск агрегата после продолжительного простоя зимой или очень низкой температуры воды.

Для агрегатов DUO разработана и запатентована система оттайки (Digital Defrost System). Этот режим управляется контроллером, минимизируя количество реверсивных циклов в режиме нагрева. Система Digital Defrost саморегулируемая и способна предотвратить обмерзание теплообменника: цикл оттайки включается только в случае реального обмерзания теплообменника. Контроллер, изменяя частоту управления инверторным компрессором в соответствии с наружной температурой, поддерживает температуру испарения выше граничных условий обмерзания. Таким образом уменьшается количество циклов оттайки, которая является негативным явлением, снижая эффективность стандартного теплового насоса.

Четырехтрубная система двухкаскадной системы DUO
Рис. 3. Четырехтрубная система двухкаскадной системы DUO
Для получения наиболее комфортных условий и минимизации энергопотребления система контроля имеет функцию DSP (Dynamic Set Point) — динамическое изменение заданного значения. Эта функция позволяет поддерживать разницу между внутренней и наружной температурами. Многофункциональные агрегаты DUO могут поставляться в версиях моноблок и сплит. Исполнение в виде сплит-системы дает возможность отказаться от использования гликоля, поскольку блок с высоким давлением располагается внутри здания и межблочные соединения выполняются фреоновыми трубами. Четырехтрубная система позволяет обеспечить одновременно нагрев и охлаждение, оптимизируя энергопотребление при непостоянной тепловой нагрузке (рис. 3).

Четырехтрубные тепловые насосы представлены в трех сериях и защищены международными патентами. Модели серии DUO Light на инверторных спиральных компрессорах выполняются в четырех типоразмерах теплопроизводительностью 6–46 кВт. Серия DUO Heavy на спиральных компрессорах имеет теплопроизводительность 53–93 кВт. Теплопроизводительность DUO Power на инверторных винтовых компрессорах составляет 250–420 кВт. Агрегаты DUO Light и DUO Heavy возможны в моноблочном или сплитовом исполнении. В этих агрегатах широко применяются инверторные технологии управления компрессорами, вентиляторами и насосами, которые также значительно снижают пусковые токи.

Официальный дистрибьютор оборудования Thermocold в России — группа компаний «АЯК» (www.jac.ru, www.thermocold-russia.ru).

А. И. Карякин,
технический директор
ГК «АЯК» по промышленному оборудованию