Испытание теплового насоса (охлаждение водой) бытового и аналогичного назначения для низкотемператур

Испытание теплового насоса (охлаждение водой) бытового и аналогичного назначения для низкотемпературного режима

Введение
Тепловые насосы типа "вода-вода" широко применяются для отопления и горячего водоснабжения. Однако их использование для охлаждения помещений, особенно в условиях низких температур источника воды (например, из скважин, глубоких озер или рек в холодное время года), предъявляет особые требования к оборудованию и требует специфических испытаний. Испытания в низкотемпературном режиме охлаждения критически важны для подтверждения работоспособности, безопасности, энергоэффективности и долговечности агрегатов в реальных условиях эксплуатации.

1. Объекты испытаний
Основным объектом испытаний является бытовой или коммерческий тепловой насос типа "вода-вода", предназначенный для работы в режиме охлаждения. Конкретно испытываются:

• Целостная система: Сам тепловой насос в сборе, включая компрессор, конденсатор, испаритель, пластинчатый теплообменник (геотермальный контур), расширительное устройство, реле, контроллеры, трубопроводы и арматуру хладагента.
• Ключевые компоненты:
  • Компрессор: Поведение при низком давлении всасывания (особенно риск работы в режиме холостого хода и маслоотдачи), температурные режимы, защита от перегрузки.
  • Пластинчатый теплообменник (источник): Риск замерзания теплоносителя контура источника при низких температурах воды на входе и высокой разнице температур при охлаждении.
  • Система управления и автоматики: Корректность работы регуляторов мощности, температурных датчиков, защиты от замерзания, переключения режимов (охлаждение/обогрев/ГВС).
  • Изоляция и обвязка: Конденсатообразование и риск обмерзания трубопроводов хладагента на стороне низкого давления в режиме охлаждения при низких окружающих температурах.
• Рабочие жидкости: Совместимость и поведение хладагента и теплоносителей (воды или растворов антифриза) в заданных низкотемпературных условиях охлаждения.

2. Область испытаний
Испытания фокусируются на проверке характеристик и надежности теплового насоса в режиме охлаждения при следующих критических условиях источника низкопотенциального тепла (воды):

• Низкая температура воды на входе в теплообменник источника: Основной параметр. Испытывается диапазон температур, например, от +2°C до +10°C, имитируя холодную воду из скважины или глубокого водоема летом или в межсезонье.
• Требуемая температура охлаждения контура потребителя: Обычно +7°C ... +15°C на подаче (имитация температуры подачи в фанкойлы или охлажденные полы).
• Расходы теплоносителя: Проверка при номинальных, минимально допустимых и максимальных расходах воды как в контуре источника, так и в контуре потребителя для выявления граничных режимов работы.
• Температура окружающей среды: Проверка влияния низких (близких к 0°C) и высоких температур окружающего воздуха на работу наружных компонентов (компрессор, трубопроводы).
• Динамические режимы: Проверка пуска/останова, реакции на скачкообразные изменения температуры источника или нагрузки потребителя, переключение режимов работы.
• Энергетические показатели: Измерение коэффициента энергоэффективности в режиме охлаждения (EER или SEER для сезонного) при низкотемпературном источнике.
• Безопасность и защита: Проверка срабатывания аварийных защит (от замерзания теплоносителя в первичном контуре, по низкому давлению, по перегреву/перегрузке компрессора).

3. Методы испытаний
Испытания проводятся в контролируемых лабораторных условиях на специализированных стендах:

• Стационарные режимы: Установка требуемых температур воды на входе в теплообменник источника и на входе/выходе контура потребителя. Система поддерживает заданные параметры до выхода теплового насоса на устойчивое состояние. Производится регистрация всех температур, давлений, расходов, электрической мощности, параметров работы компрессора.
• Определение производительности (Холодопроизводительность): Рассчитывается на основе измеренного расхода воды в контуре потребителя и разности температур на входе и выходе этого контура.
• Определение энергоэффективности (EER): Рассчитывается как отношение измеренной холодопроизводительности к потребляемой электрической мощности компрессора и всех вспомогательных агрегатов (циркуляционные насосы контуров, контроллер) в установившемся режиме.
• Испытания на замерзание: Постепенное снижение температуры воды источника при постоянной нагрузке потребителя до срабатывания защиты от замерзания. Проверяется отсутствие реального замерзания теплоносителя до и во время срабатывания защиты.
• Проверка работы при минимальном расходе: Постепенное снижение расхода воды в контуре источника или потребителя до минимально допустимого значения по паспорту или до срабатывания защиты (например, по перегреву хладагента или низкому давлению).
• Динамические испытания: Имитация резких изменений:
  • Скачок температуры воды источника (например, с +10°C до +5°C).
  • Скачок нагрузки потребителя (изменение расхода или температуры на входе контура потребителя).
  • Аварийное отключение одного из циркуляционных насосов.
• Долговременные испытания: Работа агрегата в заданном низкотемпературном режиме охлаждения в течение продолжительного времени (десятки или сотни часов) для оценки стабильности параметров и выявления потенциальных скрытых дефектов.
• Визуальный контроль: Регистрация конденсатообразования, возможного обмерзания труб или элементов агрегата во время и после испытаний.

4. Испытательное оборудование
Для проведения комплексных испытаний требуется специализированный стенд, включающий:

• Гидравлические контуры-имитаторы:
  • Контур источника: Термостат/охладитель с точным регулированием температуры воды в широком диапазоне (от +1°C до +25°C) и измерением расхода.
  • Контур потребителя: Нагреватель/охладитель с точным регулированием температуры и/или тепловой нагрузки и измерением расхода. Часто использует принцип калориметра.
• Система измерения параметров:
  • Температура: Прецизионные термопары или термометры сопротивления (RTD класса А) на всех входах/выходах теплообменников, на трубопроводах хладагента (всасывание, нагнетание), окружающей среды. Погрешность ±0.1°C.
  • Давление: Манометры/преобразователи давления на линиях всасывания и нагнетания хладагента (±0.5% от шкалы), на входах/выходах теплообменников контуров воды.
  • Расход: Ультразвуковые, электромагнитные или кориолисовые расходомеры с высокой точностью (±0.5% от измеренного значения) в обоих гидравлических контурах.
  • Электрическая мощность: Прецизионные ваттметры или анализаторы сети для измерения потребляемой мощности компрессора и суммарной мощности агрегата (±0.5%).
  • Частота тока, напряжение, сила тока: Измерение параметров сети.
• Система сбора данных: Быстродействующий регистратор данных для сбора информации со всех датчиков с требуемой частотой дискретизации.
• Климатическая камера (опционально, но желательно): Для контроля и изменения температуры и влажности окружающего воздуха вокруг испытываемого агрегата.
• Контроллер стенда: Система управления и автоматизации стенда для задания и поддержания режимов испытаний.

5. Безопасность и подготовка

• Обязательное соблюдение правил техники безопасности при работе с электроустановками, вращающимися механизмами и системами под давлением.
• Работа с хладагентами требует соответствующей квалификации персонала и соблюдения экологических норм (предотвращение утечек).
• Тщательная проверка герметичности системы хладагента перед испытаниями.
• Использование теплоносителей, рекомендованных производителем теплового насоса для контура источника (вода или раствор антифриза с определенной концентрацией).
• Качественное обслуживание испытательного стенда и регулярная поверка измерительного оборудования.

Заключение
Проведение испытаний тепловых насосов "вода-вода" в режиме охлаждения при низких температурах источника является необходимым этапом для гарантии их надежной и эффективной работы в реальных условиях. Такие испытания позволяют выявить слабые места конструкции, проверить корректность работы систем управления и защиты, определить реальные эксплуатационные характеристики (производительность, EER) в критических режимах и, в конечном итоге, обеспечить удовлетворенность потребителя и долгий срок службы оборудования. Стандартизированные подходы к таким испытаниям способствуют повышению качества и конкурентоспособности продукции на рынке.