Независимое тестирование тепловых насосов
Независимое тестирование трех тепловых насосов Сooper&Hunter, Daikin, Panasonic в Финляндии
Технологические инновации не смогли проскользнуть мимо климатической техники. В частности, речь идет о современных тепловых насосах. Заметно, что они вышли на новый уровень, причем их совершенствование охватит это и следующее десятилетия.
Тепловой насос, приспособленный к работе в холодной среде
В этой теме мы собираемся раскрыть особенности эксплуатации современных теплонасосов, в которых имеют место новаторские решения. Особого внимания заслуживают вопросы касательно:
- Работы техники при температуре до – 30°C;
- Экономии электроэнергии;
- Экологичности и использования новых хладагентов;
- Энергоэффективности теплоаккумулатора;
- Актуальности применения 2-ступенчатого компрессора и т. д.
Подчеркнем, что в текущем тестировании измерение энергоэффективности (сокр. СОР) предусматривает учет разморозки в условиях полной мощности при различной температуре. Предыдущие испытания обходились без соответствующей специфики. Параметр COP, если брать в расчет цикличность разморозки, более характерен практичной энергоэффективности тематических устройств, что исключает качество сравнения текущих результатов с теми, которые были установлены ранее.
Кратко о хладагенте R32
По сравнению с хладагентом R410 новый R32 экологичен: общий лимит заправки сократился до 3-х килограммов, поэтому выбросы F-газа, который способствуют парниковому эффекту, сократились. На практике, данное ограничение распространяется на все типовые кондиционеры и теплонасосы.
Подчеркнем, что современная климатическая техника предусматривает R410, который в равной пропорции содержит хладагенты R32 и R125. Новый норматив будет задействован только 01.01.2025. Правда, он дает о себе знать уже сегодня, что свидетельствует о плавности перехода.
Новшества
Все тестируемые теплонасосы отличаются друг от друга отдельными новаторскими решениями. Их объединяет «высокая энергоэффективность» (естественно, что соответствующий результат пророчат реклама и энергомаркировка).
При обзоре модели Cooper&Hunter хочется выделить ее компрессор 2-ступенчатого сжатия. Он действительно способствует высокому КПД в условиях минусовой температуры. При этом управление Cooper&Hunter осуществляется дистанционно – посредством пульта и невидимого передатчика в виде радиочастотного канала.
Тепловой насос Daikin имеет универсальную систему контроля:
- во-первых, ведется учет влажности воздуха;
- во-вторых, система вентиляции дополнена возможностью очистки воздуха;
- в-третьих, в устройство встроен хладагент R32, который относится к группе экологически безопасных систем передачи тепла.
Устройство от Panasonic также имеет хладагент R32. Его тепловой аккумулятор призван улучшить энергоэффективность, а также стабилизировать поддержание температуры в период разморозки.
МЕ отказались предоставить образец для изучения
Маркировка энергетических характеристик
Соответствующая маркировка существенно облегчает выбор бытовой техники, в том числе теплонасосов. Маркировка последних имеет пункт, указывающий на пригодность к использованию в средней климатической зоне (г. Страсбург). Правда, сведения о холодной среде отсутствуют на всех трех тестируемых приборах.
Если верить многим потребителям, энергомаркировка зачастую не соответствует параметрам тематического оборудования. И это при том, что об эксплуатации при минусовой температуре конкретно ничего не сказано. Таким образом, финнам приходят сведения лишь о возможности использовать теплонасосы в условиях «среднего европейского климата». Поэтому при покупке соответствующего оборудования не лишней будет информация о ее пригодности к холодным условиям. Та энергомаркировка, которая имела место на тестируемых теплонасосах, не соответствует действительности. В частности, речь идет о «предназначении для северных стран». Дело в том, что выделению данного определения предшествовали расчеты, которые, скорее всего, происходили в теплых условиях. Этому свидетельствует расчетная формула, в которой сказано, что температура -22°С происходит в течение одного часа, да и то всего-навсего раз в год. При этом ниже температура не опускается.
В условиях нагрева и внешней температуры +7°С СОР составил 4,93. Если брать в учет среднюю нагрузку и плавное регулирование производительности теплонасоса, то работа последнего, в целом, происходила стабильно. После снижения температуры снаружи до -7°С, энергоэффективность составила 3,25, что тоже вполне приемлемо.
В ходе испытаний выяснилась основная примечательность C&H – способность работать в холодных условиях. В частности, речь идет о температуре ниже -10°С. Модель хорошо продемонстрировала свои возможности в контрольном контейнере. При этом высокому уровню энергоэффективности, опять же, во многом способствует ее 2-ступенчатый компрессор.
Особенности замеров шума
После установки низкой мощности уровень шума тестируемых теплонасосов стал существенно уступать шуму окружающей среды, что стало определенной проблемой в замере соответствующего показателя. А отсутствие особой камеры с высоким уровнем звукоизоляции подтолкнуло на выставление максимальной мощности. В итоге было установлено, что уровень шума теплонасосов отвечает характеристикам, предоставленным производителями.
Тепловой аккумулятор Panasonic был устроен во внешнем блоке, который, в свою очередь, находился внутри герметичного корпуса. Энергия компрессора передается в батарею теплового аккумулятора из алюминия, а после – способствует размораживанию внешнего блока. Этот процесс происходит в режиме разморозки, когда хладагент идет по трубчатой магистрали аккумулятора.
Для справки
Проектирование модернизированных теплонасосов, предназначенных для холодного климата, сопряжено большими затратами как финансовых средств, так и технических ресурсов. Это объясняет конечную стоимость тематического оборудования. По некоторым данным, характеристики перспективных теплонасосов сродни существующим и тестируемым нами моделям. Однако качество текущего тестирования производительности оборудования нельзя сравнивать с предыдущими работами. Все дело в том, что текущее изучение теплового коэффициента предусматривает учет циклов разморозки, что определенно снижает измеряемый СОР, а также эффективность средней температуры.
Для сохранения экологии нынешнее законодательство велит использовать новые хладагенты, которые, вопреки своей малой энергоэффетивности, более экологичны. Уже в недалеком будущем хладагенты будут заменены улучшенными аналогами, а может, и вовсе иной технологией передачи тепла. Поэтому сейчас имеет большой смысл пользоваться хладагентами R410, пока они есть на тематическом рынке. Их энергоэффективность не вызывает никаких сомнений касательно большой отдачи. И это при том, что R410 недороги.
Непосредственно замеры
Технология замеров
Для измерения теплонасосов нашим специалистам пришлось отправиться в город Вихти. Это место было выбрано неспроста, поскольку в нем работает исследовательский складской объект. Внутри него есть помещения, которые поддерживают функцию регулирования влажности и температурного режима от -40 до +55°C. Размеры выданной нам для тестирования комнаты были следующие:
- Высота – 14,2 м;
- Ширина – 5,5 м;
- Длина – 5,1 м.
Соответствующая площадь предназначена преимущественно для диагностики функциональности холодильных устройств (тестируются цикличность охлаждения-обогрева, холодный старт), а также продуктовых контейнеров, размещаемых на грузовом транспорте. На практике подобные анализы и сопутствующие им условия уже имели место ранее, причем они неоднократно размещались в тематическом издании TM Rakennusmaailma.
Диагностика теплонасосов характерна типовым условиям частичной загрузки: при внешней температуре +7°C диапазон производительности теплонасосов составил 2000-3500 Вт. Это дает право говорить о соответствии условий тестирования с теми, где нагрев системы сопровождается высокой наружной температурой. В условиях смены минусовой наружной температуры (- 15, -25, -30°C) теплонасосы были настроены на максимальную отдачу мощности.
| Производитель | Cooper&Hunter | Daikin | Panasonic |
|---|---|---|---|
| Внутренний блок | CH-12FTXHV-B | FTXZ35NV1B | CS-VZ9SKE |
| Наружный блок | CH-12FTXHV-B | RXZ35NV1B | CU-VZ9SKE |
| Размеры, вес | |||
| Внутрений блок (ШxВxД) мм | 860x305x170 | 798x295x372 | 890x295x375 |
| Вес (кг) | 11,5 | 15,0 | 14,5 |
| Наружный блок (ШxВxД) мм | 899x596x378 | 795x693x300 | 799x630x299 |
| Вес (кг) | 44,5 | 50,0 | 41,5 |
| Хладагент/ масса(кг) | R410/1,30 | R32/1,34 | R32/1,20 |
| Компрессор | rotary | swing | rotary |
| Power | |||
| Мощность на обогрев (кВт) | 3,4 | 4,5 | 3,6 |
| Класс энергоэффективности(обогрев) | A+++*) | A+++*) | A+++*) |
| COP | 4,93 | Нет инф. | 5,63 |
| SCOP | 5,1*) | 5,73*) | 6,2*) |
| Шум | C&H | Daikin | Panasonic |
|---|---|---|---|
| дБ(А) | 46,1 | 53,0 | 50,9 |
Цель наших измерений
Целью проведения замеров послужил анализ КПД теплонасосов, который подсчитывается исходя из соотношения мощности обогрева и расхода энергии. При разных температурах система должна была поддерживать в помещении оптимальный микроклимат, равный +20°C.
В рамках диагностики не последнюю роль играл принцип теплового баланса: охладители, настраиваемые обогреватели и диагностируемые теплонасосы производили тепловое равновесие.
Специальный контрольный контейнер для замеров был изолирован и имел следующие размеры:
- Высота – 2 м;
- Ширина – 2,3 м;
- Длина – 5 м.
Оборудование предусматривало 2 прибора, которые были призваны охлаждать внутреннее пространство и, таким образом, противодействовать избытку тепла, произведенному теплонасосами (герметизация объекта была качественной, что свидетельствует о минимуме теплопотерь через стены). Для полной широты тестирования также пришлось задействовать 2 обогревателя, работающих от сети.
За смешивание воздуха внутри объекта отвечали несколько вентиляторов. Монтаж трех тестируемых теплонасосов достоин отдельного внимания: если наружные блоки были расположены за пределами измерительного контейнера, то внутренние, наоборот, занимали его пространство.
Монтаж производился специалистами, действующими в рамках тесного сотрудничества с импортерами. Началу тестирования предшествовал пробный запуск теплонасосов. Он помог убедиться в нормальной работе устройств и предупредить возможный сбой, ошибки и прочие неточности.
Замер физических свойств
Для подсчета предельно точных данных специалистам пришлось руководствоваться несколькими термическими точками для замера.
Поддерживался постоянный температурный режим складского объекта, где располагался контрольный бокс. В целом, измерений коснулись:- Уровень влаги пространства;
- Внешняя температура относительно внешних блоков теплонасосов;
- Температура воздуха, нагнетаемого внешними блоками;
- Температура воздуха на входе и выходе из блоков, что внутри контейнера.
Тестирование осуществлялось преимущественно без увлажнителя. Исключением стала диагностика в условиям оптимальной заморозки. В частности, речь идет о температурах -25 и -30°C. В среднем уровень влажности воздуха составил 58-61%. Некритичный температурный режим, при котором был задействован паровой увлажнитель воздуха, предсказуемо поспособствовал конденсату. Таким образом, уровень влаги должен был подняться до 80%. Но на практике этот показатель составил 68-71%, что дало повод усомниться в достатке той мощности, которую демонстрировал паровой двигатель. Измерение температуры осуществлялось с помощью более чем тридцати датчиков Pt-100. Все приборы работали одновременно. Для замера расходов электроэнергии, выделяемой на работу теплонасосов, обогревателей, охладителей, а также вентиляторов, использовался ваттметр.
Замер тепловой мощности устройства осуществлялся с условием цикличного (последовательного) нагрева внешней атмосферы складского объекта:
- Первый цикл – +7 °C;
- Второй – -7°C;
- Третий – -15°C;
- Четвертый – -25°C;
- Пятый – -30°C.
Одновременно с замером производилась работа охладителей, электрообогревателей и вентиляционной системы. Все устройства были подключены к ваттметру и находились внутри измерительного бокса. Настройка нагревательного элемента предусматривала стабилизацию внутренней температуры контейнера при температуре +20°C.
При достижении баланса, подача мощности охладителя в контрольный бокс стала аналогична соответствующему показателю обогревателя. Затем последовало испытание тематического теплового насоса, который при внешнем диапазоне +7°C - -7°C способствовал температуре +20°C. Последняя регулировалась посредством термостата. Частота изменения мощности обогревателей контрольного контейнера происходила в диапазоне 2000-3500 ВТ. Главным фактором соответствующих колебаний послужила температура, что снаружи измеряющего бокса. При этом поддержку для равновесия оказывал теплонасос, точнее его дополнительная мощность. Вслед за восстановлением данного состояния последовал замер мощности, который определял тепловой коэффициент. Колебания температуры наружной воздушной атмосферы объясняют причину повторения диагностики всех тестируемых устройств.
При достижении отметок -15, -25 и -30°C (касательно наружной температуры) в режиме полной мощности настройки термостата осуществлялись с акцентом на снижение максимального значения. Поддержание температуры +20°C регулируемыми нагревателями вместо термостата происходило в норме. По этой причине пик мощности, используемой для обогрева теплонасосов, был установлен согласно разнице между стартовой и финишной мощностями электрообогревателей. Потребление мощности теплового агрегата также бралось для определения теплового коэффициента.
PEKKA RANTTI, Природоресурсной ЦЕНТР
Уровень шума измерялся на высоте 2 метра и расстоянии 1 метр от внутреннего блока теплового насоса, работающего с максимальными оборотами вентилятора.
Kylmaan viritetyt ilmalampopumput