Тепловой насос Cooper&Hunter, DAIKIN и PANASONIC

В тепловых насосах последних поколений благодаря современным технологическим инновациям, применяются технические решения, позволяющие выйти оборудованию, на недостижимый ранее , качественный уровень.

Тепловой насос, приспособленный к работе в холодной среде

Мы собираемся узнать, как работают современные тепловые насосы, использующие новейшие достижения научно-технического прогресса. Как ведет себя техника при температуре – 30 градусов ниже нуля? (согласно заявленным данным от импортеров, приборы работают и при такой температуре). Как влияет на экономию электроэнергии и экологичность применение новых хладагентов? Повышает ли энергоэффективность применение теплоаккумулятора? Какие преимущества дает применение схемы двухступенчатого сжатия в компрессоре?

Стоит отметить, что в этом тесте при измерении COP учитывались циклы разморозки при работе на полную мощность (-15 …- 30 градусов), в предыдущих наших тестах такой метод не использовался. Значение COP, с учетом циклов разморозки, более приближено к практической энергоэффективности данных приборов, поэтому полученные результаты нельзя сравнивать с измерениями COP, которые проводились и публиковались нами ранее.

Хладагент R32

Новый хладагент R32 более экологичный, чем R410, поэтому производители тепловых насосов уже начали заменять хладагент R410 на R32. Причиной этому стало законодательные ограничения для использования в климатическом оборудовании (до 3-х килограммов заправки) в качестве хладагента — F-газов, попадающих в атмосферу и приводящих к парниковому эффекту. На практике, такое ограничение действует на все стандартные кондиционеры и тепловые насосы. Сегодня, в основном, используют хладагент R410, состоящий из смеси R32 и R125 в соотношении 50/50. Ограничения вступят в силу только с 01.01. 2025 года, но некоторые производители переходят на новую норму уже сейчас.

В каждом насосе что-то новое

В каждом из трёх тестируемых тепловых насосов есть что-то особенное. Все они являются оборудованием, обладающим высокой энергоэффективностью, по крайней мере, так заявляют технические данные и реклама. У каждого из этих тепловых насосов есть свои отличительные черты.

У теплового насоса Cooper&Hunter установлен компрессор двухступенчатого сжатия, созданный для увеличения производительности и энергоэффективности, особенно в холодное время года. Управление прибором происходит через пульт дистанционного управления с использованием радиочастотного канала.

Тепловой насос Daikin обеспечивает контроль влажности воздуха в помещении и обладает дополнительной системой вентиляции, обеспечивающей приток свежего воздуха и его качественную очистку. К тому же, прибор содержит экологически безопасный хладагент R32.

Тепловой насос Panasonic также заправлен хладагентом R32, а тепловой аккумулятор разработан для улучшения энергоэффективности и стабильного поддержания температуры во время цикла разморозки.

МЕ не предоставили образец для испытаний

Энергетическая маркировка

Энергетическая маркировка создана, чтобы облегчить покупателям выбор бытовой техники с учетом энергоэффективности. Тепловые насосы также имеют свою маркировку энергоэффективности. На энергетической маркировке приборов нанесены значения для средней климатической зоны (Страсбург), маркировка трёх тестируемых приборов не содержит информации о холодной климатической зоне.

С точки зрения покупателей, энергомаркировка тепловых насосов часто не соответствует реальности. Также, у них нет информации о работе в холодной климатической зоне. В итоге, финны получают данные о производительность оборудования, указанную для средних европейских температурных условий. Желательно, чтобы тепловые насосы имели также информацию и о работе в холодном климате. Энергомаркировка тепловых насосов не корректна для оборудования предназначенного для северных стран. Климатические условия, при которых происходили расчеты, соответствуют более теплому климату. Например, согласно расчетной формуле, самая низкая возможная температура минус 22 градуса по Цельсию бывает только в течении одного часа раз в год и холоднее не бывает.

При работе в режиме нагрева при температуре наружного воздуха +7°С по результатам замеров был получен СОР равный 4,93. Данный тепловой насос работал стабильно с половинной нагрузкой и плавной регулировкой производительности. При работе при температуре наружного воздуха -7°С коэффициент энергоэффективности составил СОР 3.25, что является довольно неплохим результатом.

Главное и неоспоримое достоинство теплового насоса C&H — это его эксплуатация в холодную погоду, при температуре ниже -10°С. C&H отлично работал в тестовом контейнере, применение двухступенчатого компрессора значительно увеличивает энергоэффективность данного оборудования.

Сложности при измерении шума

Измеряя уровень шума внутренних блоков при низкой мощности работы тестируемых тепловых насосов, оказалось, что уровень шума настолько низкий, что его невозможно измерить в обычной квартире. Звуки окружающей среды и здания превышают шум работы самого внутреннего блока. Измерения должны проводиться в специальной звуконепроницаемой камере. Поэтому, измерения шума внутренних блоков проводились при работе насосов на максимальной мощности. Результаты соответствуют уровню шума указанному производителями.

Тепловой аккумулятор Panasonic расположен внутри наружного блока в изолированном корпусе. Вырабатываемое компрессором тепло накапливается в батарее термоизолированного алюминиевого теплоаккумулятора. Во время цикла разморозки, хладагент проходит по трубкам аккумулятора и накопленная тепловая энергия используется для размораживания наружного блока.

Сводка

Проектирование тепловых насосов с улучшенными показателями для работы в условиях холода, является сложным, дорогостоящим делом и занимает много времени, что в итоге, сильно влияет на стоимость оборудования. Согласно имеющейся информации, перспективные разработки тепловых насосов не имеют превосходства по своим техническим характеристикам над существующими и тестируемыми нами приборами. Стоит отметить, что эти результаты тестов на производительность оборудования не могут корректно сравниваться с предыдущими нашими исследованиями, так как сейчас при измерении СОР учитывались циклы разморозки, которые несколько уменьшают показатель COP и среднюю температурную эффективность.

На данный момент, законодательство в сфере экологии выдвигает требования на переход к новым хладагентам, которые более экологичны, но обладают меньшей энергоэффективностью. Со временем, будут разработаны технологии, применимые и к новым хладагентам. А сейчас, возможно, то время, когда стоит использовать и покупать – пока они еще доступны – существующие современные тепловые насосы, которые используют хладагент R410. Они энергоэффективны, полностью доработаны и относительно недороги, и это инвестиция, от которой получается большая отдача.

Среда измерения

Измерения проводились в городе Вихти, где находится природный складской центр заморозки, с возможностью настройки температуры от -40 до + 55°C. Влажность в помещении также регулируется. Высота складского помещения 14,2 метра, ширина 5,5 метра и длина 5,1 метра. Это помещение используется для функциональных тестов холодильных машин на охлаждение и обогрев, тестов на холодный старт, а также для тестирования изоляции продуктовых контейнеров грузовых автомобилей. Метод измерения характеристик тепловых насосов схож с подобными тестами, которые проводились и публиковались нами в журнале TM Rakennusmaailma. Измерения проводились в стандартных условиях для частичной нагрузки: внешняя температура +7°C, теплопроизводительность тепловых насосов от 2000 Вт (-7°С) до 3500 Вт. Поэтому, условия тестирования совпадали с фактической потребностью в нагреве при высоких наружных температурах. При наружной температуре -15, -25 и -30°C, тепловые насосы работали на полную мощность.

Цель наших измерений

Измерения проводились с целью определить мощность обогрева и потребление энергии тепловых насосов при различных наружных температурах для достижения + 20°C в помещении. При измерениях использовался метод теплового баланса, когда охладители, регулируемые обогреватели и тестируемые тепловые насосы создавали тепловое равновесие для измерения.

Изолированный контейнер, оборудованный для измерений, имел размеры: 5 метров в длину, 2,3 в ширину и 2 метра в высоту. Было установлено 2 охлаждающих устройства, которые охлаждали воздух внутри помещения. Охлаждение обусловлено необходимостью компенсировать тепло, произведенное тепловыми насосами, т.к. теплопотери через стены в данных условиях являются несущественными. Также были установлены 2 электрических обогревателя.

Для смешивания воздуха в помещении были установлены несколько вентиляторов. Три тестируемых тепловых насоса были смонтированы так, чтобы наружные блоки находились извне, а внутренние блоки оставались внутри измерительного контейнера.

Работа по установке была выполнена специалистами, приглашенными импортерами.

Перед началом тестов, был проведен пробный запуск тепловых насосов, чтобы убедиться в стабильности их работы во избежание ошибок и неточностей в процессе тестирования.

Измерение физических свойств

Чтобы получить более точные результаты, были выбраны несколько температурных точек для измерений.

Поддерживалась постоянная температура воздуха в складском центре, где находился измерительный контейнер. Проводились измерения относительной влажности в помещении склада, внешней температуры со стороны наружных блоков тепловых насосов, измерялась температура воздуха, исходящего от наружных блоков, измерялась температура воздуха входящего и выходящего из внутренних блоков, находящихся внутри лабораторного контейнера.

Все тесты, за исключением тестов при температурах -25 и -30°C, проводились без использования увлажнителя. Средняя влажность воздуха при этих тестах составляла 58-61%. При других температурах, значение относительной влажности на паровом увлажнителе воздуха было установлено 80%. На практике, однако, средняя влажность была 68-71%, и мощности парового увлажнителя было явно недостаточно.

В общем, температура одновременно измерялась более чем тридцатью датчиками Pt-100. Электроэнергия, потребляемая тепловыми насосами, а также обогревателями, охладителями и вентиляторами в контейнере, измерялась ваттметром.

Тепловая мощность насоса измерялась при температурах наружного воздуха в складском центре: +7, -7, -15, -25 и -30°C, которые устанавливались поочередно. В тоже время, охладители, электрические обогреватели и вентиляторы, подсоединенные к ваттметру, работали в измерительном контейнере. Нагреватели были настроены так, чтобы внутренняя температура в контейнере стабилизировалась на отметке +20°C.

В состоянии равновесия, охладитель выдает столько же мощности в измерительный контейнер, сколько и обогреватель. После этого, включался тестируемый тепловой насос, который при температурах в от +7°C до -7°C поддерживал температуру +20°C выставленную на термостате. В зависимости от внешней температуры, мощность обогревателей измерительного контейнера изменялась от 2000 до 3500 Вт, и тепловой насос должен был использовать дополнительную мощность для поддержания состояния равновесия. После восстановления такого состояния, потребляемая мощность насоса измерялась для расчетов COP. При изменении температуры наружного воздуха, измерения повторялись для всего тестируемого оборудования.

При наружных температурах -15, -25 и -30°C, термостат теплового насоса настраивался на уменьшение уровня максимального значения, когда прибор работал на полную мощность. Регулируемые нагреватели стабильно поддерживали температуру +20° вместо термостата. Поэтому, максимальная мощность на обогрев теплового насоса составляла разница между начальной и конечной мощностью электрических обогревателей. Потребляемая мощность теплового насоса измерялась для расчета COP.