Високотемпературний тепловий насос із технологією EVI

Під час проектування теплонасосної установки часто необхідно підібрати тепловий насос для опалювальної системи з високотемпературним графіком, наприклад, 60/45 °С. Можливість одержання високих температур дозволило б розширити сферу застосування теплових насосів. Особливо це актуально для теплових насосів типу повітря-вода, оскільки вони схильні до впливу температурних коливань навколишнього повітря. Для вирішення такого завдання застосовують тепловий насос з технологією EVI.

Більшість теплових насосів здатна досягти різниці температури між низькопотенційним джерелом тепла та подачею в систему опалення не більше ніж на 60 °С. Це означає, що при температурі навколишнього повітря -15 °С максимальна температура подачі не перевищує 45 °С для повітряного теплового насоса. І хоча для низькотемпературної системи цього опалення достатньо, то для нагрівання гарячої води вже мало.

Проблема полягає в тому, що температура пароподібного холодоагенту компресору під час стиснення не може перевищувати 135 °С. У протилежному випадку масло, що додається в контур холодоагенту, починає коксуватися. Це призведе до виходу з експлуатації компресора теплового насоса.

Графік зміни тиску та ентальпії для стандартного повітряного теплового насоса

На діаграмі зміни тиску та ентальпії (змісту енергії) видно, що максимальна температура в систему опалення не може бути більшою за 45 °С у разі якщо повітряний тепловий насос працює при температурі навколишнього середовища -15 °С.

Для вирішення цього завдання було прийнято просте, але водночас дуже ефективне рішення. У контурі робочої рідини було додано додатковий теплообмінник і розширювальний клапан (ТРВ).

Тепловий насос з технологією EVI

Частина холодоагенту (від 10 до 25%) після конденсатора відбирається на додатковий клапан ТРВ. У клапані робоча рідина розширюється, а потім подається на додатковий теплообмінник. Цей теплообмінник служить випарником для цієї кількості холодоагенту. Після, низькотемпературна пара впорскується безпосередньо в компресор. Для цього компресор високотемпературного теплового насоса оснащують ще одним входом. Такі компресори називають компресорами з проміжним вприскуванням пари «EVI» (intermediate vapour injection). Цей процес відбувається під час другої третини стиснення пароподібного холодоагенту.

Компресор з технологією EVI з проміжним вприскуванням пари

Джерелом тепла в додатковому теплообміннику є холодоагент, що залишився, що подається на основний клапан ТРВ. Це також дає свій позитивний ефект. Основний потік холодоагенту переохолоджується на 8-12 °С і потрапляє у випарник з меншою температурою. Це дозволяє поглинути більшу кількість природного тепла.

Залежність тиску та ентальпії для теплового насоса з технологією EVI з проміжним вприскуванням пари

Завдяки цим процесам відбувається «зміщення» температури, показане на діаграмі. Тим самим є можливість стискати пару більше в компресорі, досягаючи необхідного показника тиску і не перевищуючи максимальну температуру 135 °С.

Незважаючи на застосування технології EVI домогтися температури подачі в систему теплопостачання вище 65 ° С не надається можливим у теплових насосах даної конструкції. Максимальний тиск холодоагенту має бути таким, щоб у момент початку конденсації робоча рідина не перевищила значення температури більшої, ніж критична точка. Наприклад, для хладагента R410A, що часто використовується, ця точка дорівнює 67 °С. В іншому випадку, холодоагент перейде в нестабільний стан і не зможе «правильно» сконденсуватися.

Окрім підвищення максимальної температури, технологія EVI значно покращує ефективність теплового насосу.

На графіці нижче показана різниця в ефективності теплового насоса оснащеного технологією проміжного вприскування пари та звичайного теплового насоса. Завдяки цій властивості компресори з технологією EVI також встановлюються в теплових насосах грунт-вода і вода-вода.

Порівняння COP теплових насосів

Під час проектування системи теплопостачання із застосуванням теплового насоса слід віддавати перевагу низькотемпературним опалювальним графікам. Таким вимогам відповідають системи теплих підлог, теплих/холодних стін, фанкойли тощо. Однак у разі необхідності отримання більш високих температур і для забезпечення ГВП слід застосовувати високотемпературні теплові насоси з технологією EVI.