Wpływ sterowania elektronicznym zaworem rozprężnym i wydajnością sprężarki na parametry pracy pompy ciepła typu powietrze-woda

• Autorzy: Rubik M. , Ziętek P. , Tatjewski P. , Marusak P. , Ławryńczuk M. , Szumski M. , Szumski M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2018.10.5

Warianty tytułu

EN

Influence of the Control of Electronic Expansion Valve and Compressor Capacity on Operation Parameters of the Air-To-Water Heat Pump

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach w Polsce zaobserwować można rosnące zainteresowanie pompami ciepła. Szczególnie duży wzrost dotyczy rynku pomp ciepła typu powietrze-woda, czego przyczyną mogą być malejące ceny oraz brak konieczności wykonywania instalacji dolnego źródła ciepła. Efektywność pompy ciepła maleje wraz ze wzrostem różnicy temperatury pomiędzy dolnym i górnym źródłem ciepła, stąd w przypadku powietrznych pomp ciepła, szczególnie celowe wydaje się dążenie do udoskonalenia działania urządzenia i zmniejszenia zapotrzebowania na energię napędową. Nowoczesne pompy ciepła typu powietrze/woda są zazwyczaj wyposażane w elektroniczny zawór rozprężny oraz wysokosprawne sprężarki sterowane inwerterowo. Właściwe płynne sterowanie otwarciem zaworu rozprężnego oraz wydajnością sprężarki wydaje się być jedną z kluczowych kwestii do rozwiązania w celu osiągnięcia maksymalnej efektywności energetycznej sprężarkowych pomp ciepła typu powietrze-woda. W artykule przedstawiono dane dotyczące rynku pomp ciepła w Polsce. Poruszono zagadnienie efektywności energetycznej urządzeń z uwzględnieniem wpływu sterowania elektronicznym zaworem rozprężnym oraz wydajnością sprężarki. Opisano stanowisko badawcze, które zostało zaprojektowane i wykonane w celu przeprowadzenia badań sprężarkowej pompy ciepła typu powietrze-woda i opracowania regulatora, którego zadaniem byłaby minimalizacja zużycia energii przez urządzenie. Przedstawiono wyniki badań obrazujące zmiany parametrów pracy pompy ciepła będące rezultatem sterowania zaworem i sprężarką oraz opisano wiele spostrzeżeń i problemów technicznych, jakie wystąpiły w trakcie prowadzenia prac badawczych. Przeprowadzone badania i analizy potwierdziły, że kluczową rolę w zapewnieniu prawidłowej pracy pompy ciepła odgrywa właściwe sterowanie otwarciem zaworu rozprężnego oraz prędkością obrotową wału napędowego sprężarki.

EN

In Poland increasing interest in the heat pumps is observed last years. A particularly large is increase in the air-water heat pumps market. The reason can be a lower price and no need to execute the heat source installation. Heat pump efficiency decreases together with the increase of difference between the heat source temperature and the heat sink temperature, therefore in the case of the air to water heat pumps it is especially important to strive to improve the operation of the units and to reduce the energy consumption. Modern air-to-water heat pumps are usually equipped with an electronic expansion valve and high efficiency inverter compressor. Proper continuous control of the expansion valve opening and the compressor performance seems to be one of the key issue to solve in order to achieve maximum energy efficiency of the compressor type air-to-water heat pumps. The article presents current data on the heat pump market in Poland. The issues of energy efficiency taking into account the impact of electronic expansion valve and compressor speed control are discussed. The test stand designed and executed in order to test the air-to-water heat pump and to develop the controller minimizing the energy consumption was described. The results of test showing the changes of parameters of the heat pump caused by the expansion valve and compressor control were presented. In addition a number of observations and technical problems, which occurred in the course of research were described. Research and analyses confirmed that a key role in ensuring the correct and efficient operation of the heat pump plays a proper control of the expansion valve and the speed of the compressor.

Słowa kluczowe

PL

pompa ciepła; powietrze-woda; COP; sterowanie; elektroniczny zawór rozprężny; inwerter

EN

heat pump; air-to-water; COP; control; electronic expansion valve; inverter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 49, nr 10
• Strony: 404--410
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Rubik M.

• Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska PW

autor

Ziętek P.

• Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska PW

autor

Tatjewski P.

• Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Wydział Elektrotechniki i Technik Informacyjnych PW

autor

Marusak P.

• Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Wydział Elektrotechniki i Technik Informacyjnych PW

autor

Ławryńczuk M.

• Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Wydział Elektrotechniki i Technik Informacyjnych PW

autor

Szumski M.

• Plum Sp. z o.o.

autor

Szumski M.

• Plum Sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Ekren O., S. Sahin, Y. Isler. 2010. “Comparison of Different Controllers for Variable Speed Compressor and Electronic Expansion Valve". International Journal of Refrigeration, 33(6):1161-1168.
• [2] European Heat Pump Market and Statistics Report 2014. EHPA, Brussels 2014.
• [3] European Heat Pump Market and Statistics Report 2015, EHPA, Brussels 2015.
• [4] European Heat Pump Market and Statistics Report 2016, EHPA, Brussels 2016.
• [5] Fahlén P. 2012. “Capacity control of heat pumps". REHVA European HVAC Journal http://www.rehva.eu/en/rehva-european-hvacjournal, 2012-10, (REHVA) Brussels, Belgium.
• [6] Garstang S. W. 1990. “Variable frequency speed control of refrigeration compressors. Part 1". AIRAH Journal, vol. 44, pp. 21-23.
• [7] Jameel-ur-Rehman Khan, Syed M. Zubair. 1999, “Design and performance evaluation of reciprocating refrigeration systems", International Journal of Refrigeration, vol. 22, pp. 235-243.
• [8] Jolly P.G., Tso C.P., Chia P.K., Wong Y.W. 2000. “Intelligent control to reduce superheat hunting and optimize evaporator performance in container refrigeration". HVAC&R Research, vol 6, Issue 3, pp. 243-255.
• [9] Karlsson F. 2007. “Capacity control of residential heat pump heating systems". Building Services Engineering, Thesis for Ph.D., Chalmers report D2007:03, pp. 99. Chalmers University of Technology. Göteborg.
• [10] Lachman P., M. Burchat. 2017. "Rynek pomp ciepła w Polsce w latach 2010-2016. Perspektywy rozwoju rynku pomp ciepła do 2030 roku". Raport Rynkowy 2017. PORT PC, 2017.
• [11] Li H., Seok-Kwon J., Sam-Sang Y. 2009. “Feedforward control of capacity and superheat for a variable speed refrigeration system". Applied Thermal Engineering, vol. 29, pp.1067-1074.
• [12] Matysko R. 2014. "Termostatyczne i elektroniczne zawory rozprężne". Chłodnictwo i Klimatyzacja, Nr 6/2014.
• [13] Miller W. A. 1988. “Laboratory examination and seasonal analyses of the dynamic losses for a continuously variable-speed heat pump". ASHRAE Transactions, vol. 94, pp. 1246-1268.
• [14] PORTPC ‒ http://portpc.pl/europie-zainstalowano-10-milionowapompe-ciepla/ - dostęp on-line 27.08.2018.
• [15] Qi Q., Deng S., Xu X., Chan M.Y. 2010. “Improving degree of superheat control in a direct expansion(DX) air conditioning (A/C) system". International Journal of Refrigeration, vol. 33, pp. 125-134.
• [16] Shao S., Shi W., Li X., Chen H. 2004. “Performance representation of variable-speed compressor for inverter air conditioners based on experimental data". International Journal of Refrigeration, vol. 27, Issue 8, pp. 805-815.
• [17] Tassou S.A, Qureshi T.Q. 1998. “Comparative performance evaluation of positive displacement compressors in variable-speed refrigeration applications". International Journal of Refrigeration, vol. 21, Issue 1, pp. 29-41.
• [18] Tatjewski P., Ławryńczuk, M., Marusak, P., Rubik, M., Ziętek, P., Szumski, M., & Szumski, M. 2016. “Design and implementation of the air/water heat pump controller with increased coefficient of performance," 21st International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), Międzyzdroje, pp. 959-964. IEEE. doi: 10.1109/MMAR.2016.7575267
• [19] Touber S., Van der Meer J.S. 1986. “Influence of the Expansion Valve on the Evaporator Performance". International Refrigeration and Air Conditioning Conference, Paper 3, http://docs.lib.purdue.edu/iracc/3