Регулируемые компрессоры в тепловых насосах с переменной частотой вращения

12 November 2019
A full set of statistics will be available when the publication has over 100 views.

Сочетание PCM

Стремясь к улучшению производительности установки, возникает интересная возможность использования PCM в аккумуляторе вместе с частотным регулированием компрессора.

Экрен провел исследование для определения характеристик системы, использующей систему охлаждения с переменной скоростью и скрытым хранением тепловой энергии.

Экрен предложил провести серию экспериментов для тестирования установки с целью определения наилучших параметров управления системой. Он предлагает четыре различных варианта:

  • Управление температурой испарения;
  • Контроль температуры этиленгликоля на выходе из испарителя;
  • Регулировка давления всасывания компрессора;
  • Управление включением/выключением;

Регулируемые компрессоры в тепловых насосах

Регулирование производительности компрессоров, насосов и вентиляторов в тепловых насосах обеспечивает дополнительную степень свободы системы управления.

Способность управлять тепловым насосом более точно, чем простое включение и выключение, приводит к повышению эффективности использования энергии и, возможно, к уменьшению размера накопительного бака.

https://www.pinterest.ru/pin/21462535709870295/
https://www.pinterest.ru/pin/21462535709870295/

Буферные резервуары обычно используются с включенными тепловыми насосами, чтобы предотвратить постоянное включение и выключение компрессора.

Процесс с такими системами начинается при включении компрессора и тепловом насосе нагревает или охлаждает жидкость, содержащуюся в буферной емкости. При достижении определенной температуры в резервуаре компрессор выключается. Затем можно использовать эту горячую или холодную жидкость, и компрессор будет снова включаться только при необходимости.

В противоположность этому, компрессоры с переменной частотой вращения в тепловых насосах позволяют согласовать потребность в отоплении или охлаждении и производительность.

Это уменьшает требуемый объем буферной емкости и может даже сделать их ненужными, что влияет на общую стоимость установки, а также на занимаемое пространство.

Энергетическая эффективность тепловых насосов с компрессорами с регулируемой частотой вращения повышается при работе с переменными нагрузками, особенно при частичных нагрузках.

В таких системах требуется меньше дополнительного тепла и оттаивания испарителя. Тем не менее, для предотвращения снижения производительности теплового насоса следует использовать соответствующие стратегии управления и циркуляционные насосы с регулируемой частотой вращения.

Неправильная конструкция таких тепловых насосов приводит к увеличению времени работы по сравнению с тепловыми насосами включения/выключения и к более высокому потреблению электроэнергии.

Анализ использования компрессоров с регулируемой частотой вращения

Полный термодинамический потенциал тепловых насосов достигается только тогда, когда для каждой установки разработана и адаптирована подходящая стратегия управления. Эти соображения были изучены Мадани .

В данной разделе описывается разработка компьютерной модели теплового насоса с наземным источником тепла, которая охватывает сам тепловой насос. С помощью этой модели анализируются существующие и новые стратегии управления для систем тепловых насосов.

Динамическое взаимодействие между компонентами теплового насоса усложняет прогнозирование последствий изменения какого-либо параметра на всю систему. Кроме того, на сам тепловой насос влияют одновременно климатические условия, здание, источник тепла (воздух или земля), система распределения тепла (теплый пол, радиаторы или фанкойлы), накопительный резервуар (при необходимости), пользователь и т.д.

Важно принимать во внимание все компоненты и их взаимодействие при сравнении различных стратегий управления.

Якобсен утверждает, что включение компрессоров, насосов и вентиляторов с регулируемой частотой вращения повышает степень свободы систем охлаждения, позволяя оптимизировать их производительность за счет соответствующего управления. Небольшие изменения в стратегии управления оказывают существенное влияние на систему.

Продолжая свои исследования, Якобсен предлагает метод минимизации потерь энергии в холодильной системе путем регулирования скорости компрессора.

В работе Диза и др. были проанализированы три коммерческих воздушных тепловых насоса с воздушным источником энергии и преобразовательной техникой.

В данной работе делается вывод, что тепловые насосы с инверторным приводом (компрессоры с регулируемой скоростью вращения) и вспомогательными электрическими нагревателями способны достигать заданной температуры ГВС (55 ºC в данной работе) при меньшем потреблении энергии, чем тепловые насосы включения/выключения.

Кроме того, эта работа указывает на то, что стратегия управления тепловыми насосами источника воздуха с инверторной технологией зависит от производителя.

Одни компании отдают приоритет эффективности на протяжении всего процесса нагрева, другие просто минимизируют время нагрева (что снижает эффективность процесса нагрева).

В работе Диза и др. был проведен экспериментальный анализ резервуаров-накопителей, предоставленных вышеупомянутыми тепловыми насосами. Эта работа указывает на то, что инверторная технология позволяет увеличить количество доступного тепла в резервуарах с вспомогательными электрическими нагревателями в конце процесса нагрева без расхода воды. Это улучшение наблюдалось и в аналогичном исследовании с процессами сброса воды.

Сравнение регулируемой частоты вращения с включением/выключением системы управления

Мадани и др. проанализировали два тепловых насоса с различными типами управления (включающий/выключающий по сравнению с компрессором с переменной частотой вращения).

В данной работе сделан вывод, что система с компрессором с регулируемой частотой вращения является более эффективной, чем система включения/выключения, когда тепловые насосы рассчитаны на покрытие 55% пиковой нагрузки.

С другой стороны, когда системы рассчитаны на покрытие более чем 65% пикового спроса, эффективность аналогична.

Ли сравнил производительность геотермальных тепловых насосов как с переменной скоростью, так и с компрессорами включения/выключения, используя моделирование для трех различных климатических условий (субтропический, температурный и континентальный) и трех режимов управления (регулирование частичной нагрузки, регулирование частичной нагрузки для режима охлаждения и регулирование частичной нагрузки для охлаждения и нагрева).

Мы приходим к выводу, что регулирование частичной нагрузки, и в частности режим, разработанный для обогрева и охлаждения, приводит к сокращению потребления электроэнергии компрессором.

Кроме того, мы утверждает, что длина ствола скважины может быть укорочена с помощью регулирования частичной нагрузки. Снижение как энергопотребления, так и длины ствола скважины существенно влияет на стоимость установки и может компенсировать затраты на преобразователи частоты. Существенно сокращены сроки окупаемости за счет использования режимов контроля частичной загрузки.

Заключение

Применение компрессоров с регулируемой частотой вращения в тепловых насосах представляет интерес во многих отношениях.

Во-первых, благодаря возможности почти мгновенного приведения в соответствие спроса на энергию и производства, отпадает необходимость в буферных резервуарах, что снижает как затраты, так и потребность в площадях.

Кроме того, тепловые насосы с компрессорами с регулируемой частотой вращения более эффективны в режиме частичной нагрузки, чем тепловые насосы с регулируемой частотой вращения, что позволяет добиться снижения энергопотребления.

Тем не менее, для оптимизации работы теплового насоса следует использовать соответствующие стратегии управления и циркуляционные насосы с регулируемой частотой вращения.