Transcript Nr. 2 Varmepumpeteori

Varmepumpe / Aircondition
Varmepumpeteori
Luft-luft inverter varmepumpe
240512hl
GARANTERT KVALITET
Varme avgis naturlig fra høy til lav temperatur.
Ved å benytte en varmepumpe kan varmen heves fra en
lav til en høyere temperatur.
I et kjøleskap isoleres den kalde delen av varmepumpen
(fordamperen). Man tar ut varmen/energien og
temperaturen inne i kjøleskapet synker/vedlikeholdes.
Ved å benytte en varmepumpe og ha den varme delen
inne (kondensatoren), vil varmepumpen transportere
varme inn i huset. Gratis solvarme hentes ute.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
En ideell varmepumpe: En maskin som ved tilførsel av høyverdig
energi (elektrisk) transporterer varme fra omgivelsene til et høyere
temperaturnivå, hvor varmen avgis.
Varme avgis til
omgivelsene
Varme tas opp
fra omgivelsene
Det er fire hovedkomponenter i en varmepumpe:
Fordamper, kompressor, kondensator og strupeventil.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Fordampning: I fordamperen tas varme opp fra omgivelsene opp ved at
kuldemediet fordamper ved en temperatur som ligger lavere enn utetemperaturen. På
grunn av denne temperaturforskjellen vil varme tas opp i fordamperen. Fordampningen
skjer ideelt ved konstant trykk.
Kompresjon: Kompressoren suger av fordampet kuldemedium (gassform) og øker
trykket så mye at mediet ved avkjøling vil kondensere. Kompresjonen krever at det
tilføres mekanisk arbeid i form av en elektromotor.
Kondensasjon: I kondensatoren vil den varme
gassen under høyt trykk kondensere ved at varme
avgis fra kondensatoren til omgivelsene.
Kondenseringen skjer fordi trykket er så høyt at
kondenseringstemperaturen er høyere enn
romtemperaturen. Kondensasjon skjer også ideelt ved
konstant trykk. Ved relativt høye omgivende
temperaturer må kompressoren øke trykket tilsvarende
mye høyere for at kondenseringen skal kunne skje.
Strupning: Etter at kuldemediet er kondensert, føres
væsken tilbake til fordamperen via en strupeventil hvor
trykket reduseres fra kondenseringstrykk til
fordampertrykk. Kuldemediet er dermed klart for nytt
varmeopptak i fordamperen.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Kalddampprosessen:
Toshiba RAS varmepumpe med kuldemedium R-410A
HØYT TRYKK:
Phøy ~ 30 bar
LAVT TRYKK
Plav ~ 8 bar
Varm gass
Kald gass
T2 ~ 0-3C
Romtemp.
Trom = 20C
Kondensering
Fordampning
Utetemp.
Tute = 7C
T1 ~ 50-52C
Varm væske
Kald væske
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Avriming av utedel (fordamper):
•Starter ved utetemperaturer lavere enn ca. +3-4 °C.
•Fordampningstemperaturen er da lavere enn 0 °C.
•Behovsstyrt/automatisk avriming varer oftest fra 5-6 minutter,
for så å starte i varmedrift igjen.
•Innedel avgir ingen varme mens avriming foregår.
•Det fører til lavere varmekapasitet (hyppigst avriming ved
høy luftfuktighet og stort varmebehov).
•Termostatstyrt varmekabel i utedel hindrer vann å fryse til is
nede i bunnpanne og bygge seg opp på registeret.
•Vann renner ned og fryser til is under utedel.
GARANTERT KVALITET
Kompressor
• Driver gass rundt i varmepumpen. Skaper høyt og lavt trykk i anlegget.
• Turtallsregulering (inverter) gir trinnløs kapasitet.
Vibrasjon (mikrometer)
• Bruk av to faseforskjøvete stempel: kan rotere med meget lavt turtall uten
mye vibrasjon  betyr lavere minimumskapasitet og større effektområde,
bedre regulering (mindre start/stopp ved lite behov)
500
Singel
400
300
200 Dobbel
100
00
30
60
90
120
Kompressorturtall (rps)
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Rullestempelkompressorens
virkemåte:
Trykkside
Sugeside
Stempel
Slagvolum: V
Kompressorturtall: N
Virkningsgrad: γ
Sylinder
Aksling
Varmekapasitet = Konst×V×N×γ
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Rullestempelkompressorens
fordeler:
Elektromotor:

Energibesparende
(høy motorvirkningsgrad)
Dobble sylindre



Lavt støynivå, lav vibrasjon
Lav varmeeffekt (lavt turtall: lavere enn 30 rps)
Høy driftssikkerhet
(lav belastning på aksling)
 Utviklet for R-410A
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Scrollkompressor:
*Svært mye brukt innen aircondition, kjøle- og fryseanlegg
*Lavt støynivå, lav vibrasjon
*Høy effektfaktor under nominelle forhold.
*Lavere effektfaktor enn rotasjonskompressor på høy og lav belastning.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Rullestempel kontra scrollkompressor:
GARANTERT KVALITET
Om kuldemedium R-410A
R-410A: (R-32+R-125)
Det mest effektive kuldemedium for små/mellomstore varmepumper
og aircondition. Høy varmeeffekt ved lav utetemperatur.
HFK kuldemedium: væske med lavt kokepunkt.
Normalkokepunkt ved atmosfæretrykk (1 barA): -51,6C.
-Kokepunkt bestemmes av trykk.
Krever bruk av esterolje, ikke mineralolje. Svært hygroskopisk
(trekker til seg fuktighet).
-viktig å holde rør tørre, vakuumere tilstrekkelig mm.
HFK
To-komponent blanding: må fylles i væskeform.
- Sikre at blandingsforholdet er riktig.
R-410A
R-410A har 1,6 ganger høyere damptrykk enn R-22. Opp til 60%
høyere kapasitet enn utstyr for R-22 / R-407C. Kompressor- og
rørdimensjoner kan reduseres for samme kapasitet.
Lav gasshastighet i rør gir lite trykktap.
GARANTERT KVALITET
HMS - sikkerhet:
R-410A er klassifisert som et lett løsemiddel, fortrenger oksygen, ikke brennbar eller
giftig. Men hydrogenfluorid dannes ved sterk varme (veldig giftig gass!).
R410A er en sterk drivhusgass som bidrar til global oppvarming, men har ingen
ozonnedbrytende virkning.
GWP-verdi (Global Warming Potential): 1890 (1kg utslipp av R410A tilsvarer 1890kg
CO2)
Vil ved utslipp i væskeform fordampe ved -51,6C. Kan gi svært kraftige forfrysninger:
Se HMS databladet for R-410A for mer info, ved evt. personskade mm.
VIS FORSIKTIGHET
-bruk alltid briller og hansker!
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Sammenheng mellom temperatur [C] og
trykk [bar]
Eksempel med R-410A:
Ved15 bars trykk på manometer har vi en kondenseringstemperatur på ca.
24ºC.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
COP= Coefficient of performance (effektfaktor)
COP er avgitt effekt delt på tilført elektrisk effekt. Bruk av kuldemedium R-410A og
avansert inverterstyring(turtallregulering av kompressor) gir oss nå COP på godt over 5.
(F.eks: 200 W tilført gir 1000 W avgitt, ved en COP på 5).
Premium modellen RAS-10PAVP-ND har COP på hele 6,52 (50% kompressorhastighet,
7ºC utetemp.). Regneeksempel: 230 W tilført gir 1500 W avgitt (230x6,52=1500).
GARANTERT KVALITET
Sammenligning COP – R-410A klart mest effektivt
GARANTERT KVALITET
Temperaturløftets betydning for effektfaktoren COP
• Varmepumpen er mest effektiv når løftet fra fordampertemp. til kondenseringstemp.
er lavest mulig (minst mulig temperatur differanse mellom inne- og utedel).
• Er det kaldt ute blir løftet større, fordampertemperaturen lavere og COP-verdien
faller.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Temperatur
Konvensjonell
Inverter
Hybrid Inverter
Toshiba
Settpunkt
Høy effekt
Høy effektivitet
PAM
PWM
Tid
Hybrid inverter (turtallsregulert kompressor): tilpassing av effekt etter det reelle behovet.
Trinnløs varme- eller kjøleeffekt: bestemmes av sirkulert mengde gass.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Hvordan foregår turtallsreguleringen ?
• 325V spenningspulser benyttes for å lage en tilnærmede sinusformed 3-fase
spenning som tilføres kompressorens elektromotor (3-fase vekselstrøms kompressor).
• Spenningspulsene kan moduleres i bredden (PWM) og i amplituden (PAM), og den
øker til 380V for maksimalt kompressorturtall.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
PAM &PWM kontroll
Hybrid Inverter
Spenning
Strøm
Virkningsgrad : 95%
Normal Inverter
Spenning
Strøm
Virkningsgrad : 85%
Forvrengning av driftsstrømmen gir lavere virkningsgrad. For en vanlig
inverter er forvrengningen stor, virkningsgrad for inverteren er ca. 85%.
Toshiba`s hybrid Inverter lager en mer ideell sinusformet strømkurve, og
effektfaktoren økes opp til 95%.
Toshiba varmepumper er utstyrt med 6/7 stk, temperaturfølere som
innhenter informasjon for regulering av strømmen til bla. kompressor.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Varmedriftsmodus
4500
4000
Varmeeffekt
3500
Avgitt varmeeffekt
[Watt]
3000
2500
2000
Effektforbruk
1500
Tilført effekt (watt)
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Kompresorturtall (rps)
Kurven viser hvordan varmeeffekten og effektforbruk ved en bestemt
utetemperatur varierer med kompressorens turtall.
For andre utetemperaturer vil kurvene ha et annet forløp.
Avvik mellom settpunkt og romtemperatur registreres fortløpende av
varmepumpens mikroprosessor, som ut fra avvik og andre variable beregner
kompressorens turtall.
GARANTERT KVALITET
Kapasitetskontroll:
Primær kontroll
Innedel
Sekundær
kontroll/vern
I.U.C. (=Innedelens kapasitet)
Innedel
1 Frostsikring/hindre for høy
temp. på innedelens
varmeveksler/batteri.
2 Begrensning av maks.
turtall ved:
1) Driftsmodus
2) Innedelens viftehastighet
Beregning av Ta–Tset
Beregning av nødvendig
Kompressorturtall (=C.S)
C.S = f(I.U.C. og Ta–Tset)
Overføring av C.S til utedel.
Utedel endrer
kompressorens turtall.
Tidsforsinkelse
Temp. endring inne ?
JA
Utedel
1 Turtallskontroll ved oppstart
(for stabilitet)
2 Kontroll av driftsstrøm
3 Kontroll av trykkrørstemperatur
4 Kontroll av maks. turtall
NEI
C.S=C.S+ ▲C.S
Se servicemanual for mer informasjon om kapasitetskontroll og virkemåte.
GARANTERT KVALITET
Varmepumpe / Aircondition
Spørsmål ?
GARANTERT KVALITET