Refras luftvattenvärmepump (Air-to Water, A2W), tillsammans med Siemens magnetiska expansionsventil MVL702, ger tydliga effektvinster jämfört med konkurrerande system. Ett omfattande test med Refras reversibla propanvärmepump (R290) i två identiska kretsar med olika ventiltekniker – den patenterade Siemensventilen och en klassisk stegventil – visar att den magnetiska expansionsventilen hjälper värmepumpen att leverera en värmeeffekt (COP-värde) som är 16 procent högre är genomsnittet.

Resultatet är väldigt intressant för kommersiella och industriella värmepumpsbrukare eftersom det kan leda till besparingar i energiförbrukning motsvarande tio-tusentals kronor per år (allt beroende på modell, driftsförhållanden och elpriser). Systemets prestanda är så imponerande att det har fått ta emot ett prestigefullt industripris i Storbritannien, i kategorin bästa kommersiella värmepumpsprodukt.

De höga energipriserna är en utmaning som pressar originaltillverkare av värmepumpar att förnya sina portföljer för att hitta effektivare lösningar. Hela Europa vurmar nu för värmepumpar som är ett miljövänligare alternativ till traditionella värmepannor, och som dessutom erbjuder brukarna en möjlighet till mycket förmånliga besparingar, om värmepumpen är tillräckligt intelligent, vill säga.

Refra, en tillverkare av luftkonditioneringsutrustning (HVACR) från Litauen, har lyckats öka effektiviteten hos sina reversibla propanvärmepumpar genom att integrera Siemens patenterade magnetiska expansionsventil MVL702. Ventilen justerar snabbt den korrekta mängden kylvätska i förångaren, vilket gör det möjligt för värmepumpen att uppnå betydligt högre värme- och kyleffekt i jämförelse med värmepumpar med vanliga stegventiler. Det tar bara en sekund att växla mellan stängd och vidöppen ventil och enligt Siemens innebär detta att MVL702-ventilen arbetar tio gånger snabbare än vanliga stegventilslösningar. Det hela blir möjligt tack vare den linjära rörelsen som skapas av den magnetiska styrkan, till skillnad från den långsammare spindelvarvstekniken i en stegventil. Den mekaniska tömningen som är allmänt förekommande för spindelvarvstekniken leder till mindre exakta ventilöppningslägen.

Långsiktiga besparingar med exakt överhettningskontroll

Den stora framgången för MVL702-ventilen ligger i dess förmåga att minska överhettningsvärdet med omkring 30 procent, från 9 000 till 6 000 till exempel, genom snabba reaktioner på belastningsändringar. Minskningen i överhettning, om man jämför med stegventilstekniken, kan visa sig ännu större i vissa tillämpningar. Låg överhettningsvärme leder till effektiv förångardrift. Det minskar temperaturskillnaden i hela värmeväxlaren vilket resulterar i lägre temperaturhöjningar för kylprocessen.

Snabb och exakt ventilrespons är särskilt praktiskt när tillämpningen utsätts för många belastningsändringar, som när kommersiella och industriella byggnader upplever stora yttertemperatursskillnader mellan natt och dag, samt i tillämpningar med växlande belastningsprofiler.

Som i konferensrum till exempel, där en plötslig introduktion av människor kan behöva kylning, en begäran som snabbt växlar till uppvärmning när människorna lämnat rummet igen. Den magnetiska expansionsventilen gör det möjligt för värmepumpen att reagera snabbt på specifika klimatstyrningsförfrågningar.

Dessa termodynamiska förbättringar gäller inte bara i teorin, utan fungerar i praktiken vilket syns tydligt i det ekonomiska värdet. Om värmepumpen utrustas med den förbättrade överhettningsprocessen har den potentiellt en möjlighet att klara av 14 procent mindre energiförbrukning, samtidigt som dess uppvärmningsförmåga ökar med 21 procent.

Dessa resultat understryker de praktiska och ekonomiska fördelar som den nya Siemens-ventilen erbjuder genom en förbättrad prestanda för Refras värmepumpar, en produkt som redan levererar förstklassig effektivitet.

Refras kunder kan förvänta sig en miljövänligare och mer hållbar lösning som samtidigt överensstämmer med energiförbrukningsmålen och minskar kostnaderna, utan att det går ut över prestandan. Det betyder att kunder kan njuta av en förbättrad komfort samtidigt som deras energiutgifter minskar överlag.

Den faktiska energibesparingen beror väldigt mycket på den slutliga tillämpningen, men Siemens är ändå villiga att presentera en uppskattning över det slutkunden kan förvänta sig.

– För ett system på 300 kW kan vår magnetiska expansionsventil klara av energibesparingarna på omkring 300 euro per månad, menar Richard Bork, produktchef för kylventiler på Siemens. Beräkningarna utgår från ett system med 3 500 driftstimmar per år med full belastning, ett elpris för 0,20 euro per kWh och ett lägre överhettningsvärde på 3 000. Besparingarna varierar så klart beroende på olika faktorer som styrkvaliteten för den befintliga stegventilslösningen, de exakta driftsförhållandena, belastningsprofil och avfrostningsbehov, men det ger ändå en bra bild av besparingspotentialen.

Fältstudie i riktiga omgivningstemperaturförhållanden

Att påstå att en produkt är effektiv och att bevisa det är inte samma sak, och det är därför som Refra i Litauen utfört en ordentlig fältstudie i verkliga förhållanden och i realtid, med en Refra IGNIS reversibel värmepump i två kretsar: en med Siemensventilen och en annan med en bipolär stegventil av ett annat märke. Kretsens kylkapacitet är – 6/50°C 21,9 kW, och värmekapaciteten är 31,1 kW. Båda kretsar har en identisk, symmetrisk design.

Studien utfördes under specifika omständigheter: 50°C börvärde för uppvärmning; 30 – 32°C för framledningsvatten; och – 6°C för utomhustemperatur. Båda kretsar kördes i sin 100-procentiga kapacitet på grund av oförmågan att nå börvärdet, vilket gjorde det möjligt att bedöma ventilprestandan för utmanande scenarios.

Studiens insamlade data analyserades genom en uppdelning av den undersökta tidsperioden i 7–8 identiska och slumpvisa tidsramar. Syftet med detta var att egalisera avvikelser i varierande bearbetningsvärden för att garantera trovärdiga medelvärden i bedömningssyfte.

För att utföra beräkningen krävdes vissa antaganden och förenklingar som kunde tillåta en omfattande analys av värmepumpens prestanda och effektivitet under kontrollerade former: isotropisk effektivitet på 0,8; tryckfall antogs vid 0 bar i förångaren, kondensor, sug- och tryckledningar; sensortolerans togs ej i beaktande; egenskaperna för kompressorn höll ett konstant volymflöde på 35,5 m³/h med en konstant volymetrisk verkningsgrad i varje krets.

Lateral jämförelse av ventiler avslöjar tydliga prestandafördelar

Resultaten från analyserna visar tydligt vilken avgörande påverkan överhettningskontroll har för värmepumpens effektivitet. Lägre överhettningsvärde på grund av SH-styrning , leder till högre avdunstningstemperatur vilket i sin tur resulterar i högre COP-värden och kortare avfrostningscykler.

Särskilt när man jämför Refras värmepumpkrets med den nya Siemensventilen och stegventilskretsen, så syns en märkbar ökning i värmeeffekt (COP) med upp till 8,3 procent i uppvärmningsläge. Därtill kan en direkt jämförelse för hela uppvärmningscykeln, (inklusive avfrostningsläge), avslöja en ännu större ökning i värmeeffekten. Eftersom uppvärmningsläget varar längre i den magnetiska expansionsventilskretsen, ökar värmeeffekten med upp till 16,4 procent i jämförelse med stegventilskretsen.

Efter avfrostningsövergången, startar överhettningens börvärde (2) från 7 000 innan det ökar till 10 000 (på grund av hög variation). Den bästa uppnådda regleravvikelsen för överhettningsvärde är +0,3/-0,6 000, medan avdunstningstemperaturen (1) växlar från – 16°C ner till – 20°C och triggar avfrostningsövergången. Den genomsnittliga variationen av suggastemperatur är ±0,5 000 (3). Observera, den totala uppvärmningstiden för stegventilskretsen är 1:01:12 timmar.

Dataregistrering från intern prestationsrapport © Siemens

Den här kretsen går snabbare in i ett stabilt läge efter avfrostningsövergången, något som syns i den mycket jämna (och inte vågiga) grafen. Överhettningens börvärde (2) börjar på 6 000 innan det ökar efter några minuter till 6,2 000 med en maximal översvängning på 0,4 000. Den genomsnittliga regleravvikelsen för överhettningsvärdet förblir stabilt på + 0,0/ – 0,2 000, medan avdunstningstemperaturen (1) skiftar på grund av frost från – 13,8°C ner till – 20°C, och triggar avfrostningsövergången. Den genomsnittliga variationen av suggastemperatur är på nytt ±0,5 000 (3). Som ett resultat av prestationen, ser vi att den totala uppvärmningstiden (utan avfrostning) som levereras av värmepumpen Refra tillsammans med Siemensventilen mer än fördubblas, till 2:11:00 timmar.

Mindre avfrostningstid möjliggör större energibesparingar

Avfrostningsfunktionen innebär ännu en fördel för den magnetiska expansionsventilstekniken i värmepumpen Refra A2W. Lägre överhettning tillåter systemdrift i högre avdunstningstemperaturer, särskilt för dellast, som gör att man kan använda värmeövergången från förångaren. Resultatet? Betydligt mindre is på förångaren i omgivningstemperaturer på omkring ≤0°C. Mindre is innebär mindre avfrostning. Alla värmepumpar förbrukar energi för avfrostning, så om tiden för avfrostning minskar – och antalet avfrostningscykler – så innebär det en enorm fördel för kommersiella och industriella brukare.

I studien kunde värmepumpkretsen med stegventilen köra uppvärmningscykeln i 3,787 sekunder (cirka 63 minuter), utan att behöva köra någon avfrostningscykel. Som kontrast till detta kunde kretsen med den magnetiska expansionsventilen MVL702 köra i 7,961 sekunder (cirka 133 minuter). Det uppvisar en besparingspotential på lite över 50 procent i energiförbrukning. Dessutom kan systemet använda den besparade avfrostningstiden till uppvärmning. En förmåga som skulle kunna fördubbla pumpens energieffektivitetsprestanda.

Nationellt pris uppmärksammar Refras genombrott i Storbritannien

Uppmärksammandet av den potentiellt banbrytande utvecklingen för Refras reversibla värmepumpar tillsammans med Siemens magnetiska expansionsventilsteknik har lett till ett prestigepris. Absolutely Chilled Ltd, har varit Storbritanniens exklusiva återförsäljaren av Refra värmepumpar sedan 2018, och har nu erhållit ett pris i kategorin kommersiella värmepump-produkter vid National ACR & Heat Pump Awards (det nationella luftkonditionerings- och värmepumpspriset) (utsett av ACR Journal och sponsrat av Heat Pumps Today).

Priset som presenterades vid en högprofilerad ceremoni i Manchester, Storbritannien, speglar Refras långtgående åtaganden för att skapa lösningar med miljöansvar som sträcker sig långt bakåt i tiden, ända till 2011. Som den första fältstudiepartnern och en tidig anhängare av Siemens magnetiska expansionsventil för naturliga kylmedel, går företaget i bräschen för en miljövänligare framtid. Hela standardutbudet för Refras reversibla A2W värmepumpar och kylaggregat med propan har utrustats med MVL702-ventilen.

Storbritannien förväntas bli en stark marknad för Refras värmepumpsteknik eftersom landet lagt över 20 miljarder pund på att stötta utplaceringar för avskiljning, lagring och användning av koldioxid (CCUS). Den offentliga sektorns utfasning av fossila bränslen (PSDS) är en del av initiativet och har som mål att minska koldioxidutsläppen från offentliga byggnader med 75 procent till 2037 (jämfört med baslinjen från 2017). Faktum är att tio av Refras propanvärmepumpar med Siemens MVL702-ventil och inverter-styrda kolvkompressorer med DSEAR-standard (motsvarande Europas EN378) redan finns installerade i fyra skolor över landet.

– Valet av Refra-värmepumpar bland projektingenjörer, konsulter och entreprenörer i nya byggnader, eller för ersättning av traditionella värmepannor i befintliga lokaler, borde inte vara svårt, menar Shane McKenzie, affärsutveckings chef på Absolutely Chilled. Den obestridliga datan från Refra/Siemens talar för sig självt, och ännu mer övertygande argument finns det i de naturliga kylmedlen som Refra har arbetat med i över ett decennium.

Richard Bork får sista ordet:

– Vi valde att samarbeta med Refra som vår första fältstudiepartner och de var de första som fick testa MVL702-serien på grund av vår långtgående och framgångsrika yrkesrelation, som alltid baserats på tillit. Refra är ett flexibelt företag med intressanta utvecklingsprogram, de reagerar snabbt och ger återkoppling, vilket krävs för att ta sig igenom hela processen mot en ny produkt som MVL702 som slutligen ska ut på marknaden. Refra har varit en perfekt partner för produkten och vi uppskattar verkligen deras samarbete.