A VAPORLINE hőszivattyúk működési elve

Az EVI körfolyamat az alap körfolyamthoz hasonló. A eltérés a megfordítható körfolyamat,a speciális hőszivattyús alkalmazásra szánt EVI (Enhanced Vapor Inject) kompresszor, s a körfolyamatban szereplő ekonomizer, az ekonomizer expanziós szelepe,a gőzvezeték,valamint a kiegészítő berendezések.

A körfolyamatba épített ekonomizernek ( hűtőközeg- hőcserélő) kettős hatása van:

1. Növelt entalpiájú, alacsony hőmérsékletű hűtőközeg gőzt juttat a kompresszorba, s ezáltal csökkenti a túlhevített hűtőközeg hőmérsékletét.

2. Erőteljes utóhűtést hoz létre, amely javítja a körfolyamat hatásfokát.

Mindezek eredménye:

• Jobb teljesítmény
  A teljesítmény javulását inkább a rendszerben lévő entalpia növelésével éri el, mint a tömegáram növelésével. Ezt a lökettérfogatok növelése nélkül valósítja meg.
  
  
• Megnövelt COP
  A hatásfok növekszik annak a ténynek köszönhetően, hogy a leadott teljesítmény növekedése nagyobb, mint a kompresszor által felvett teljesítmény növekedése.
  
  
• Előnyös költség és energiafogyasztás
  Mivel kisebb méretű kompresszort lehet alkalmazni ugyanolyan teljesítmény eléréséhez, mint a nagyobb, hagyományos modellnél, az előnyösebb költség magából adódik.
  
  
• Magasabb elérhető kondenzációs hőmérséklet

A desuperheater

A VAPORLINE hőszivattyúk reverzibilis (Fűtő-hűtő) típusainál a használati melegvíz előállítására egy elsődleges speciális- a Geowatt Kft.által tervezett és gyártott réz anyagú, -cső a csőben hőcserélőt (desuperheater) alkalmazunk. Ez a hőcserélő a hűtőkörfolyamat túlhevítési hőjét használja HMV termelésre. (lásd: T-S diagram 1-2-3. pont)

1-2 között a száraz, telített hideg gőz sűrítse történik. A sűrítés 2-nél következik be a túlhevített tartományban.
2-3 között hőleadás történik p₂=állandó nyomáson, a forrásponti hőmérséklet eléréséig. Ez a hőmennyiség az, amelyet a kompresszor után közvetlenül beépített elsődleges hőcserélővel (desuperheater) használati melegvíz céljára fel tudunk használni.(lásd.:9.ábra)  Ez a hőmennyiség a körfolyamat összes teljesítményének 12-15%-a.

A desuperheater alkalmazása  főként reverzibilis(fűtő/aktív hűtő) hőszivattyúk esetében előnyös, hiszen ezzel a megoldással nyári üzemmódban "ingyen" az épületből elvont hőből tudunk HMV-t készíteni.

Másik előnyös tulajdonsága, hogy ezen szakasz átlag hűtőközeg hőmérséklete magasabb ,mint a kondenzációs hőmérséklet, s emiatt magasabb 55-65⁰C HMV hőmérsékletet lehet elérni optimális kondenzációs hőmérsékletnél. Hátrány, hogy HMV termelés csak akkor történik amikor fűtési vagy hűtési üzemmódban dolgozik a készülék. Az átmeneti időszakban kiegészítő fűtésről (napkollektor, elektromos betét) kell gondoskodni.

Nagyobb HMV igényű rendszereknél direkt HMV hőcserélő (dupla kondenzátor) beépítésével oldjuk meg a HMV termelést . A Vaporline hőszivattyúk nagy előnye, hogy ebben az esetben is elérhető az 55-60⁰C-os HMV hőmérséklet.

A hűtőközegtartály (receiver)

 A Vaporline hőszivattyúk tervezésénél az alapvető cél a COP érték maximalizásása és stabilizálása. Ezt a célt szolgálja egy egyszerű,de annál hasznosabb alkatrész a receiver. 

Jellemzői:

Egyszerű szerkezet,de nagyon fontos szerepe van a többfunkciós  hőszivattyús rendszerekben.
Megoldja a folyadék oldalon a megfelelő utóhűtést, modulálja a hűtőközeg mennyiségét a körfolyamatban.
Kompenzálja a szükséges hűtőközeg mennyiség különbséget a hűtési és fűtési üzemmód között, az összes, illetve egy adott működési tartományban.
Segíti a nagyobb rendszer teljesítmény elérését magasabb elpárolgási hőfokszinteken.

Teszt információ:

A teszt 50%-os kapacitásnál és 6sec periódusidővel rendelkező kompresszorral történt.
3 kg-os hűtőközeg tartály alkalmazása esetén a kimeneti nyomásváltozás 0,25 Mpa volt a hűtőközeg tartályban.

-Amennyiben a folyadéktartály mérete nő, a nyomváltozás mértéke csökken.

A lecsökkent nyomásváltozás eredményeképp a hűtőközeg stabil áramlása biztosított az EEV szelephez. Ez segíti a rendszer teljesítményének növelését.

Az ábrák segítenek bemutatni, hogy a nagyobb hűtőközeg tartály méret alacsonyabb Δ_p-t biztosít és további rendszer teljesítmény növekedést eredményez.

A szabályzó és monitoring rendszer

A rendszer alapját a CAREL pCO³- mikroprocesszoros szabályzó adja. A szabályzóhoz EVD driver kapcsolódik a Plan kapcsolaton keresztül, amely az E^xV modulációs elektronikus expanziós szelepet szabályozza.

A berendezés feladata:

• A téli időszakban fűtési üzemmód szabályozása és kontrollja.
• A nyári időszakban a hűtés üzemmód szabályozása és kontrollja.
• Távolsági ill. hálózati elérés biztosítása (opció).
• HMV előállítása szabályozása és kontrollja egész évben.
• Az elektronikus expanziós szelep / ExV/ kontrollja.

A szabályzó által érzéket külső paraméterek:

1.-A puffer tartály hőmérséklete

2.-A HMV tartály hőmérséklete

3.-Külső léghőmérséklet

4.-Fűtési áramlás érzékelése

5.-Fűtési előremenő hőmérséklet (fűtési kör)

A szabályzó által érzéket belső paraméterek:

6.- Hőszivattyú kimenő vízhőmérséklete

7.- Hőszivattyú visszatérő vízhőmérséklete

8.-Talajvíz hőmérséklet „Be”

9. -Talajvíz hőmérséklet „Ki

10.- Magas oldali nyomás”

11. Alacsony oldali nyomás

12. Elpárolgási hőmérséklet

A  gyárilag előkészített 6m hosszúságú küső NTC hőmérséklet érzékelők gyorskapoccsal csatlakoznak a készülékhátlapjára szerelt csatlakozó aljzathoz (lásd.:ábra.) Emiatt szerelésük a szerelési segédlet alapján egyszerű.

A fűtési hőmérséklet szabályozás

A hőszivattyús készülékek mind fűtési, mind hűtési üzemmódban puffertartályra dolgoznak. A puffertartály fő feladata, hogy tároljon annyi hőmennyiséget, amely boztosítja azt, hogy a hőszivattyúk kapcsolási száma óránként ne legyen több, mint 6-8 kapcs./h. A probléma az, hogy amennyiben a pufferhatást meg akarjuk őrizni, akkor a tartályban létrejövő keveredés miatt a fűtővíz kimenő hőmérséklete és a hőszivattyú előremenő hőmérséklete között minimum 2-3⁰C hőmérséklet különbség alakul ki, amely az SPF értékét jelentősen rontja.

A  fenti probléma kiküszöbölésére a VAPORLINE hőszivattyúk szabályzásában megtalálható egy speciális modul.

Ebben a szabályzó modulban a pCO3 egy áramlásérzékelő (2) valamint NTC hőmérséklet érzékelő (4),valamint a külső léghőmérséklet jele alapján egy háromjáratú motoros keverőszelepet működtet.

1.üzemállapot

Puffertartály feltöltve melegvízzel. Ekkor a hőszivattyú áll, a fűtőköri cirk. szivattyú (C1)működik.
Ekkor az (1.) szabályozószelep zárva, a (2.) keverőszelep csak a tartályból engedi a melegvizet.

2.üzemállapot

A tartályból kifogy a melegvíz, ( 1⁰C-os hőm.csökkenés) - indul a hőszivattyú, - aktivizálódik(nyit) a (1.sz.) keverőszelep, s annyi melegvizet enged a kerülővezetéken közvetlenül a hőszivattyútól, hogy a szabályzó által meghatározott előremenő vízhőmérséklet beálljon.

3.üzemállapot

A tartály feltöltődik melegvízzel, a (C1.sz) cirkulációs szivattyú tovább működik. - Ekkor a GHP leáll, beáll az 1. üzemállapot.

4.Üzemállapot

C1.sz.cirk.szivattyú leáll. Ekkor a (2.sz) áramlásérzékelő kikapcsol, s ez megszünteti az 1.sz. keverőszelep szabályozását amely így az ábrának megfelelő alaphelyzetbe áll.
A szabályzás megoldja az optimális pufferhatás biztosítását, valamint a fűtési hőmérsékletet állandósítja. Csökkenti a szabályzás hiszterézisét, jelentősen javítja az SPF értéket.

Az  E^xV szelep alkalmazása

Az SPF érték maximalizálása érdekében a VAPORLINE hőszivattyúk E^xV szeleppel vannak szerelve. Feladatuk a megfelelő hűtőközeg mennyiség adagolása az elpárologtatóba. A szabályozásuk a túlhevítés alapján történik.

A túlhevítés a körfolyamat „szükséges rossz” része. A stabilan lehető legkisebb értéken tartott túlhevítés így javítja a hőszivattyú SPF értékét. A Vaporline hőszivattyúknál a túlhevítés a lehető legalacsonyabb értéken / 3⁰C/ működik.

Ezt a lehető legalacsonyabb túlhevítést az E^xV  szelep  és az alkalmazott elpárologtató precízen tervezett összhangja valósítja meg. Ezzel az alacsony és stabil túlhevítéssel - a termosztatikus expanziós szelepekhez képest -25-30%-al javult a Vaporline hőszivattyúkkal elérhető SPF (szezonális teljesítmény faktor) !

 Az ábrán összehasonlítás látható a hagyományos TEV (termosztatikus expanziós szelepek),valamint az E^xV szelepek működésében.

Látható, hogy a TEV szelepek szabályozása állandóan, tág határok között változik.A változással egyenes arányban változik az elpárologtató által felvett hőmennyiség. Ez az ingadozás az,amely erősen lerontja a TEV szelepekkel szerelt hőszivattyúk SPF értékét!

  Az E^xV szelepek szabályozása a kezdeti nagy belengés után állandó, és kis értékű. A stabil és alacsony értékű túlhevítés maximalizálja és stabilizálja a kimenő fűtési teljesítményt.