Тепловой насос на пропане установил новый рекорд эффективности

14 Октября 2022

Разработанный немецкими инженерами пропановый холодильный контур для теплового насоса способен, как утверждается, развивать тепловую мощность в 12,8 киловатта при заправке всего 124 граммов хладагента.

Институт систем солнечной энергии Фраунгофера ISE продемонстрировал прототип контура, созданного в рамках проекта LC150 ("Малая заправка 150 граммов"), на выставке Chillventa, проходившей 11-13 октября в Нюрнберге.

Пропан отличается превосходными термодинамическими характеристиками и низким потенциалом глобального потепления (ПГП), но из-за легковоспламеняемости объём его заправки при использовании в качестве хладагента ограничен по соображениям безопасности. По данным Института Фраунгофера ISE, современным тепловым насосам требуется около 60 граммов пропана для обеспечения тепловой мощности в 1 киловатт.

Институт Фраунгофера ISE и консорциум производителей тепловых насосов создают прототипы рассольных тепловых насосов, собирая отдельные компоненты (испаритель, компрессор, конденсатор, вторичный теплообменник и расширительный вентиль) в различных сочетаниях. Собранные таким образом модули круглые сутки испытываются на стенде в течение двух недель. Каждый прототип запускается в различных режимах работы, для измерения характеристик используются 26 датчиков. Всего было собрано 26 прототипов, 14 из которых уже прошли полный цикл испытаний.

Устройство с наилучшим сочетанием компонентов показало максимальную тепловую мощность в 12,8 киловатта и коэффициент производительности COP 4,7 при заправке всего 124 граммов пропана. Таким образом, для выработки 1 кВт тепловой мощности требуется только 9,7 грамма пропана при том, что изначальной целью проекта было сокращение удельной заправки хладагента до 15-30 г/кВт.

— Такой объем заправки примерно равен количеству пропана в пяти карманных зажигалках, — поясняет менеджер проекта Клеменс Данкверт.

Контур, на котором была достигнута рекордная эффективность, пока не готов к выпуску на рынок, так как в нём применён полугерметичный автомобильный компрессор. Он обеспечивает более высокую производительность при меньшем расходе хладагента за счёт высокой скорости вращения и малого объёма масла. К сожалению, автомобильные компрессоры отличаются относительно малым ресурсом, что не позволяет использовать их в тепловых насосах, рассчитанных на эксплуатацию в течение 20 лет и более.

— Однако производители уже работают над полностью герметичными компрессорами с более продолжительным сроком службы,—говорит Клеменс Данкверт.

Чтобы система получилась более сбалансированной, окончательный вариант контура-рекордсмена может потребовать небольшого увеличения количества хладагента и применения теплообменника чуть большего размера. Команда исследователей убеждена, что цель проекта LC150 — холодильный контур мощностью 8-10 кВт при заправке не более 150 граммов хладагента – может быть достигнута для реальных условий эксплуатации.

На втором месте по эффективности оказался контур со стандартным полностью герметичным компрессором. Его результат — тепловая мощность 8,1 киловатта при заправке 164 граммов пропана, что также соответствует целям проекта.

Для сокращения количества хладагента исследователи уменьшают внутренний объем теплообменника и сокращают количество масла. При этом используется минимум дополнительных компонентов, таких как датчики, а трубопроводы делаются как можно более короткими, чтобы уменьшить внутренний объем системы.

Проект LC150, финансируемый Федеральным министерством экономики и защиты климата Германии, завершится в марте 2023 года.

Цель проекта LC 150 – достичь удельной заправки хладагента в 15-30 г пропана на 1 кВт тепловой мощности. Рекордное значение оказалось ещё ниже.