Nová řada tepelných čerpadel Carrier 30RQM/30RQP s patentovaným odtáváním
Tak jako stará moudrost říká, že šetřit by měl člověk v době kdy nejvíce vydělává, tak přemýšlet o vytápění či tepelném čerpadle by měl v letním období. V tomto duchu přináším námět na přemýšlení o tématice chlazení i vytápění tepelným čerpadlem.
V letošním roce společnost Carrier nahradila řadu jednotek 30RB/RQ jednotkami řady 30RBM/30RBP a řadou tepelných čerpadel 30RQM/30RQP. Co nového přinášejí jednotky řady 30RQM/30RQP? Důraz při konstrukci jednotek byl hlavně vyvolán požadavky na snižování energetické náročnosti provozu chlazení i vytápění tepelným čerpadlem. Řada 30RBM/30RBP jsou kompaktní chladiče kapaliny se vzduchem chlazeným kondenzátorem s výkonem od 160 do 520 kW, zatímco jednotky 30RQM/30RQP umožňují kromě režimu chlazení i provoz v režimu tepelného čerpadla.
Jednotky řady 30RQM/30RQP byly navrženy tak aby splňovaly s rezervou současné legislativní požadavky na zdroje chladu či tepla včetně v budoucnu zaváděných požadavků co se týče provozní účinnosti, typu chladiva a hluku jednotek. Hlavní zbraní v tomto boji je použití frekvenčně řízených čerpadel u obou řad, frekvenčně řízené všechny ventilátory kondenzátoru u jednotek 30RQP, použití nových řídicích systémů a využití tzv. free defrostu u obou řad jednotek.
Výhody použití frekvenčně řízených čerpadel oproti fixním oběhovým čerpadlům
- První výhodou je možnost provozu jednotky s proměnlivým průtokem. Vzhledem k použití dvoucestných regulačních ventilů na odběrných zařízeních dochází k uzavírání jednotlivých okruhů. Dle zásady „kde nechladím či netopím, tak tam nepřivádím chladicí či topné medium“ dochází k uzavírání jednotlivých větví a tím k proměnlivému průtoku. Čerpadlo s proměnlivým průtokem na toto reaguje snížením průtoku čerpadla a tím snížením jeho příkonu. U jednotek 30RQM/30RQP je možná volba jak požadovaného konstantního průtoku, tak volba konstantního tlakového spádu či teplotního spádu.
- Vzhledem ke snižování průtoku, dochází ke snižování příkonu čerpadla. A jak nás to učili ve škole, že příkon roste se čtvercem průtoku, tak i zde v reálu funguje, že úspora příkonu roste se čtvercem redukce průtoku. Při použití fixního čerpadla je nutné pro zaregulování část energie, či tlakové diference „zmařit“ na regulačním ventilu, zatímco u čerpadla s proměnlivým průtokem již nastavení nominálního průtoku přináší úsporu na příkonu čerpadla. Při snížení průtoku na minimální hodnotu dochází až k úspoře na provozu čerpadla ve výši 78 %.
- Další výhodou použití systému s proměnlivým průtokem je eliminace regulačního ventilu a v neposlední řadě vzhledem k použití elektronického měření dispozičního tlaku a průtoku vidí servisní technik či uživatel konkrétní hodnotu průtoku jednotkou.
Body bivalence
Při vlastním návrhu jednotek byla samozřejmě věnována pozornost účinnosti jednotek při plném výkonu, ale hlavním cílem bylo dosažení co nejlepších parametrů ESEER a SCOP, což jsou nově zavedené parametry pro hodnocení celosezónní účinnosti jak v režimu chlazení (ESEER – European Seasonal Energy Efficient Ratio), tak v režimu vytápění (SCOP – Seasonal Coefficient Of Performance). Tyto hodnoty reálněji ukazují provozovateli celoroční spotřebu pro jednotlivé režimy a jsou součástí hodnocení Ecodesign a energetických štítků. Tato metodika používá tři klimatická pásma a pro výpočet je použito střední klimatické pásmo – Strasbourg s minimální výpočtovou teplotou −10 °C, což jsou klimatické podmínky podobné naší realitě (dále je zde teplejší klima – výpočtová teplota +2 °C a studenější −22 °C). Výpočetní metodika je poměrně komplikovaná, ale dává reálný obraz spotřeby elektrické energie jak pro provoz vlastního tepelného čerpadla, tak pro např. elektrický dotop pod bodem bivalence. Jednotlivě pro 26 hodnot okolního vzduchu je pak stanovena ztráta objektu, příkon tepelného čerpadla a příkon pomocného dotopu pro teploty pod −6 °C – bod bivalence. Vážený průměrem (tj. s vyšší váhou parametrů s větší dobou výskytu) je pak spočtena hodnota SCOP – celosezónní topný faktor.
Výpočet SCOP
Pro lepší představu přikládám i grafický průběh okolních teplot této metodiky. Je zde vidět, že průběh teplot v topném období je našim podmínkám poměrně blízký, a tudíž nám bude dávat reálnější hodnoty pro provoz tepelného čerpadla v našich aplikacích.
Pokud jste dočetli až na tuto poslední část článku, tak zde bych se chtěl zaměřit na způsob odtávání, který je nově u této řady použit. Jedná se o tzv. free defrost – volné odtávání.
V čem spočívá princip free defrost?
Většina tepelných čerpadel pro odtávání využívá reverzaci cyklu, kdy 4cestným ventilem je zvolen režim chlazení a při deaktivovaných ventilátorech výměníku dojde k odtátí námrazy. U jednotek 30RQM/RQP je dále při nadnulových teplotách využit patentovaný způsob odtávání vzduchem.
Při klasickém způsobu odtávání tak dochází:
- k přestavění 4cestného ventilu s následným hlukem a vibracemi jednotky
- ke snížení teploty topné vody a tím ke snížení komfortu
- k běhu kompresoru/ů – a tím spotřebě elektrické energie. Dalším faktorem je zvýšení počtu startů kompresoru a tím jeho zátěž včetně hlukové zátěže okolí
K namrzání výměníku venkovního vzduchu dochází již při nadnulových teplotách – od cca +5 až +7 °C dle návrhu jednotky, zátěži, relativní vlhkosti vzduchu a mnoha dalších parametrech. Při teplotách okolního vzduchu nad cca +2 °C tak je možné provést odtávání bez chodu kompresoru, pouze během ventilátorů. Dochází tak k výrazné úspoře příkonu jednotky a zároveň není topná voda ochlazována chodem kompresorů. Výsledky testů ukázaly až 12% zvýšení hodnoty SCOP při použití tohoto způsobu odtávání.
Na levé části vidíme rozdíl v dosažené hodnotě SCOP a na pravé straně je průběh teploty topné vody při odtáváníJe toto číslo reálné nebo se jedná pouze o laboratorně dosaženou hodnotu, která v reálném provozu není dosažitelná? Na základě své praxe (jak topenářské, tak s provozem tepelných čerpadel) jsem si položil tuto otázku. Průměrné teploty v topném období se v České republice pohybují mezi +3 až +4 °C (České Budějovice – +3,4 °C, Praha – +4,0 °C, Brno – +3,6 °C), což potvrzuje i graf teplot pro střední klimatické pásmo – viz výše. Zde je vidět, že je hodinově nejvyšší výskyt teplot mezi +3 až +4°C. Při možnosti aktivace free defrostu od cca +2,5 °C a výše se pak z tabulky dat pro výpočet hodnoty SCOP – viz výše – dostáváme k možnosti použití tohoto způsobu odtávání v 1.506 hodinách z celkové doby pro odtávání 2 872 hodin (provoz odtávání jsem uvažoval pod +6 °C okolního vzduchu). Z těchto čísel nám pak vychází, že free defrost je použitelný v 52,4 % tohoto režimu, což je poměrně vysoká hodnota, která mne samotného překvapila a přesvědčila o smysluplnosti tohoto řešení. Pokud si dále uvědomíme, že při okolních teplotách +2,5 až +6 °C je jednotka výrazně pod bodem bivalence (v této metodice uvažováno −6 °C), tak je zde výkonová, a tím časová rezerva pro tento způsob odtávání.
Provozní limityDalším benefitem nových jednotek je inovovaný řídicí systém s dotykovým displejem a možností napojení na web prohlížeč, možnost funkce tzv. černé skříňky kdy jsou do paměti uložena data předcházející poruše jednotky, což výrazně pomůže servisním technikům identifikovat příčinu poruchy. Dále u jednotek 30RQP plynulé řízení všech ventilátorů což hlavně v částečných zátěžích či v nočním provozu umožňuje velmi razantně (až 10 i více dB(A)) snižovat hlukovou zátěž do okolí, rozšíření provozních limitů, ale to bych již článkem zaplnil celý časopis a čtenáře, kteří dočetli až sem, bych přespříliš zahltil.
Tudíž pro další informace či technická data, která je výpočetní software schopen nabídnout kontaktujte obchodní a servisní kancelář firmy AHI Carrier CZ.
Společnost AHI Carrier je součástí koncernu UTC CCS Carrier HVAC Europe, která zabývá se výrobou, dodávkami, pronájmem a servisem chladicí, klimatizační a tepelné techniky pro nejrůznější aplikace.