Sprężarka stanowi podstawowy element pompy ciepła mający istotny wpływ na efektywność jej pracy. Nowoczesne sprężarki inwerterowe umożliwiają płynną regulację wydajności jej pracy przy zachowaniu wysokiej sprawności pracy. Sprężarki inwerterowe są oferowane w przystępnym koszcie zakupu np. w postaci sprężarek rotacyjnych z podwójnym tłokiem (Twin Rotary Inwerter DC).

1. Sprężarka inwerterowa w pompie ciepła
 Rodzaje stosowanych w pompach ciepła sprężarek
 Zasada działania sprężarki inwerterowej
 Korzyści wynikające z zastosowania sprężarki inwerterowej
Wydanie 1/2015
30.11.2015
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. 2
Sprężarka – główny element w budowie
pompy ciepła
Sprężarka jest często uznawana za
najważniejszy element w budowie pompy
ciepła. Zapewnia pracę obiegu chłodniczego
i w pierwszym rzędzie to od niej zależy
efektywność pracy pompy ciepła. Największa
część zużycia energii elektrycznej ( 90%)
przypada w pompie ciepła na sprężarkę
(pozostała część na pompę obiegową oraz
sterowanie)

3. 3
Potencjał techniczny dla wzrostu
efektywności pracy pompy ciepła
Konstrukcja sprężarki:  +9%
Sterowanie wydajnością:  +25%
Wysokoefektywna
pompa obiegowa:  +5%
Rodzaj czynnika chłodniczego:  +10%
Konstrukcja parownika
i skraplacza:  +10%
Opory przepływu:  +3%
Ekonomizer (wymiana ciepła
w obiegu chłodniczym):  +10%
 Współczesne pompy ciepła wysokiej klasy technicznej cechują się wysoką efektywnością
pracy, jednak cały czas upatruje się możliwości jej zwiększania. Potencjał leży w samej
konstrukcji urządzenia i wg różnych szacunków, zwiększenie efektywności może wynosić
nawet 2030%. Wysokie znaczenie odgrywa tu konstrukcja sprężarki i sterowanie jej
wydajnością. Potencjały wzrostu dla wymienionych punktów nie sumują się ze sobą ze
względu na wzajemne oddziaływanie na siebie. W opracowaniu z 2009 r. nie wskazano m.in.
takich elementów jak: zawór rozprężny (elektroniczny), czy wentylator (silnik prądu stałego).
Źródło: „Guter Geräte-COP kein Effizienzgarant”, W.Schmid, SBZ 03/2009

4. 4
Typy sprężarek dla pomp ciepła małej mocy
(nie przemysłowych itp.)
 Dla powszechnie stosowanych pomp ciepła spotykane są 3 główne typy sprężarek:
Sprężarka
tłokowa
 Coraz rzadziej obecnie stosowane ze względu na stosunkowo niską sprawność,
nierównomierną pracę i zwiększony poziom drgań podczas pracy. Zaletą jest niska
cena, prosta konstrukcja. Spotykane w pompach ciepła wody użytkowej małej mocy.
Sprężarka
spiralna
 Sprężarki nazywane także typem Scroll znajdują zastosowanie zwykle w pompach
ciepła „większej” mocy (od około 10 kW). Cechują się bardzo wysoką sprawnością,
stabilną i cichą pracą oraz równomierną wydajnością (bez pulsacji). Wymaga wysokiej
precyzji wykonania i cechuje się najwyższym kosztem zakupu, szczególnie w wersjach
z płynną regulacją wydajności.
Sprężarka
rotacyjna
 Szeroko rozpowszechnione w pompach ciepła i produkowane w wielu odmianach:
od najprostszych rotacyjnych z jednym tłokiem działających w trybie ON/OFF
(np. w pompach ciepła wody użytkowej), po zaawansowane z podwójnym tłokiem
(Twin Rotary) i płynną (inwerterową) regulacją wydajności.
 W ostatnich latach nastąpił znaczący rozwój technologiczny i rozpowszechnienie
zastosowania sprężarek z podwójnym tłokiem i inwerterową regulacją wydajności.

5. 5
Prąd zmienny AC
230V 50Hz
Regulator
Zasada pracy sprężarki typu ON-OFF
 Prąd zmienny (a dokładniej: przemienny) zasila bezpośrednio sprężarkę poprzez regulator,
który jedynie decyduje o potrzebie włączenia lub wyłączenia sprężarki z pracy.
 Obroty sprężarki są stałe, a wydajność pompy ciepła zależy od temperatur roboczych
po stronie dolnego i górnego źródła ciepła.
Prąd zmienny AC
230V 50Hz
ON-OFF
 Brak regulacji wydajności nie jest problemem w przypadku np. pomp ciepła wody
użytkowej, gdzie stosuje się sprężarki małej mocy (2÷3 kW), warunki pracy są w dużym
stopniu przewidywalne i stabilne. Czas pracy sprężarki jest stosunkowo długi, nawet kilka
godzin przy podgrzewaniu wody od np. 15 do 45 oC: około 5÷7 godz. Regulacja wydajności
jest z kolei wskazana dla pomp ciepła pracujących na potrzeby ogrzewania budynku, gdzie
potrzeby cieplne są zmienne w czasie.

6. 6
Prąd 3-fazowyInwerter
(Falownik)Prąd stały DCPrzekształtnik
prądu
Zasada regulacji wydajności sprężarki
z inwerterem prądu stałego (Inwerter DC)
 Prąd zmienny (a dokładniej: przemienny) 230 lub 400 V jest zamieniany na prąd stały przez
tzw. przekształtnik. Rolą inwertera (falownika) jest z kolei zamiana tego prądu na 3-fazowy
zasilający sprężarkę i zapewnianie w ten sposób wymaganych obrotów sprężarki.
 Regulacja obrotów sprężarki przez inwerter odbywa się przez zmianę częstotliwości oraz
amplitudy prądu. Przykładowy zakres regulacji częstotliwości dla sprężarki zastosowanej
w pompie ciepła powietrze/woda Vaillant aroTHERM VWL 115/2A może wynosić od 15 do
120 Hz (lub w innej jednostce: RPS).
Prąd zmienny AC
230V 50Hz
DC
INVERTER
 Inną odmianą (wcześniejszą) są inwertery prądu przemiennego (AC), gdzie klasyczny silnik
indukcyjny przystosowano do pracy z niższymi obrotami (zmiana napięcia). Cechują się one
jednak niższą sprawnością (5÷8%) niż silniki prądu stałego, mniejszym zakresem regulacji
i większymi gabarytami.

7. 7
Sprężarka rotacyjna Twin Rotary – rozwinięcie
konstrukcji sprężarki rotacyjnej
 Rozwinięciem konstrukcji sprężarek rotacyjnych stała się sprężarka z dwoma tłokami (Twin
Rotary). Dzięki temu zwiększono wydajność przy mniejszych rozmiarach sprężarki, a przede
wszystkim zdecydowanie zmniejszono wibracje i tym samym obciążenie mechaniczne wału
(wpływ na niezawodność, trwałość, hałas). Sprężarka z dwoma tłokami pracuje w stabilny
sposób – sprężanie nie jest tak pulsacyjne jak przy sprężarce z jednym tłokiem. Sprężarki
z dwoma tłokami mogą pracować także stabilnie przy niższych obrotach, stąd można w nich
zastosować płynną inwerterową regulację wydajność (Twin Rotary Inwerter).
Twin Rotary
Sprężarki rotacyjne
z jednym tłokiem
stosowane są w niskim
zakresie mocy, głównie
dla pomp ciepła wody
użytkowej
Single Rotary

8. 8
Częstotliwość (Hz, RPS)
Zależność efektywności pracy pompy ciepła
od wydajności sprężarki inwertowej DC
95100%
9095%
7590%
COP(średniedla:A2/W35,
A7/W35,A10/W35,A12/W35)
 Nowoczesna sprężarka inwerterowa cechuje się wysoką efektywnością pracy w szerokim
zakresie obrotów/częstotliwości. W podstawowych najczęściej spotykanych warunkach pracy
pompy ciepła (temperatura zewnętrzna od +2 do +12 oC), najwyższa efektywność COP
pompy ciepła przypada na zakres 4070 Hz. Nadal wysoka efektywność COP na poziomie
9095% wartości maksymalnej COP przypada na cały zakres 3085 Hz. Dopiero przy
podwyższonej częstotliwości (> 85 Hz), obniża się efektywność. Są to jednak najczęściej
chwilowe warunki pracy – gdy
temperatura rzeczywista na
zasilaniu instalacji grzewczej
odbiega znacznie od
temperatury żądanej i pompa
ciepła musi zwiększyć swoją
wydajność grzewczą.
Wykres dla pompy ciepła
Vaillant aroTHERM VWL 115/2,
dla podgrzewania wody 30-35 oC
COPmax = 4,60

9. 9
Wpływ pracy sprężarki inwerterowej
na efektywność COP pompy ciepła (W30-35oC)
COP
Temperatura zewnętrzna
W30-35oC
A2/W30-35 A7/W30-35A-7/W30-35A-15/W30-35
 Najwyższa efektywność pompy ciepła przypada na obciążenie sprężarki rzędu 40-70%:
obroty od 40 do 70 RPS (obr/sek.). Zwiększone (występujące przeważnie chwilowo)
obciążenie rzędu 80-108 RPS zmniejsza efektywność COP pompy ciepła
 Przykładowy wykres dla pompy ciepła powietrze/woda Vaillant aroTHERM VWL 115/2A
o mocy znamionowej 10,5 kW (A7/W35), dla podgrzewania wody od 30 do 35 oC (W30-35oC)

10. 10
COP
Temperatura zewnętrzna
W40-45oC
A2/W40-45 A7/W40-45A-7/W40-45A-15/W40-45
 Najwyższa efektywność pompy ciepła przypada na obciążenie sprężarki rzędu 40-70%:
obroty od 40 do 70 RPS (obr/sek.). Zwiększone (występujące przeważnie chwilowo)
obciążenie rzędu 80-100 RPS zmniejsza efektywność COP pompy ciepła
 Przykładowy wykres dla pompy ciepła powietrze/woda Vaillant aroTHERM VWL 115/2A
o mocy znamionowej 10,5 kW (A7/W35), dla podgrzewania wody od 40 do 45 oC (W40-45oC)
Wpływ pracy sprężarki inwerterowej
na efektywność COP pompy ciepła (W40-45oC)

11. 11
Zaawansowane technologie w budowie
sprężarek inwerterowych
 W sprężarkach inwerterowych stosowanych w pompach ciepła typoszeregu aroTHERM,
silnik wykonany jest w technologii bezszczotkowej (BLDC). W tego typu silnikach stosuje się
magnesy stałe np. neodymowe lub zawierające metale ziem rzadkich (np. samar). Dzięki
temu wirnik cechuje się około 3-krotnie wyższą indukcją pola magnetycznego w porównaniu
do standardowego wirnika wykonanego z magnesu ferrytowego.
 Silnik bezszczotkowy cechuje się wyższą
o około 58% sprawnością w porównaniu
do klasycznych silników (szczotkowych).
 Korzyścią jest obniżenie zużycia energii
przez sprężarkę, a tym samym wzrost
efektywności pracy pompy ciepła. Mniejsza
ilość części ruchomych wydłuża trwałość
silnika bezszczotkowego.
 Korzystne są także warunki rozruchu
silnika, także dzięki połączeniu z regulacją
wydajności przez inwerter (start z mniejszą
wydajnością w porównaniu do sprężarek
ON-OFF).
Vaillant aroTHERM VWL

12. 12
Korzyści z zastosowania sprężarki
inwerterowej – porównanie pracy
 Moc grzewcza pompy ciepła powietrze/woda ze sprężarką typu ON-OFF przekracza
znacznie potrzeby cieplne budynku w wyższych temperaturach zewnętrznych. Powoduje to
powstawanie nadmiaru ciepła i tzw. taktowanie pracy sprężarki. Może zachodzić konieczność
zastosowania zbiornika buforowego. Sprężarka inwerterowa o płynnej regulacji wydajności
pozwala dostosować moc grzewczą pompy ciepła do chwilowego zapotrzebowania ciepła.
Temperatura zewnętrzna (oC)
Moc/Zapotrzebowanie(%)
Temperatura zewnętrzna (oC)
ON-OFF INWERTER

13. 13
Korzyści z zastosowania sprężarki
inwerterowej – dostosowanie do potrzeb
 Sprężarka inwerterowa zapewnia wysoką stabilność temperatury zasilania instalacji
grzewczej, co przekłada się na małe wahania temperatury wewnętrznej w budynku.
Ogranicza się dzięki temu przegrzewanie lub niedogrzewanie budynku.
 Sprężarka inwerterowa pozwala także na szybsze uzyskanie wymaganej temperatury
wewnętrznej, a obniżanie wydajności zmniejsza liczbę uruchomień pompy ciepła
(taktowanie). Przekłada się to na wzrost efektywności, niezawodności i trwałości sprężarki.
Czas pracy
Temperaturawewnętrzna
Temperatura żądana
Duże wahania temperatury
Krótki czas rozruchu
Pompa ciepła inwerterowa
Pompa ciepła ON-OFF
Małe wahania temperatury

14. 14
Korzyści z zastosowania sprężarki
inwerterowej – wydłużenie trwałości
 Możliwość obniżania wydajności, powala wydłużać pracę sprężarki jednocześnie
zmniejszać liczbę włączeń i wyłączeń (tzw. taktowanie). W przypadku pomp ciepła dąży się
do jak najmniejszej liczby jej włączeń. Każdy rozruch powoduje zwiększone zużycie energii,
a w początkowej fazie pracy pompy ciepła występują niekorzystne warunki ze względu
na ograniczone smarowanie części ruchomych olejem zawartym w czynniku chłodniczym.
 W monitorowanych 22 pompach ciepła typu powietrze/woda (dane Instytutu ISE Fraunhofer)
w okresie 07.2012-06.2013, średnia dzienna liczba włączeń wyniosła 13 (od 4 do 29)
(jedynie 5 pomp ciepła posiadało sprężarki o regulowanej wydajności).
170.000
włączeń
 35 lat
 Dla deklarowanej trwałości sprężarki
= 170.000 włączeń, przy średniej
ilości włączeń 13/d, czas jej pracy
można szacować nawet na ok. 35 lat.
 Prąd rozruchu sprężarki rotacyjnej
inwerterowej (aroTHERM VWL) jest nawet
2-krotnie niższy od tej samej mocy
sprężarek spiralnych. Łagodny
rozruch nie wymaga stosowania
wyższych zabezpieczeń elektrycznych
czy też wyższej mocy zamówionej.

15. 15
Korzyści z zastosowania sprężarki
inwerterowej – prosty układ grzewczy
 Brak nadwyżek ciepła eliminuje potrzebę stosowania dużych zbiorników buforowych dla
akumulacji ciepła. Obniża to koszty inwestycyjne, oszczędza miejsce zabudowy w kotłowni.
 Przykładowy układ hybrydowy pompy ciepła typu powietrze/woda (1) z wiszącym kotłem
gazowym (2) korzysta jedynie ze zbiornika buforowego (4) małej pojemności (40 litrów),
który pełni funkcję sprzęgła hydraulicznego. Wydajność grzewcza pompy ciepła jest płynnie
regulowana w zależności od zapotrzebowania ciepła budynku (5). Ciepła woda użytkowa (6)
jest w tym przypadku podgrzewana w podgrzewaczu (3) tylko przez kocioł grzewczy
(nie podwyższając temperatur pracy pompy ciepła, co obniżało by efektywność jej pracy).







16. 16
Sprężarki inwerterowe – standard
nowoczesnych pomp ciepła
 Pompy ciepła powietrze/woda znajdują zastosowanie
coraz częściej w budynkach nie tylko nowych, ale także
modernizowanych z instalacjami grzejnikowymi.
Na ich wzrost popularności wpływ miał również rozwój
technologiczny w budowie sprężarek, który doprowadził
do wzrostu ich efektywności i zwiększenia możliwości
regulacyjnych.
 Współczesne wymagania dla efektywności pomp
ciepła, gdzie istotna jest sezonowa efektywność SCOP,
a nie chwilowa COP, stawiają na preferowanej pozycji
sprężarki inwerterowe. Wartość SCOP jest określana
dla 4 różnych częściowych obciążeń pompy ciepła.
Efektywność sprężarki inwerterowej jest w szerokim
zakresie wyrównana i wysoka, co sprzyja osiąganiu
wysokiej efektywności sezonowej SCOP.
Vaillant aroTHERM VWL

17. Chłodzenie
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji