Д-р инж. Иван Димчев коментира реални данни за енергийната ефективност на термопомпени въздухообработващи камери
В предходния материал от рубриката на Инженер.bg, посветена на енергийната ефективност, Ви запознахме с принципите на работа и предимствата на въздухообработващите камери (ВОК) с двустепенно оползотворяване на топлината. Сега, заедно с д-р инж. Иван Димчев, преподавател, изследовател и управител на Димчев Дизайн, ще надникнем към практическата страна на въпроса. Какво показват реалните данни? Колко енергия се спестява в сравнение с конвенционалните решения? Отговорите се основават на сравнение, направено чрез проведен експеримент със съоръжения с идентична мощност и реални експериментални данни, предоставени от д-р инж. Иван Димчев.
Преди да преминем към самите резултати, нека си припомним какво стои зад тази технология. Въздухообработващите камери с двустепенно оползотворяване на топлината на отработения въздух намират все по-широко приложение както в България, така и в други европейски страни. Най-често те представляват комбинация от пасивна система за възстановяване на отпадната топлина, реализирана чрез рекуперативен или регенеративен топлообменен апарат, и активна система – термопомпа, вградена в самата климатична камера.
Интегрираната термопомпа от типа „въздух-въздух“ може да бъде с класическо включване/изключване (on/off) или с честотно управление на компресора, а най-често използваните хладилни агенти в производствени условия и в изследователски прототипи са R410A, R407C, R404A, R507, R134a и R32. „Съществено предизвикателство за индустрията е преминаването към хладилни агенти с нисък потенциал на глобално затопляне (GWP), както и внедряването на естествени хладилни агенти, като въглероден диоксид (R744)“, коментира д-р инж. Иван Димчев пред Инженер.bg.
Широкото разпространение на този тип съоръжения в България, както и в Централна, и особено Северна Европа, се дължи на редица предимства, които този тип съоръжения имат спрямо конвенционалните решения. А именно това са:
- Висока енергийна ефективност в режим на отопление;
- Работа без значителна загуба на топлинна мощност при температура на външния въздух до -20 ⁰C.
„За конвенционално решение може да се приеме комбинацията от рекуперативен блок и канален вентилаторен конвектор, свързан към външно тяло“, обясни д-р инж. Иван Димчев. На снимката е представено сравнение между двете конфигурации - въздухообработваща камера с вградена термопомпа и със секция на директно изпарение и изнесен компресорно-кондензаторен блок.
Д-р инж. Димчев поясни: „Към момента на пазара масово се предлагат съоръжения, работещи с R410A и R407C. Коефициентите на преобразуване, с които работят вградените термопомпи, са в диапазона от COPHP от 2.92 до 5.70 в режим на отопление и от COPHP,R от 2.59 до 4.40 в режим охлаждане“.
Не само коефициентите на преобразуване при определени температури на външния въздух са определящи параметри, въз основа на които могат да бъдат сравнени двете конфигурации, но и сезонният коефициент на преобразуване в режим на отопление SCOP, познат също и като SPF (Seasonal Performance Factor), както и съответно годишният коефициент на преобразуване (APF). APF включва работата на съоръжение във всички режими – отопление, охлаждане, вентилация, рециркулация и свободно охлаждане (free cooling).
„Сравнението на двете конфигурации е извършено на базата на реален експеримент. Изследваната ВОК с двустепенно оползотворяване се сравнява с еквивалентно съоръжение с изнесен компресорно-кондензаторен блок, като и двете работят при външни условия“, допълни още инж. Димчев.
По време на експеримента и двете съоръжения използват термопомпа с еднаква мощност, но при съоръжението, използващо външно тяло, отоплителната мощност не е достатъчна, за да поддържа температура на подаване от 24 ⁰C зимно време и поради тази причина е необходимо да се използва допълнителен електрически нагревател. Използван е рекуперативен топлообменен апарат с ефективност по температура около 65%, термопомпата е с „on/off“ управление на компресора, който работи с хладилен агент R407C.
Резултатите от сравнението показват, че при работа на съоръжението с номинален въздушен дебит от 1500 m³/h и непрекъснат режим 24/7, въздухообработващата камера с двустепенно оползотворяване на топлината използва 5606.4 kWh за вентилатори и автоматика, както и 8210 kWh за компресора. За разлика от нея, еквивалентното съоръжение с изнесен компресорно-кондензаторен блок изразходва същите 5606.4 kWh за вентилатори и автоматика, но компресорът му консумира по-малко – 7041 kWh.
В същото време обаче, при този тип конструкция е необходим допълнителен топлинен източник. Той консумира допълнително 5291 kWh електроенергия. Това води до общ годишен разход на енергия от 13 816 kWh за системата с двустепенно оползотворяване и значително по-голям разход от 17 938 kWh за конвенционалното решение с изнесен блок. И при двете конфигурации общата генерирана топлина възлиза на 57 567 kWh, като годишният коефициент на преобразуване (APF) за въздухообработващата камера с двустепенно оползотворяване е 4.16, докато при системата с изнесен компресорно-кондензаторен блок той е 3.21.
За да се направи цялостна оценка на енергийната ефективност, е необходимо да се разгледа не само годишната консумация, но и как системите се представят в различните условия на работа през отоплителния сезон.
Затова и една от основните характеристики на такъв тип съоръжение, включващо термопомпена система, е неговият сезонен коефициент на преобразуване в режим на отопление (SCOP) в неговата цялост, включително рекуперативния топлообменен апарат и термопомпата.
Представеното от д-р инж. Иван Димчев експериментално сравнение на сезонните коефициенти на преобразуване (SCOP) за двустепенното оползотворяване на топлината и на конвенционалната система показва следното: през отоплителния период от 15 октомври до 23 април (за климатична зона 7, София) системата с вградена термопомпа и рекуперативен топлообменник запазва по-високи SCOP стойности при всички разгледани дебити на нагнетявания въздух. При номинален дебит тя постига сезонен коефициент около 4.0, докато при конвенционалното решение стойността е близо 3.2 – разлика от приблизително 25%. При по-ниски дебити разликата остава сходна, а при изцяло отоплителен режим (когато термопомпата работи при максимален товар) системата с двустепенно оползотворяване достига SCOP близо 4.2 спрямо около 2.85 за отделно разположения компресорно-кондензаторен блок, което е увеличение от около 47.5 %.
В заключение може да се каже, че при работа с номинален дебит в годишен план съоръжението с двустепенно оползотворяване е с до 25% по ефективно от конвенционалното решение и с до 47.5 % при работа само в режим на отопление.
Следете виртуалните страници на Инженер.bg за още полезна информация, свързана с енергийната ефективност, съвременните технологии и добрите практики в проектирането на ОВК системи. За експертна консултация и професионална подкрепа можете да се обърнете към Димчев Дизайн, водеща консултантска компания в областта на отоплителната, вентилационната и климатичната техника.
Източник на снимковия материал: Димчев Дизайн, ©Engineer.BG via Canva.com