Pompy ciepła Refra z zaworem Siemens oferujące 16% wzrost współczynnika COP uhonorowane nagrodą branżową

Wyzwania związane z wysokimi cenami energii skłaniają producentów pomp ciepła do wprowadzania bardziej wydajnych rozwiązań. Pompy ciepła, na które zapotrzebowanie w Europie dynamicznie rośnie, stanowią bardziej ekologiczne rozwiązanie niż tradycyjne kotły, oferując użytkownikom realną możliwość uzyskania znacznych oszczędności w przypadku wyboru właściwego modelu.

Refra, litewski producent urządzeń HVACR, stosując opatentowany, magnetyczny zawór rozprężny MVL702  firmy Siemens, podwyższył efektywność swoich odwracalnych pomp ciepła na propan. Zawór ten szybko i precyzyjnie reguluje ilość ciekłego czynnika chłodniczego w parowniku, umożliwiając pompom ciepła Refra uzyskanie znacznie wyższej wydajności grzewczej i chłodniczej niż w przypadku stosowania zaworu krokowego. Według danych firmy Siemens model MVL702 potrzebuje zaledwie 1 sekundę na przejście ze stanu zamknięcia do pełnego otwarcia, czyli aż dziesięciokrotnie krócej niż standardowy zawór krokowy. MVL702 wykorzystuje ruch liniowy generowany dzięki sile magnetycznej, co eliminuje opóźnienia i niedokładności pozycji otwarcia wynikające z mechanicznych luzów charakterystycznych dla zaworów krokowych z wrzecionem (śrubą obrotową).

Długoterminowe oszczędności dzięki precyzyjnej kontroli wartości przegrzania
Kluczowym atutem zaworu MVL702 jest możliwość zmniejszenia wartości przegrzania o około 30%, np. z 9K do 6K, dzięki błyskawicznej reakcji na zmiany obciążenia. W porównaniu z zaworami krokowymi redukcja przegrzania może być jeszcze bardziej znacząca w niektórych zastosowaniach. Niższa wartość przegrzania umożliwia efektywną pracę parownika, zmniejsza różnicę temperatur w wymienniku ciepła i redukuje wzrost temperatury w cyklu chłodniczym.

Szybka i precyzyjna reakcja zaworu ma szczególne znaczenie w zastosowaniach charakteryzujących się częstymi zmianami obciążenia – np. w budynkach komercyjnych lub przemysłowych, gdzie występują znaczne dobowe wahania temperatury zewnętrznej lub zmienne profile obciążenia, jak np. w salach konferencyjnych, gdy obecność lub brak osób wymusza szybkie przejścia między trybem chłodzenia a grzania. Magnetyczny zawór rozprężny umożliwia pompie ciepła skuteczną reakcję na konkretne wymagania związane z utrzymaniem komfortu termicznego.

Te usprawnienia termodynamiczne mają praktyczne przełożenie na realne korzyści finansowe. Ta sama pompa ciepła z ulepszoną kontrolą wartości przegrzania może zużywać do 14% mniej energii, oferując jednocześnie wzrost wydajności grzewczej o 21%. Wyniki te potwierdzają praktyczne i ekonomiczne zalety zastosowania nowego zaworu Siemens, który poprawia ogólną efektywność pomp ciepła Refra, zapewniających najlepszą w swojej klasie wydajność.

Klienci firmy Refra mogą liczyć na rozwiązanie bardziej przyjazne środowisku i zgodne z założeniami efektywności energetycznej, które jednocześnie obniża koszty eksploatacji bez kompromisów w zakresie wydajności. To oznacza wyższy komfort użytkowania i potencjalnie niższe rachunki za energię.

Oczywiście faktyczne oszczędności zależą od konkretnego zastosowania, ale firma Siemens podaje szacunkowe dane dla użytkowników końcowych.

„Jeśli mówimy o systemie 300 kW, w którym zastosowano nasz zawór rozprężny, koszty zużycia energii mogą zostać zmniejszone o około 300 euro miesięcznie” – szacuje Richard Bork, Product Manager Refrigeration Valves w firmie Siemens. „Na potrzeby obliczeń przyjęto następujące założenia: 3500 godzin pracy rocznie przy pełnym obciążeniu, cena energii 0,20 €/kWh i wartość przegrzania niższa o 3K. Oczywiście oszczędności mogą być wyższe lub niższe w zależności od jakości sterowania istniejącym zaworem krokowym, warunków pracy, profilu obciążenia i konieczności odszraniania, ale przykład ten daje dobry obraz potencjału oszczędności.”

Testy w rzeczywistych warunkach temperaturowych
Producent nie tylko zadeklarował efektywność oferowanego rozwiązania, ale także postanowił ją udowodnić. Dlatego firma Refra przeprowadziła kompleksowy test w czasie rzeczywistym w litewskich warunkach klimatycznych, wykorzystując odwracalną pompę ciepła Refra IGNIS  z dwoma obiegami: jednym z zaworem Siemens oraz drugim z bipolarnym zaworem krokowym innego producenta. Wydajność chłodnicza każdego obiegu wynosiła 21,9 kW (-6/50°C), a grzewcza 31,1 kW. Obie sekcje były konstrukcyjnie identyczne.

Test przeprowadzono przy następujących warunkach: punkt nastawy grzania 50°C, temperatura zasilania 30–32°C, temperatura zewnętrzna -6°C. Obie sekcje pracowały z pełną wydajnością, ponieważ nie były w stanie osiągnąć punktu nastawy – dzięki temu możliwe było porównanie wydajności zaworów w trudnych scenariuszach.

Dane testowe analizowano, dzieląc okres badania na 7–8 losowo wybranych, identycznych przedziałów czasowych, co miało na celu ograniczenie wpływu fluktuacji procesów i uzyskanie rzetelnych wartości średnich. W obliczeniach przyjęto pewne założenia i uproszczenia umożliwiające kompleksową analizę wydajności i sprawności pompy ciepła w kontrolowanych warunkach: izentropowa sprawność 0,8; brak spadków ciśnienia w parowniku, skraplaczu oraz na liniach ssących i tłocznych; nieuwzględnione tolerancje czujników; identyczna wydajność przepływu sprężarki w obu sekcjach (35,5 m³/h) przy stałej sprawności objętościowej.

Wyraźny wzrost wydajności
Wyniki analizy jednoznacznie wykazały istotny wpływ kontroli wartości przegrzania na efektywność pracy pompy ciepła. Niższe wartości przegrzania przekładają się na wyższe temperatury parowania, wyższą wartość współczynnika COP oraz rzadsze cykle odszraniania.

W szczególności, porównując obieg pompy ciepła Refra z zaworem Siemens do obiegu z zaworem krokowym, można zauważyć znaczący wzrost współczynnika COP do 8,3% w trybie ogrzewania. Natomiast uwzględniając cały cykl grzewczy (z odszranianiem), COP wzrósł nawet o 16,4% – głównie dzięki dłuższej pracy zaworu magnetycznego w trybie grzania bez przejścia do odszraniania.

Poniżej przedstawiono zarejestrowane dane i analizę dla obiegu z zaworem krokowym:

 

Po zakończeniu odszraniania, nastawa przegrzania (2) zaczyna się od 7 K, po czym wzrasta (z powodu dużych wahań) do 10 K. Najlepsze osiągnięte odchylenie sterowania wartości przegrzania wynosi +0,3/-0,6 K, podczas gdy temperatura parowania (1) zmienia się z -16°C do -20°C i inicjuje ponowny cykl odszraniania. Średnie wahania temperatury gazu ssawnego wynoszą ±0,5 K (3). Co istotne, całkowity okres nagrzewania dla obiegu z zaworem krokowym wynosi 1:01:12.

Z kolei rejestr danych i analiza dla obiegu wyposażonego w magnetyczny zawór rozprężny MVL702, który działa na zupełnie innej zasadzie niż zawór krokowy, przedstawia się następująco:

Ten obieg znacznie szybciej osiąga stabilne warunki po zakończeniu odszraniania, co pokazują gładkie (a nie faliste) linie wykresu. Nastawa przegrzania (2) zaczyna się od 6 K, po czym w ciągu kilku minut wzrasta do 6,2 K z maksymalnym przeregulowaniem 0,4 K. Średnie odchylenie wartości przegrzania pozostaje stałe na poziomie +0,0/-0,2 K, natomiast temperatura parowania (1) zmienia się (na skutek oblodzenia) z -13,8°C do -20°C i uruchamia cykl odszraniania. Średnie wahania temperatury gazu ssawnego ponownie wynoszą ±0,5 K (3). Dzięki takiej wydajności, całkowity czas pracy w trybie grzania (bez odszraniania) dla pompy ciepła Refra z zaworem Siemens wydłuża się ponad dwukrotnie do 2:11:00.

Minimalizacja czasu odszraniania zapewnia dodatkowe oszczędności
Kolejną istotną zaletą zastosowania technologii magnetycznego zaworu rozprężnego w pompach ciepła typu powietrze-woda (A2W) firmy Refra jest wpływ na funkcję odszraniania. Niższa wartość przegrzania pozwala na pracę systemu przy wyższych temperaturach parowania – szczególnie w warunkach częściowego obciążenia – oraz na efektywne wykorzystanie ciepła odbieranego z parownika. W efekcie znacznie zmniejsza się oblodzenie parownika przy temperaturze powietrza ≤0°C. Mniejsze oblodzenie oznacza rzadsze cykle odszraniania, a ponieważ każda pompa ciepła zużywa energię na odszranianie, skrócenie czasu potrzebnego na ten proces oraz zmniejszenie liczby jego cykli stanowi istotną korzyść dla użytkowników komercyjnych i przemysłowych.

W przeprowadzonym teście obieg pompy ciepła z zaworem krokowym był w stanie pracować w trybie grzania przez 3 787 sekund (około 63 minuty) bez uruchomienia cyklu odszraniania. Dla porównania obieg wyposażony w magnetyczny zawór rozprężny MVL702 był w stanie działać przez 7 961 sekund (około 133 minuty) m, co jasno pokazuje potencjał do zmniejszenia zużycia energii o ponad 50%. Dodatkowo, zamiast przeznaczać czas na odszranianie, system może w tym czasie realizować cykl grzewczy, co w praktyce podwaja efektywność energetyczną pompy ciepła.

Sukces rozwiązania Refra na rynku brytyjskim
Zastosowanie technologii zaworu magnetycznego Siemens w odwracalnych pompach ciepła Refra zaowocowało przyznaniem prestiżowej nagrody. Absolutely Chilled Ltd,, wyłączny dystrybutor pomp Refra w Wielkiej Brytanii od 2018 roku, został zwyciężcą w kategorii Commercial Heat Pump Product podczas wydarzenia National ACR & Heat Pump Awards (organizowanego przez ACR Journal i sponsorowanego przez Heat Pumps Today).
Nagroda, wręczona podczas gali w Manchesterze, odzwierciedla zaangażowanie firmy Refra w rozwój rozwiązań ekologicznych już od 2011 r. Jako pierwszy partner testowy w terenie i wczesny użytkownik zaworu MVL702 przeznaczanego do pracy z naturalnymi czynnikami chłodniczymi, Refra wyznacza kierunek dla przyszłości rozwoju branży. Cała seria Standard Line odwracalnych pomp ciepła A2W  oraz chillerów propanowych firmy Refra jest obecnie wyposażona w zawór MVL702.

Shane McKenzie, dyrektor ds. rozwoju w firmie Absolutely Chilled, mówi: „Zdobycie nagrody to ogromne osiągnięcie, które daje nam znakomite możliwości prezentowania oferty Refra nowym klientom. To prestiżowe wyróżnienie zapewnia kluczową przewagę konkurencyjną w postaci wiarygodności rozwiązania. Biorąc pod uwagę wyniki testów i uznanie ekspertów branżowych, należy zadać sobie pytanie: dlaczego klienci mieliby wybierać coś innego? Pozostali producenci próbują obecnie nadrabiać zaległości.”

Wielka Brytania jest postrzegana jako obiecujący rynek dla technologii pomp Refra w związku z decyzją rządu o przeznaczeniu nawet 20 miliardów funtów na wdrożenie systemów wychwytywania, wykorzystania i składowania CO2 (CCUS). W ramach programu PSDS (Public Sector Decarbonisation Scheme) dąży się do ograniczenia emisji CO₂ w budynkach publicznych o 75% do 2037 r. (w porównaniu z rokiem 2017).
W czterech szkołach na terenie Wielkiej Brytanii zostało już zainstalowanych dziesięć zgodnych z normą DSEAR (odpowiednikiem europejskiej normy EN378) pomp ciepła Refra z zaworem MVL702 i sprężarkami inwerterowymi.

„Zastosowanie pomp Refra przez inżynierów projektowych, konsultantów i wykonawców w nowych obiektach lub jako zamiennika dla tradycyjnych kotłów w istniejących budynkach – to, moim zdaniem, oczywisty wybór” – mówi Shane McKenzie. „Dane są jednoznaczne, a naturalny czynnik chłodniczy, który Refra wykorzystuje od ponad dekady, to kolejny mocny argument.”

Richard Bork podsumowuje: „Zdecydowaliśmy się na współpracę z firmą Refra jako jednym z pierwszych partnerów testowych i pierwszym seryjnym użytkownikiem zaworu MVL702, ponieważ łączy nas długoletnia, oparta na zaufaniu współpraca. Refra jest elastyczna w działaniach rozwojowych, szybko reaguje i dostarcza informacje zwrotne – co pozwala wcześniej wprowadzać nowe produkty na rynek. To idealny partner na początkowym etapie wdrożenia i bardzo doceniamy ich zaangażowanie.”