Исследователи Ханьянского университета (Сеул) предложили повышать эффективность воздушного теплового насоса в режиме охлаждения, подавая на прямой испарительный охладитель перед наружным блоком смесь наружного воздуха и вытяжного воздуха от приточно-вытяжной установки с рекуперацией. В жарких и влажных условиях COP системы вырос на 7,3–15,2 %.

В режиме охлаждения наружный блок воздушного теплового насоса работает как конденсатор, и в жару его эффективность снижается: чем выше температура воздуха на входе в теплообменник, тем выше давление конденсации и работа компрессора. Испарительное охлаждение воздуха перед конденсатором частично решает проблему, но его эффект падает с ростом влажности наружного воздуха. Корейские исследователи предложили дополнительно использовать вытяжной воздух, который после приточно-вытяжной установки с рекуперацией теплоты и влаги (энтальпийным рекуператором) прохладнее и суше наружного.

В предложенной схеме наружный воздух смешивается с вытяжным, после чего смесь проходит через орошаемую насадку прямого испарительного охладителя и поступает на наружный блок. По данным авторов, вытяжной воздух снижает и температуру по сухому термометру, и температуру по мокрому термометру воздуха на входе в охладитель, поэтому испарительное охлаждение остаётся эффективным и при высокой влажности.

Испытания провели в климатической камере на тепловом насосе номинальной мощностью 3 кВт с хладагентом R410A. Перед наружным блоком установили испарительный охладитель с орошаемой насадкой толщиной 150 мм, четырьмя форсунками, поддоном и циркуляционным насосом мощностью 21 Вт (расход 3 л/мин). Приточно-вытяжную установку к стенду физически не подключали: параметры смеси рассчитали для расхода вытяжного воздуха 100 м³/ч и воспроизвели в камере. Сравнивали четыре варианта: обычный наружный блок, блок с подачей вытяжного воздуха, блок с испарительным охладителем и предложенную комбинированную систему. Наружная температура составляла 30–33 °C при относительной влажности 60–70 %, в помещении поддерживали 24 °C и 50 %.

При температуре наружного воздуха 33 °C и влагосодержании 21 г/кг комбинированная система снизила температуру воздуха на входе в наружный блок на 6,4 °C по сравнению с обычной схемой. При 32 °C и влагосодержании 19 г/кг температура конденсации снизилась на 6,8 К, степень сжатия — на 7,6 %, работа компрессора — на 13,8 %.

По корреляционным моделям, построенным по результатам испытаний, COP комбинированной системы во всём исследованном диапазоне условий оказался на 7,3–15,2 % выше, чем у обычного теплового насоса. Основную часть охлаждения воздуха обеспечивает испарительный охладитель, поэтому результат зависит от влажности наружного воздуха. Вклад вытяжного воздуха растёт с увеличением влагосодержания и снижает эту зависимость по сравнению со схемой только с испарительным охладителем.

Авторы считают решение пригодным для модернизации существующих систем: достаточно установить испарительный охладитель перед наружным блоком и подвести к нему вытяжной воздуховод уже смонтированной вентиляционной установки. Сложного оборудования система не требует, расход воды и электроэнергии на насос невелик.

Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Building Engineering (Elsevier).