Τη σύγχρονη εποχή γίνεται μια συντονισμένη προσπάθεια σε όλους τους τομείς για μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος.
Γράφει ο Κωνσταντίνος Πανάγος, Υπεύθυνος Τεχνικής Υποστήριξης CALDA ENERGY
Στον τομέα της θέρμανσης, ψύξης και κλιματισμού, η προσπάθεια αυτή εκφράζεται είτε με την χρήση νέων οικολογικών ρευστών χαμηλού δείκτη GWP είτε με την κατασκευή κλιματιστικών μηχανημάτων υψηλής απόδοσης και χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης. Αιχμή του δόρατος σε αυτή την προσπάθεια αποτελούν οι αντλίες θερμότητας πολλαπλών χρήσεων, η πλέον ενδεδειγμένη και αξιόπιστη λύση για εξοικονόμηση ενέργειας πάνω από 35%, σε διαφόρων τύπων εξεταζόμενα κτίρια.
Με τον όρο «αντλίες θερμότητας πολλαπλών χρήσεων», αναφερόμαστε ουσιαστικά σε υδρόψυκτες και αερόψυκτες αντλίες θερμότητας, οι οποίες έχουν την δυνατότητα «ολικής ανάκτησης θερμότητας» και ταυτόχρονης παραγωγής νερού σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Σκοπός του άρθρου είναι η παρουσίαση της νέας αερόψυκτης μονάδας πολλαπλών χρήσεων, της 6-σωλήνιας αντλίας θερμότητας. Για να γίνω ωστόσο κατανοητός, θα μου επιτρέψετε να αναφερθώ αρχικά στις 4-σωλήνιες αερόψυκτες αντλίες θερμότητας, πάνω στις οποίες βασίζεται oτρόπος και η λογική λειτουργίας.
Οι 4-σωλήνιες αντλίες θερμότητας ενδείκνυνται για 4-σωλήνια συστήματα όπου απαιτείται η ταυτόχρονη κάλυψη των αναγκών σε ψύξη και θέρμανση, σε όλη τη διάρκεια του έτους. Οι μονάδες αυτού του τύπου, φέρουν ουσιαστικά δύο εναλλάκτες θερμότητας ψυκτικού ρευστού/νερού. Ο ένας εναλλάκτης χρησιμοποιείται για την παραγωγή νερού θερμοκρασίας έως και 55°C, ενώ ο δεύτερος για την παραγωγή ψυχρού νερού έως και 4°C.
Μια σύντομη περιγραφή του τρόπου λειτουργίας, είναι η παρακάτω:
Κατά την λειτουργία ψύξης, η απόρριψη θερμότητας προς το περιβάλλον γίνεται μέσω του αερόψυκτου εναλλάκτη (συμπυκνωτή) και μέσω εναλλάκτη επιτυγχάνεται η ψύξη νερού για την κάλυψη των ψυκτικών φορτίων. Αντίστοιχα κατά την λειτουργία θέρμανσης, ο αερόψυκτος εναλλάκτης (εξατμιστής) χρησιμοποιείται για την παραλαβή ενέργειας από το περιβάλλον και μέσω του δεύτερου εναλλάκτη επιτυγχάνεται η θέρμανση νερού για την κάλυψη των θερμικών φορτίων. Και στις δύο περιπτώσεις η μονάδα λειτουργεί ακριβώς όπως θα λειτουργούσε μία συμβατική αντλία θερμότητας (εικόνα 1).
Το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα ωστόσο, όπως αναφέρεται και παραπάνω, είναι η δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής θερμού και ψυχρού νερού. Αυτό επιτυγχάνεται «καταργώντας» τον αερόψυκτο εναλλάκτη της μονάδας με την παραλαβή και την απόρριψη θερμότητας να γίνεται ανάμεσα στους δύο εναλλάκτες νερού. Έτσι η μονάδα μπορούμε να πούμε ότι λειτουργεί ως «υδρόψυκτη» (εικόνα 2). Στο σημείο αυτό, λόγω του ότι εκμεταλλευόμαστε την καταναλισκόμενη ηλεκτρική ενέργεια για την κάλυψη και των θερμικών αλλά και των ψυκτικών φορτίων χωρίς μάλιστα να υπάρχει κατανάλωση ενέργειας από τους ανεμιστήρες, επιτυγχάνουμε τον μέγιστο βαθμό απόδοσης ο οποίος σε ονομαστικές συνθήκες αγγίζει τo 8 και ονομάζεται Ολικός Βαθμός Απόδοσης (TER – Total Efficiency Ratio).
Εικόνα 1: Λειτουργία ψύξης / θέρμανσης 4-σωλήνιας αντλίας θερμότητας πολλαπλών χρήσεων
Εικόνα 2: Λειτουργία ψύξης με Ολική ανάκτηση θερμότητας, 4-σωλήνιας αντλίας θερμότητας πολλαπλών χρήσεων
Πολλές φορές ωστόσο καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε εφαρμογές με ιδιαίτερες απαιτήσεις όσον αφορά την παραγωγή θερμού νερού υψηλών θερμοκρασιών (>55°C), τόσο στον βιομηχανικό τομέα για την υλοποίηση ειδικών διεργασιών, όσο και στον ξενοδοχειακό κλάδο όπου η απολύμανση των υδραυλικών δικτύων μέσω θερμικού σοκ κατά του Βακτηριδίου της Λεγεωνέλλας είναι προαπαιτούμενο. Η λύση στις παραπάνω ιδιαίτερες εφαρμογές είναι συνήθως η τοποθέτηση μιας υδρόψυκτης αντλίας θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών (booster). Οι αντλίες αυτού του τύπου, χρησιμοποιούνται μόνο για την παραγωγή θερμού νερού καθώς εκμεταλλεύονται το νερό μεσαίας θερμοκρασία (έως 45°C) και έχουν την δυνατότητα παραγωγής νερού έως και 80°C.
Η παραπάνω πρόταση αποτελεί ενεργειακά την καλύτερη επιλογή έναντι των συμβατικών συστημάτων (πχ λέβητας/ηλεκτρική αντίσταση). Ωστόσο για την σωστή υλοποίηση απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στον σχεδιασμό, τόσο στο υδραυλικό μέρος και την εξασφάλιση των ελάχιστων παροχών -ιδιαίτερα σε μερικό φορτίο, όσο και στον αυτοματισμό. Λόγω του γεγονότος αυτού συχνά επιλέγονται λύσεις πιο απλές στην εφαρμογή αλλά με μεγαλύτερο κόστος λειτουργίας και μεγαλύτερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
Η λύση στο παραπάνω σχεδιαστικό πρόβλημα, δίνεται από την 6-σωλήνια αντλία θερμότητας πολλαπλών χρήσεων.
Οι αντλίες θερμότητας αυτού του τύπου ενσωματώνουν σε ενιαίο σκελετό δύο διαφορετικές μονάδες, μια 4-σωλήνια αερόψυκτη αντλία θερμότητας και μία υδρόψυκτη υψηλών θερμοκρασιών.
Το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα των 6-σωλήνιων αντλιών θερμότητας πολλαπλών χρήσεων, έγκειται στο γεγονός ότι φέρουν εργοστασιακά όλο τον απαιτούμενο αυτοματισμό και μπορούν να θεωρηθούν “Plug and Play”. Ο εγκαταστάτης πρέπει ουσιαστικά να υλοποιήσει την ηλεκτρολογική και υδραυλική σύνδεση και από την κεντρική οθόνη της μονάδας να επιλέξει τις επιθυμητές θερμοκρασίες νερού (εικόνα 3).
Εικόνα 3: Ταυτόχρονη παραγωγή νερού χαμηλής, μεσαίας και υψηλής θερμοκρασίας με την νέα 6-σωλήνια αντλία θερμότητας πολλαπλών χρήσεων
Στο τεχνικό κομμάτι, οι 6-σωλήνιες αντλίες θερμότητας αποτελούνται από 4 ανεξάρτητα ψυκτικά κυκλώματα. Για την παραγωγή ψυχρού και μεσαίας θερμοκρασίας νερού, χρησιμοποιούνται 2 ψυκτικά κυκλώματα (C1, C2) με 4 ή 5 scroll συμπιεστές (ανάλογα την ονομαστική ισχύ) και με εργαζόμενο μέσο το ψυκτικό ρευστό R410a. Για την παραγωγή θερμού νερού υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται αντίστοιχα τα εναπομείναντα 2 κυκλώματα (C3, C4) με 1 scroll συμπιεστή ανά κύκλωμα και εργαζόμενο μέσο το ψυκτικό ρευστό R134a (ενδέχεται να αντικατασταθούν με ψυκτικό ρευστό χαμηλότερου δείκτη GWP).
Η λογική λειτουργίας για την παραγωγή ψυχρού και μεσαίας θερμοκρασίας νερού είναι η ίδια με αυτήν που παρουσιάστηκε παραπάνω για τις 4-σωλήνιες αντλίες θερμότητας. Όσον αφορά την κάλυψη των αναγκών σε νερό υψηλής θερμοκρασίας, μέσω συγκεκριμένου μηχανολογικού εξοπλισμού και αυτοματισμού, μέρος του νερού μεσαίας θερμοκρασίας οδηγείται στον “evaporator” της αντλίας θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών. Εκεί, κατά την λειτουργία, επιτυγχάνεται στην έξοδο του condenser νερό θερμοκρασίας έως και 80°C.
Η διάταξη συμπληρώνεται με έναν inverter κυκλοφορητή, ενσωματωμένο δοχείο αδρανείας και ενός ανοξείδωτου «επιθεωρήσιμου» πλακοειδή εναλλάκτη, για την παραγωγή «φρέσκου» ζεστού νερού υψηλής θερμοκρασίας, έως και 73°C (εικόνα 4).
Εικόνα 4 : 6-σωλήνια αντλία θερμότητας: Ψυκτικό / Υδραυλικό διάγραμμα λειτουργίας
Ο έλεγχος υλοποιείται από 2 κεντρικούς ελεγκτές, με την λογική master/slave μέσω καλωδίου επικοινωνίας Modbus RS485, ενώ μέσω της κεντρικής οθόνης τεχνολογίας αφής 7’’ ο χρήστης μπορεί να επιλέξει ανάμεσα σε 7 διαθέσιμους τρόπους λειτουργίας.
Η 6-σωλήνια αντλία θερμότητας είναι διαθέσιμη σε μεγέθη 164, 260 και 491 kW (cooling capacity). Η επιλογή των παραπάνω αποδόσεων σε καμία περίπτωση δεν είναι τυχαία και έχει γίνει μελετώντας περιπτώσεις ξενοδοχειακών μονάδων. Εάν ωστόσο απαιτηθεί, μέσω κεντρικού ελεγκτή υπάρχει η δυνατότητα παραλληλισμού μονάδων, για την επίτευξη της επιθυμητής συνολικής απόδοσης.
