Bagaimana Pompa Panas Sumber Udara Mengatasi Lingkungan Bersuhu Sangat Rendah?

Pompa panas sumber udara telah mendapatkan daya tarik pasar karena efisiensi dan manfaatnya bagi lingkungan. Namun, kinerja dapat bervariasi secara signifikan berdasarkan beberapa faktor. Di iklim yang lebih dingin, efisiensi pompa ini menurun, dan pembentukan embun beku selama pemanasan dapat sangat berdampak pada efisiensi dan keandalan. Untuk mengatasi tantangan ini, kemajuan dalam teknologi dan desain telah dilakukan, meningkatkan fungsionalitas dan penerapan pompa panas sumber udara di berbagai lingkungan.

Kemajuan Teknologi Kompresi Multistage

Teknologi kompresi frekuensi variabel adalah salah satu metode efektif untuk meningkatkan kapasitas pemanasan pompa kalor sumber udara. Dalam kondisi suhu rendah, peningkatan kecepatan kompresor dapat meningkatkan volume pembuangan secara signifikan, sehingga meningkatkan kapasitas pemanasan pompa kalor sumber udara. Namun, teknologi frekuensi variabel tidak meningkatkan efisiensi energi sistem. Untuk meningkatkan kapasitas pemanasan dan efisiensi energi suhu rendah secara bersamaan, teknologi kompresi multistage telah dikembangkan.

Bergantung pada jumlah tahap kompresi dan struktur siklus, pompa panas sumber udara kompresi multitahap dapat dibagi menjadi siklus berjenjang dan kompresi ganda/multitahap, dll. Untuk meningkatkan kapasitas pemanasan sistem kompresi satu tahap dalam suhu lingkungan rendah, refrigeran dapat langsung disuntikkan ke dalam ruang kompresi selama proses kompresi, yang dikenal dengan kompresi kuasi dua tahap. Karena siklus kompresi kuasi dua tahap memiliki karakteristik kompresi dua tahap, artikel ini akan memasukkannya ke dalam cakupan siklus kompresi dua tahap untuk dibahas.

Pompa Panas Sumber Udara Bertingkat

Karena suhu lingkungan yang rendah, rasio tekanan sistem yang tinggi, kerja kompresi yang besar, dan kehilangan pelambatan yang signifikan, yang pada akhirnya menyebabkan efisiensi energi pompa panas yang rendah. Untuk mengurangi kerugian dan meningkatkan efisiensi, sistem pompa panas sumber udara kaskade menggunakan dua siklus kompresi uap secara seri untuk menggantikan satu siklus, untuk mengurangi rasio kompresi siklus satu tahap.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, sistem kaskade terdiri dari dua siklus kompresi uap independen, satu adalah siklus tahap suhu rendah, dan yang lainnya adalah siklus tahap suhu tinggi. Kedua siklus ini dihubungkan melalui penukar panas perantara yang umum, yang juga berfungsi sebagai kondensor untuk siklus suhu rendah dan evaporator untuk siklus suhu tinggi. Di musim dingin, siklus suhu rendah menyerap panas dari udara sekitar melalui evaporator dan menaikkan panas ke suhu yang lebih tinggi untuk dijadikan sumber panas untuk siklus suhu tinggi; dalam siklus suhu tinggi, panas selanjutnya dinaikkan ke suhu yang diperlukan untuk pemanasan dalam ruangan.

Dengan menggunakan pompa kalor sumber udara kaskade, rasio kompresi siklus berkurang secara signifikan, sehingga mengurangi kehilangan kompresi dan kehilangan pelambatan secara keseluruhan, sehingga meningkatkan efisiensi energi pompa kalor sumber udara. Selain itu, bergantung pada kondisi kerja yang berbeda, tahapan suhu tinggi dan rendah dari siklus kaskade dapat menggunakan zat pendingin yang berbeda. Karena sistem kaskade dapat diimplementasikan menggunakan dua sistem satu tahap sederhana, sistem ini telah digunakan selama bertahun-tahun dalam aplikasi pemanas dan pasokan air panas. Namun, perbedaan suhu dalam pertukaran panas penukar panas perantara dalam siklus kaskade pasti menyebabkan hilangnya efisiensi tertentu; Selain itu, siklus kaskade memerlukan dua kompresor dan penukar panas tambahan, sehingga lebih mahal dibandingkan siklus satu tahap.

Keuntungan Pompa Panas Sumber Udara Kompresi Dua Tahap

Pompa kalor sumber udara kompresi dua tahap menghubungkan dua siklus pendinginan bersama-sama dan dapat dilihat sebagai bentuk sederhana dari sistem kaskade. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, berdasarkan berbagai economizer yang digunakan, pompa kalor sumber udara kompresi dua tahap dapat dibagi menjadi dua jenis: sistem Flash Tank (FT) dan sistem Intermediate Heat Exchanger (IHX).

Untuk sistem flash tank, refrigeran cair yang meninggalkan kondensor dalam ruangan dicekik menjadi dua fase dan kemudian memasuki tangki flash, di mana refrigeran dua fase dipisahkan menjadi uap jenuh dan cairan jenuh; refrigeran uap jenuh dicampur dengan buangan refrigeran dari kompresor tahap tekanan rendah dan kemudian dikompresi lagi oleh kompresor tahap tekanan tinggi, cairan jenuhnya dibatasi oleh katup ekspansi kedua dan memasuki evaporator luar untuk menguap menjadi gas dan kemudian masuk ke kompresor tahap tekanan rendah, kemudian dicampur dengan gas bertekanan sedang dari flash tank.

Untuk sistem penukar panas perantara, refrigeran cair dari outlet kondensor langsung dibagi menjadi dua jalur: aliran utama dan aliran cabang. Refrigeran aliran cabang dibatasi ke tekanan menengah dan memasuki penukar panas perantara, di mana refrigeran suhu rendah mendinginkan refrigeran aliran utama ke keadaan subdingin, refrigeran aliran cabang menyerap panas dan menjadi uap jenuh atau keadaan super panas dan bercampur dengan gas buang. dari kompresor tahap tekanan rendah, kemudian masuk ke kompresor tahap tekanan tinggi untuk kompresi lebih lanjut. Refrigeran yang didinginkan dari saluran keluar aliran utama penukar panas perantara dialirkan melalui evaporator dan akhirnya kembali ke kompresor tahap tekanan rendah, dikompresi hingga tekanan menengah, dan bercampur dengan refrigeran aliran cabang.

Kompresi Tahap Kuasi-Dual untuk Keserbagunaan

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, pompa panas sumber udara kompresi dua tahap (juga dikenal sebagai sistem rias) sangat mirip dengan sistem kompresi dua tahap. Perbedaannya adalah pada kompresi tahap kuasi-ganda, zat pendingin dari tangki flash atau penukar panas perantara diinjeksikan ke dalam ruang kompresi kompresor, bukan di antara dua kompresor seri.

Oleh karena itu, pompa kalor dua tahap kuasi dapat dianggap sebagai bentuk sederhana dari pompa kalor dua tahap, menggunakan kompresor rias yang dirancang khusus untuk menggantikan dua kompresor, sehingga menghindari masalah pemerataan oli antara dua kompresor dan mengurangi biaya sistem. Lebih penting lagi, dengan menutup katup pada cabang rias, sistem tahap kuasi-ganda dapat secara fleksibel beralih ke mode siklus satu tahap, sehingga mengoptimalkan kinerja pompa panas tahap kuasi-ganda di musim dingin dan musim panas. Oleh karena itu, teknologi kompresi kuasi-dua tahap telah banyak diterapkan pada pompa kalor suhu rendah dalam beberapa tahun terakhir.

Penggantian Refrigeran

Pergerakan menuju zat pendingin yang ramah lingkungan dan efisien sangat penting dalam kemajuan pompa panas sumber udara. Refrigeran tradisional seperti R22 dan R410A digantikan oleh alternatif lain seperti R290, R32, R744, dan R161. Masing-masing refrigeran tersebut mempunyai keunggulan dan pertimbangan tersendiri, terutama mengenai dampak terhadap lingkungan, efisiensi, dan standar keselamatannya. Seiring kemajuan teknologi, penerapan alternatif ini, ditambah dengan desain sistem yang canggih, akan terus meningkatkan kinerja dan penerapan pompa kalor sumber udara.

Melalui inovasi dan penelitian berkelanjutan, pompa kalor sumber udara menjadi lebih kuat, efisien, dan cocok untuk berbagai iklim dan aplikasi. Integrasi teknologi kompresi canggih dan peralihan ke zat pendingin yang ramah lingkungan merupakan inti dari evolusi ini, yang membuka jalan bagi solusi pemanasan yang berkelanjutan dan efisien.

Kesimpulan

Pompa panas sumber udara berada di garis depan dalam teknologi pemanasan dan pendinginan, menawarkan alternatif yang berkelanjutan dan efisien dibandingkan sistem tradisional. Melalui penerapan teknologi kompresi multistage dan zat pendingin yang ramah lingkungan, sistem ini terus berkembang untuk memberikan kinerja, kemampuan beradaptasi, dan pengurangan dampak lingkungan yang lebih baik. Dengan penelitian dan inovasi yang berkelanjutan, pompa panas sumber udara siap menjadi pilihan yang lebih menarik untuk berbagai aplikasi perumahan dan komersial, mendorong masa depan pemanasan dan pendinginan berkelanjutan.