O rozmrażaniu (defrostach) parownika w pompie ciepła Kołton Airkompakt

Wpływ „defrostów” na całkowite  zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła

W okresie kiedy na zewnątrz występują temperatury poniżej +7°C, a temperatura parownika spada poniżej 0°C, zaczyna pojawiać się zjawisko oszraniania parownika.

Parownik jest elementem pompy ciepła, który przypomina konstrukcją chłodnicę samochodową i ma za zadanie odbieranie ciepła z powietrza zewnętrznego. W czasie kiedy powietrzna pompa ciepła pracuje, powietrze wilgotne przepływające przez parownik ochładza się oddając ciepło do czynnika roboczego, który po sprężeniu osiąga wysoką temperaturę i w skraplaczu przekazuje ciepło na budynek.

Jeżeli powietrze ochłodzi się poniżej temperatury punktu rosy, to wykrapla się z niego woda, która spłynie w dół po lamelach parownika na tacę ociekową. Natomiast jeżeli temperatura zewnętrzna spada poniżej +7 stopni to temperatura odparowania w parowniku oscyluje już w granicach 0stC.  Wilgotne powietrze przepływając przez parownik ma temperaturę ujemną. Zachodzi wtedy zjawisko resublimacji na lamelach i powstaje szron.

Taka sytuacja wymusza na pompie ciepła konieczność okresowego odmrożenia parownika (defrostu), polegającą na stopieniu osadzonego szronu/lodu i wydmuchaniu pary wodnej powstałej pomiędzy lamelami parownika.

O powodzeniu i sprawności tego procesu decyduje szereg czynników z których dwa się najważniejsze:

1. Konstrukcja parownika,
2. Sposób odszraniania parownika przez pompę ciepła.

Omówmy powyższe punkty pokrótce

O korzystnej konstrukcji parownika głównie decyduje jego wielkość – powierzchnia wymiany oraz odstęp między lamelami. W pompach ciepła przystosowanych do pracy w zimnym klimacie o dużej względnej wilgotności powietrza (Nasz klimat) lamele powinny mieć powyżej 2 mm odstępu. W pompie ciepła Kołton Airkompakt jest to około 2,5 mm. W pompach ciepła niedostosowanych do takich warunków odległości te mogą być prawie dwa razy mniejsze.

Jak działa to w praktyce? Pompa ciepła okresowo podgrzewa parownik topiąc lód, a następnie wydmuchuje powstałą parę wodną spomiędzy lameli. Jeżeli lamele są blisko siebie proces zarastania lodem przebiega szybko, z kolei wydmuchiwanie wody jest utrudnione.  Zatem niedoskonała procedura odszraniana może powodować niecałkowite usunięcie lodu, który jak wiadomo jest dobrym izolatorem cieplnym w przeciwieństwie do aluminiowych lameli (lambda lodu = 2,33 W/m*K, lambda aluminium = 203 W/m*K ). Wpływa to na pogorszenie wymiany cieplnej pomiędzy powietrzem
a parownikiem i przekłada się na niższą sprawność urządzenia.

W wielu pompach ciepła oferowanych na rynku odszraniane następuje cyklicznie wg stałych nastaw czasowych np. co 50 min poniżej określonej temperatury powietrza zewnętrznego (np. poniżej +10°C) a to powoduje że odszraniane załączane jest za późno lub zbyt wcześnie. W każdej pompie ciepła proces rozmrażania parownika wiąże się z oddaniem porcji energii na cele stopienia lodu oraz procesy parowania i konwekcji. W pompie ciepła Kołton Airkompakt został zastosowany dedykowany, dynamiczny algorytm odszraniana, który wyzwala cykl odszraniana tylko wtedy, gdy jest to niezbędne z punktu widzenia efektywności pracy pompy ciepła, bez zbędnego przerywania procesu ogrzewania. Minimalizuje to straty energii związane z tymi procesami. Czas pomiędzy defrostami w zależności od temperatury i wilgotności oscyluje w przedziale między 40 min do nawet 3 godzin. Przeciętnie jest to 1,5-2 godziny.

Przyjmując, że pompa ciepła wymaga w sezonie grzewczym odmrożeń przez ok 4 miesiące to, przy wspomnianych rozwiązaniach konstrukcyjnych parownika i algorytmie  sterowania tych odszronień może być ok. 1080, natomiast w pompach ciepła z parownikami niedostosowanymi do naszych warunków klimatycznych tych defrostów może być w tym samym okresie ok 2390, czyli ponad dwa razy więcej! Na częstotliwość zeszronień ma jeszcze wpływ usytuowania jednostki- bardziej będzie szronić się np. w pobliżu rzek, jezior, a mniej w miejscach o mniejszej wilgotności.

Bardzo istotne jest również to, że proces ten w pompach Airkompakt oparty jest o pracę sprężarki, oraz pobieranie energii z wcześniej nagrzanego bufora. Natomiast w niektórych innych konstrukcjach pomp ciepła  proces defrostu jest każdorazowo wspomagany załączeniem grzałki elektrycznej, co jest przynajmniej trzykrotnie mniej korzystne i bezpośrednio wpływa na zwiększenie całkowitego zużycia energii elektrycznej przez pompę ciepła

Podsumowując

Wielkość parownika, odpowiednio duży rozstaw lamel oraz odpowiednie algorytmy sterujące interwałami pomiędzy defrostami mają znaczny wpływ na średnioroczne SCOP, co przekłada się ostatecznie na całkowite zużycie energii przez pompę ciepła.

1,20 – wymiennik-parownik w innych pompach ciepła

2,50 – wymiennik-parownik w pompie ciepła KOŁTON Airkompakt

Wpływ „defrostów” na całkowite  zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła

Wielkość parownika, odpowiednio duży rozstaw lamel oraz odpowiednie algorytmy sterujące interwałami pomiędzy defrostami mają znaczny wpływ na średnioroczne SCOP, co przekłada się ostatecznie na całkowite zużycie energii przez pompę ciepła.
Zobacz więcej