Самодельный тепловой насос чужими руками

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

@Хайдук, читаешь неделю две форум и вперед.

 

Отписался в личку

 

Доброго дня.

На днях стал обладателем ТН. Точнее пару месяцев назад стал обладателем полного омплекта комплуктующих для ТН, и вот только сегодня закончил пуско-наладочные работы.
Мой ТН состоит из КМ Danfoss HHP045, трех ППТО: испаритель 2м.кв, конденстор 2м.кв, предконденсатор 1м, кв, влагоотделитель, рессивер, краны, солленоид, фильтр, ТРВ, автоматика Carel M-Geo.

При настройке системы (расчетные параметры:
1. Зима грунтовые зонды вход 0, выход-5, кипение -10, конденсация СО (система отопления) 40, ГВС (горячая вода) 50
2. Лето 5-0, -5, 0, 50 соответственно.,
При настройке система выходит на эти режимы, кроме режима подготовки ГВС.

В системе подготовки ГВС, я использую ЦН с переменной скоростью вращения вала (точнее автоматика дает такую возможность). Нагреваемая сторона предконденсатора- водопроводная вода, дабы исключить посредника в теплообмене. Предконденсатор площадью 1м.кв, при мощности всей установки 13кВт.
Мысь была такова: при любом срабатывании КМ, ЦН начинает вращаться с переменной скоростью вращения крыльчатки. И чем выше дельта Т (чем больше остывание воды при увеличении расхода), тем выше скорость вращения крыльчатки. Если создаются условия, при которых ЦН выходит на макс. скорость, то он продолжает работать на этой скорости, ока не восстановится температура в бойлере ГВС.
А главное, по плану, при макс. скорости вращения крыльчатки, в предконденсаторе должна была начаться конденсация, что должно было увеличить теплосъем на систему ГВС. В этот момент ЦН СО работает с постоянной пооизводительностью.

Но система по плану работать отказалась.

Я не уверен, что в ПК (предконденсаторе) вообще начиналась конденсация, поскольку как только в бойлере ГВС поднималась температура хоть чуточку выше значения температуры в СО, та самая температура СО начинала так же ползти вверх. А при принудительном отключении ЦН СО, спустя минуту, КМ по высокому давлению.

По моим расчетам 1м.кв ППТобменника вполне хватало для отбора тепла для ГВС (с учетом конденсации в ПК), мощностью не менее 5кВт. И эта мощность меня вполне устроила бы. Но, увы, этого пока не произошло.

Отмечу, что запуск системы и ее настройку произвожу на "испытательном стенде": бочка 200л под гликоль для грунтовых зондов, и такая же бочка для гликоля для теплого пола. Для поддержание расчетной температуры гликоля грунтового коллектора, перекачиваю теплыц гликоль СО в холодный гликоль гр. коллектора. Температура гликоля гр. коллектора практический стабильная Имитация ГВС- канистра 30л.

При настройке системы с трудом добился ее работы без пузырьков в смотровом окне. Причиной тому явился расчет специалиста, который помогал подобрать комплектующие для системы. Он рассчитал объем заправки системы 2, 5- 3кг R22. С таким количеством газа в смотровом окне примерно с одинаковой периодичностью, металась по кругу "сопля" фреона. И только после того, как я дозаправил еще 2кг R22 (при стабилизации температура гликоля гр. коллектора, а так же корректировки величины перегрева, окошко полностью заполнилось.

КАК ТОЛЬКО ПУЗЫРЬКИ ПРОПАЛИ- дозаправку прекратил.
Я не просто так выделил это предложение большими буквами: Поскольку в моем ТН предконденсатор расположен выше конденсатора (это сделано для свободного слив хладогента с маслом в конденсатор. см вложенный файл.), может ли вообще при таком расположении компонентов конденсация начаться в ПК? Или же газ будет попросту пролетать вниз в конденсатор, и конденсироваться там, где попрохладнее (т.е в конденсаторе)? Ну а если все же конденсация может начаться при такой компановке ПК и К, то причиной ее отсутствия возможно является недотаток хладона? Ведь максимальное тепло передается от хладона к теплоносителю при фазовом переходе газа в жидкость. И только лишь когда жидкость омывает стенки ПК, только тогда можно снять заветные 5кВт в бойлер ГВС. А "жидкостного столба" может не хватать, поскольку заправка закончена сразу поле пропадания пузырьков в см. окне.
С радостью выслушею мнение специалистов.
Отдельная благодарность Декабрино, Аппарату, Талькову и Деду Мароссу. Черпая информацию из их постов, я, не имея холодильного образования, смог собрать тепловой насос.

 

Вы хотите в ПК конденсировать или нет?
Судя по размерам К и ПК в ПК начнется конденсация, в К будет идти переохлаждение и дальнейшаяя конденсация.

Я бы ПК взял поменьше чтобы там вообще ничего не конденсировалось, а К сделал бы побольше (перераспределил) бы площади.

Какова мощность компрессора?

 

Мощность КМ -4/40 - 15, 8кВт, -10/40- 13, 2кВт
В ПК хотел в нужный момент отбирать, порядка, 5кВт высоко потенциального тепла. С "переменной", если так можно выразится конденсацией в ПК.
Конденсацию в ПК планировал останавливать замедлением (до полной остановки) вращения крыльчатки ЦН. А при минимальных оборотах, снимать только лишь перегрев.
Допустим, Т в бойлере 50, ЦН выключен. При снижении Т в бойлере на 3С, крыльчатка ЦН начинает вращаться с 50%-й скоростью (если необходимо, то можно настройками снизить скорость). Если расход ГВС большой (набираем ванную), то скорость ЦН постепенно увеличивается, вплодь до 100%, и конденсация начинается в ПК. Производительность ЦН в этот момент достикает 4м3/ч. ЦН конденсатора при этом не отключаю.
Если же во время подготовки ГВС (ЦН ГВС на макс. скор, а Т в бойлере уже достигла 45С), попробовать отключить ЦН конденсатора, то достаточно быстро давление нагнетания поднимается до 25 Бар, и КМ отключается по высокому давлению.
В моей ситуации, К подобран слегка переразмеренным. Для чего увеличивать К?
Если приследовать цель перераспределения площадей для отбора в ПК исключительно перегрева, то можно попросту минимизировать скорость ЦН ПК. И тогда конденсация в ПК точно не начнется. Но 10-15% (как писал когда-то Декабрино) высоко потенциального тепла мне может не хватить.

 

Вот та же схемка с размерами патрубков газового и водяного контуров, а так же модели ППТО, КМ И ЦН
КМ, который я использовал HHP 045 T4

 

@ХочуТН, что-то у Вас шибко всё переразмерено... предконденсатор можно заколбасить
через четырёхходовой клапан...и будет Вам счастье.

 

Сразу по рисунку - обеспечен ли противоток в движении теплоносителя относительно хладагента? Везде идет по потоку. Нужно наоборот!

 

На "схеме" косячек. Нагреваемый контур ПК и К в противотоке. Рисовал не задумываясь. Прошу прощения.

 

О переразмере я знаю.
Причиной тому явилось предложение поставщика привезти ППТО с очевидным переразмером по цене меньших по площади. Экономить не стал. Программа АльфаЛавал и Сондекс на заявленных мной режимал, вовсе выдавали площади порядка 5м.кв.
Если в дальнейшем выяснится, что мощности КМ не будет достаточно для перекрывания теплопотерь дома, добавлю еще один КМ, а ППТО менять не придется.
Вы имеете ввиду подключение газовой линии через 4х клапан?
Тогда мой эксперимент по отключению ЦН К в момент работы ЦГ ПК на максимальной скорости, должен был увенчаться успехом. Этого не произошло. И я предпологаю, по той причине, что ППТО площадью 1м.кв не способен отобрать у хладона 13 кВт тепловой энергии, которую выдавал КМ.
Или же все же проблема в более высоком расположении ПК и К по отношению к горизонту?

 

Немного посчитал...
Если Вы хотите получить максимум тепла для горячей воды, давайте помыслим: В бойлере +45 оС, то есть он немного остыл, при пуске КМ запускается насос ПК. Тут Вы хотите сконденсировать весь R22 и "загнать" 13...14 кВт тепла в воду.
Но есть две проблемы.
1. Для работы ХУ Вам необходимо на выходе из ПТО К (конденсатора) получить 100% жидкость, для того, чтобы на вход в И подать хладагент в жидкой фазе, иначе работы не будет.
2. Для конденсации такого количества хладагента при температуре 50 оС нужно не менее 3,5 м. кв. теплообменной поверхности, гарантированный расход воды от 4 м. куб в час, и постоянную температуру на входе в ПК 45 оС. А бойлер в процессе нагревается нагревается - значит конденсация поползет вверх. Именно это у Вас и произошло - не хватило расхода "холодного" гликоля на входе в ПК и К!
Отсюда видно, что все тепло от х/а в ПК не отобрать. Только какую-то часть. Остальное можно доотобрать в К для отопления.
Что могу посоветовать:
1. Насос ПК не регулировать вообще! Настроить его на любую скорость и пусть молотит всегда, когда включен КМ. Ваша задача накопить то тепло, которое регулярно сбрасывается КМ в виде тепла воде в ПК и расходовать его когда захотите. Для этого нужно поставить аккумулятор тепла побольше, в виде бака с хорошей теплоизоляцией. В добавок всунуть туда дополнительный ТЭН. Можно водяной контур от дровяной печи замутить. И плюс автоматику, чтобы вода не грела фреон. В этих режимах, у Вас в ПК будет влетать фреон с Т= 120 оС (именно такая температура на выходе из КМ на фреоне R22), и выходить с Т=60 оС, отдавая там всего 3,3 кВт тепла воде с расходом воды около 0,6 куб. м/час (вход в ПК = 45 оС, выход из ПК=50 оС). Для этого достаточно ПТО с площадью 0,11 м. кв (!). В Вашем случае D22-50 позволит получить эти 3,3 кВт тепла при (вход/выход) 45/50 оС, и расход достаточен 0,1 м. куб/час. Больше 3,3 кВт высокопотенциального тепла с этой установки не получить. В реальности - около 2. Кстати, трубопровод фреона, идущий от КМ к ПК теплоизолирован? Обязательно изолируйте!
2. В К Вы должны гарантированно сконденсировать фреон, забрав оставшиеся 10...11 кВт тепла!
3. Чтобы выжать больше тепла, необходимо поднять Т кипения в И. При этом, грунт должен быть способен это тепло отдать. Судя по приведенным входу/выходу, грунт это позволяет. Расчеты мои показывают, что при Ваших заявленных параметрах в испарителе D62-50 Вы откачиваете от гликоля до 8 кВт тепла, при входе/выходе 0/-5 оС, кипении фреона -10, с расходом гликоля 1,5 куб. м/час.
Тут есть проблема с расходом! Диаграммы насосов приведены для воды. А расход на ледяном гликоле будет совершенно другим. И это необходимо учитывать при подборе насоса К!
Если Т кипения поднять, скажем до минус 7, а вход/выход гликоля до 0/-3, то можно снять 9,5 кВт тепла, с расходом гликоля уже 2,6 куб. м/час.
Конкретно в Вашем примере недостаточен расход гликоля!
4. Теперь самое незаметное и важное.
Где можно "поднять" еще 3 кВт тепла сходу?
Обратите внимание на трубку, идущую от К к И (к ТРВ). Трубка горячая, потому что конденсация около 50 оС. Если на трубку с жидким хладагентом, идущим в И (к ТРВ) поставить теплообменник, из которого фреон будет выходить с Т=+5 оС, и подать туда гликоль идущий из грунта с температурой около 0, то можно снять около 3,6 кВт тепла, при этом гликоль нагреется до 2 оС, что тоже положительно скажется на мощности от И, и в конечном итоге от К (именно там будет добываться эта прибавка мощности). Для этих целей подойдет теплообменник с площадью около 0,5 м. кв. Гликоль из теплообменника подается дальше на испаритель (И) одни и тем же насосом.
5. Где можно еще съэкономить.
Какое у Вас стоит ТРВ? Механическое?
Если да - меняйте на электронное! И настройте перегрев на 3...4 градуса. А для того, чтобы обезопасить КМ от попадания в него жидкого неиспарившегося фреона, на линию всасывания поставьте отделитель жидкости ОЖ (в Вашей схеме его нет!) При этом трубу, идущую от И к ОЖ и от ОЖ к КМ я бы не стал теплоизолировать - чем больше тепла поступит к этой трубе (и фреону внутри) от окружающего воздуха, тем больше тепла получите в ПК и К. Сам ОЖ тоже изолировать не надо. Но минус только в том, что она будет покрываться конденсатом (кипение минус 7, и температура трубы около нуля), и как следствие влага на полу под ней, тут смотрите по месту - где все стоит...
6. Насчет увеличения мощности.
Я бы не стал заморачиваться со вторым КМ при нехватке тепла, а поставил бы КМ с частотным регулированием! Этот компрессор не подойдет! Нужно ставить полугерметик, например Bitzer 4FES-5 (аналогичной мощности с Вашим), самый стандартный из линейки, и всегда имеющимся в любой дыре. ЕГо можно крутить от 25 до 80 Гц.
Подключаем его в треугольник и разгоняем до 80 Гц. С ровного места, и при той же стоимости получаем плюсом 60% мощности (правда перед этим раскошелились на частотник - около тридцатки денег и чуть повыше расход эл. энергии при работе на повышенных частотах).
Бонус еще и такой - можно снижать мощность на 50%, снижая частоту до 25 Гц. При этом самым экономным образом затрачивая электроэнергию.
Плюс еще и в том, что частотник не сожгет компрессор, а будет давать нужные параметры питания, отслеживая все критические режимы! Минус - нужно 380V на вводе и необходимость запаса в ПТО, расходах насосов.

Подытожа вышеприведенное мое мнение, можно путем небольших апгрейдов снять с аналогичной по мощности установки до 20...24 кВт тепла в конденсаторе, с учетом температуры кипения +50 оС. Прирост около 25...30% и в ПК и в К.

 

Насчет заправки и всего остального.
Не никакой почти разницы, как у Вас расположен ПК и К относительно горизонта! Там такие скорости, что масло и фреон циркулируют хорошо.
Насчет объема заправки - да, в большинстве случаев пропадание пузырьков пара в смотровом стекле после фильтра и есть сигнал окончания заправки.
Но это не всегда наиболее точный и однозначный признак. При изменении режима работы Фреона может снова не хватать.
Наиболее точный способ - добиться переохлаждения жидкости Фреона на выходе из К. Для этого нужно высчитать температуру конденсации по манометру и реальную температуру жидкости на выходе из К. Труба должна быть холоднее на 5...7 градусов на всех режимах работы.

 

Благодарю за столь подробное изложение.
Нужно время, чтобы все осмыслить.
На что обратил внимание (по порядку по тексту):
1. 3, 5м.кв теплообменной площади у меня есть К+ПК. Осталось придумать, как эту площадь использовать в обеих целях.
2. UPS 25-40 по воде дает 3 м. куб/ч, а 32-60 по воде дает 3, 5 - 4, 5 м. куб/ч. (в разных источниках информации по разному. В понедельник загляну в инструкцию ЦН)
3. Все трубопроводы от ТРВ до К, включая сам К термоизолированы.
4. Перегрев без особых трудностей поддается регулировке. Давление всаса корректировал от 1, 8 (и дальше поддавалось корректировке), до 3, 5 бар.
5. Исаритель D62-40 на 0, 6 м. кв меньше.
6. Расчетная Т гликоля зондов вх. 0, вых -5. Во время испытаний обращал внимание на то, что температура выхода была слегка выше: -3, 5
7. По регенеративному ТО: я считал, что этот элемент прироста мощности не добавляет. А только лишь заставляет тепло циркулировать по кругу. Поясните, в чем его положительный эффект.
8. ТРВ механический ТЕХ5, дюза 2.
9. Отделитель жидкости есть. На рисунке его не правильно обозвал.
10. Декабрино когда-то писал, что лишний перегрев R22 не нужен.

 

Доброго дня!
Итак, продолжим наши научные изыскания)
1. Насчет как использовать К и ПК я уже написал. Через ПК мы гоняем горячую воду и все, сколько отдали воде - столько отдали. Там никакой конденсации не нужно! Вся конденсация будет в К! В ПК мы просто поддерживаем температуру горячей воды в бойлере посредством отбора тепла от ГАЗА R22, охлаждая его с 120 оС до скольки получится, тут нет теплоты фазового перехода в жидкое состояние, то есть конденсации! Конденсация происходит при постоянной температуру в К, то есть в К, отводя от фреона тепло мы превращаем его в жидкое состояние. Одного ПК для конденсации МАЛО! Зато его с избытком для снятия перегрева с газа. Там немного тепла от охлаждения газа - я писал сколько кВт. Именно этим теплом и надо греть воду. Потому что разницы температур между горячим фреоном и водой существенный. Во время конденсации, если у Вас в бойлере уже вода нагрета до 50, то температура конденсации будет расти вверх! И при конденсации 55...60 оС, фреон на выходе из компрессора будет иметь температуры под 140 оС, это чревато!
2. Нужно точно выяснить давление на входе и выходе насоса, чтобы понять сколько кубов он качает.
3. Хорошо!
4. Тут поподробней! Что такое ТРВ? Это не регулятор давления, и не регулятор температуры! Это регулятор уровня жидкого хладагента в испарителе! По сути, бачок унитаза, из которого постоянно сливается вода в унитаз (в нашем примере в компрессор), и поплавок должен поддерживать уровень в бачке максимально высоким! Но при этом, чтобы вода не перелилась через край (в нашем примере это гидроудар в компрессор). ТРВ ТЕХ5 меняет перегрев на 0,5 градусов за один оборот. Перед установкой, нужно было выставить зазор между седлом и шайбой пружины около 27 мм и ни в коем случае его НЕ ТРОГАТЬ больше. Это очень точный прибор! Меняя перегрев посредством вращения винта настройки Вы уменьшаете количество фреона в испарителе, а значит и его способность отобрать тепло от гликоля. Уровень фреона в испарителе должен быть МАКСИМАЛЬНЫМ, но при этом не допускать прорыва жидкого хладагента в КМ (тут как раз и пригодится отделитель жидкости). Отрегулировав раз, больше не трогайте винт настройки!
5. В Ваших интересах иметь испаритель как можно больше! И обязательно ставьте хороший насос с правильным расходом! Тем более, Вам нужно увеличить расход, так как испаритель меньше. И еще, не забывайте, что ПТО создают серьезные гидравлические потери, поэтому характеристики насосов я бы перепроверил!
6. Нормальный перепад температур между входом и выходом - около 3...5 градусов!
7. Давайте разберемся, что делает ТН в частности и любая холодильная машина в общем? Она НЕ СОЗДАЕТ ТЕПЛО ИЛИ ХОЛОД. Она его ПЕРЕНОСИТ от одной среды в другую! Читаем второе начало термодинамики. Рабочее вещество в этом переносе - Фреон.
Что делает КМ, затрачивая энергию? Он тратит энергию на перенос тепла от гликоля из скважин - гликолю в СО (системе отопления). То есть тепло, снимаемое в К - это тепло, отобранное от гликоля в И ПЛЮС потребленная на этот процесс энергия из сети!
Исходя из этого, чем больше тепла поступит фреону в И и по пути к КМ, и чем больше энергии мы затратим на работу компрессора, тем больше тепла мы снимем в К. Работу КМ мы изменить сможем мало, так как современные двигатели очень эффективны, а вот подвести тепло в И можем: либо подать более теплый гликоль из скважин, либо увеличить расход гликоля из скважин, либо увеличив площадь И, либо нагрев фреон в другом месте по пути в КМ.
Вот тут мы и можем использовать тепло от жидкого фреона идущего из К. И правильно говорит Декабрио, это тепло НЕ НУЖНО передавать напрямую фреону в регенеративном теплообменнике, потому что особенность R22 такова, что чем горячее придет газ в КМ тем горячее он выйдет (энергия, затрачиваемая КМ на сжатие фреона расходуется и на нагрев его). Пример Ваш: при входе газа в КМ 0 оС, выход - 116 оС, при входе газа +22 оС, выход уже +140 оС, при этих температурах компрессор не проживет и полгода.
Поэтому, тепло нужно передать другому веществу, участвующему в нашем процессе - а именно гликолю, который входит в И! Тогда при температуре трубки с фреоном, идущей в И, равной +45 оС, мы снимем с гликоля в И всего 8 кВт тепла, а при охлаждении трубки с фреоном до +5 оС, мы снимем в испарителе уже 10,7 кВт. А значит и в К мы снимем уже на почти 3 кВт больше (читайте выше, почему - там прибавляется еще и работа КМ плюс Т кипения вырастет из-за более теплого гликоля). Вы можете охладить этот фреон (из К в И) и посторонним источником тепла - эффект будет!, но у Вас уже есть чем - гликоль с температурой 0 оС - халява под рукой!
Это реально так, и не плод чьих то фантазий! Чистая физика! Могу пояснить дополнительно, почему столько кВт прибавляется... если нужно.
8. У механики есть особенность - это инерция и не столь высокая точность. В случае, если Вам нужно заполнить испаритель на все 100%, лучше применить электронный, так как механика настраивается на более безопасный уровень, из-за своей невысокой точности, и теряется окол 10...15% площади теплообменной поверхности (она попросту не участвует в передаче тепла от гликоля фреону).
9. Это квадратик с надписью В. О?
10. Да, рассмотрели выше, это все верно!

Сухой остаток - увеличить расход гликоля через испаритель. Поставить теплообменник фреон/гликоль. Четко держать Т конденсации на +50 (вот тут как раз и потребуется управление расходом насоса - конденсация растет - растет расход, и наоборот). Насос ПК можно ставить самый маленький и не тратить элэнергию вхолостую. И на ГВС и на СО иметь аккумуляторы тепла в виде баков большой емкости, чтобы у Вас при перерывами между пусками КМ (не более 12 пусков в час) теплоноситель не успевал сильно охладиться!

 

Я бы еще подумал над конкретно применяемым хладагентом, тут тоже можно получить дополнительный прирост, выбрав фреон поудачней.