Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

Здравствуйте. Если позволите, несколько практических вопросов:
1. Радиатор внешнего блока ТН воздух-вода. На сколько лет эксплуатации можно рассчитывать в условиях морского климата, если до воды не более 500 м? Опрос хозяев кондиционеров не корректен, т. к. в нашем климате у них наработка в год не более 100-200 часов. У домов класса «картонстрой» годовая наработка существенно больше, но это дети последней пятилетки. Если необходимо, то причины своей озабоченности могу объяснить.
2. Тот же вопрос, но относительно наружного блока ОКТОПУСА. Там кроме агрессивной морской среды добавляется еще и гальванопара медь/алюминий. На какой срок эксплуатации можно рассчитывать?
3. Наружный блок ОКТОПУСА начинает обмерзать при 2-3°С. При наличии ледяной корки уже нельзя говорить о теплообмене воздух-алюминий. На сколько, по вашему мнению, оправдана такая конструкция испарителя?
4. Поддается ли анализу наружный блок типа ОКТОПУС, но из PVC труб с пропиленгликолем и, естественно, промежуточным ПТО? Минимальная температура зимой - 2°С. и только ночью. Днем отрицательных температур не бывает. Первая линия у моря, дождем и ветром не обидели.
Заранее благодарен за любые ответы.

 

Уважаемый Dekabrino.
В самом начале этого поста Вы писали "...для теплового насоса в большинстве случаев подойдет практически от любой холодильной машины, кроме тех моделей, где двигатель снаружи." Значит ли это, что полугерметичные компрессоры для ТН не подходят ?

 

Уважаемый Dekabrino, с интересом читаю ваши сообщения, спасибо. Но, чисто интуитивно, трудно согласиться с вашими аргументами. Уж очень сильно теплоемкость воды превышает теплоемкость воздуха.
Я как раз собираюсь попробовать кондиционер в качестве ТН воздух-вода, для подогрева воды. Для этого хочу поместить воздушный теплообменник в камеру с циркулирующей водой для отбора тепла.
Приведу фотографии итальянского чиллера Компрессор: 220в 5,5А., Теплообменник: Медная труба диам.=12мм, спираль диам. 15см, высота20см, 12,5 витков вплотную намотаны,

 

Программы подбора ППТО (естественно своего производства) есть у каждого изготовителя теплообменников.
Если интересуют общие принципы, то напишу обобщенные рекомендации по подбору.

В принципе подходят, если работать будут на расчетном перепаде давления и в правильном пространственном положении. ППТО для холодильных машин имеют четное количество пластин, в крайних ходах вода, хладагент во внутренних. Есть и специализированные модели для применения в качестве испарителей, с встроенными распределителями (дистрибьютерами) жидкости. У Данфосса в названии модели буква Q в конце. У Альфа Лаваля есть модели для испарителей с их патентованной системой Equalancer.

 

Интересуют напишите.
Программа подбора ППТО Данфос у меня есть, но у нее нет жидкости фреон, только вода и гликоль.

 

Не думаю, что в 500 метрах от моря на внешнем блоке может сильно сказаться агрессивное влияние морской воды. Прямо у береговой черты или на борту корабля - другое дело.

Наружный блок Октопуса это испаритель-воздухоохладитель, работающий на естественной конвекции, со своими плюсами и минусами.
Плюсы - это отсутствие шума вентиляторов и оригинальный дизайн, привлекающий к себе внимание.
Дед Марос мечтает вместо украшения в огород поставить. Я бы тоже не отказался, но исключительно ради дизайна.
Минусы - необходима большая площадь испарителя, материалоемкость, зависимость параметров не только от окружающей температуры, но и от скорости ветра.
Как и в любом теплообменном аппарате тепловая (холодильная) мощность зависит от площади теплообмена, скорости среды относительно площади теплообмена, теплоемкости, теплопроводности, вязкости среды и т. п.
Изменяется в процессе только скорость воздуха, а скорость воздуха зависит от ветра в текущий момент, следовательно мощность тоже зависит от скорости ветра.
А площадь теплообмена нужно выбирать для наихудших условий, то есть когда ветра совсем нет, что часто случается как раз при морозах.
При небольших скоростях ветра (до 1-2 м/с) наличие или отсутствие льда на алюминиевых ребрах испарителя не играет особой роли, несмотря на 100 кратную разницу в теплопроводности (200 у алюминия и 2 у льда).
Незначительная теплоемкость воздуха при маленьких скоростях воздухообмена все равно не позволит отвести все то тепло, которое мог бы передать через себя алюминий от трубок с кипящим хладагентом. Ведь дельта температур кипения хладагента и воздуха не безграничная, а определяется характеристиками применяемого хладагента, возможностями компрессора и требуемой энергоэффективностью. Теплоотдача от поверхности к воздуху при естественной конвекции вполне конкретная. Например в СНиП указаны 23 Вт/м2К для наружных поверхностей, то есть при среднем ветре до 3 м/с.
Если безветрие, то можно там-же взять другую цифру, это 8,7 Вт/м2К для естественной конвекции.
Чтобы получить от испарителя 5 кВт холодопроизводительности при 10 градусах перепада и легком ветерке надо задействовать более 20 м2 теплообменной поверхности, а в безветрие уже почти 60 м2.
Если в Октопусе заявляемая мощность не будет соответствовать вышеуказанной необходимой площади теплообмена, значит недостающую энергию Осьминог собирается черпать не из окружающего воздуха, а из другого места, но это уже тема для других форумов, про чудеса например.
В Вашем случае, при наличии ветров, дождей и не очень холодного климата может и имеет смысл прикинуть вариант с пассивным испарителем, если хочется исключительной тишины. Но все равно не забывать, что вентилятор позволяет снизить площадь теплообмена в несколько раз.
В Вашем климате любой бюджетный кондей будет работать на обогрев, если даже ночью
не бывает холоднее -2.

Хорошо

 

Жду

 

У полугерметичного компрессора двигатель тоже находится внутри. В этом плане он ничем не отличается от герметичного, кроме возможности разборки для ремонта.

Любая холодильная машина является тепловым насосом.
Только при работе на обогрев и на охлаждение СОР считается по разному.
В случае охлаждения СОР = холодопроизводительность / потребляемая мощность.
В случае обогрева СОР = (холодопроизводительность + потребляемая мощность) / потребляемая мощность
Отсюда видно, что СОР у одной и той же холодильной машины в режиме обогрева ровно на единичку больше, чем в режиме охлаждения.
В режиме охлаждения отводимое тепло и дополнительное тепло от двигателя безжалостно выбрасываются на улицу.
В режиме обогрева нужно именно тепло, а не холод, и СОР желателен максимально возможный, поэтому тепло от двигателя имеет смысл тоже использовать на обогрев. Если двигатель будет снаружи компрессора, то эта задача намного усложнится. Общий КПД привода компрессора от асинхронного двигателя через ременную передачу может составлять всего 50%.
КПД асинхронника 60-80 % и потери на ремне 10-20%
Оно нам надо, половину терять.

 

Несомненно теплоемкость воды больше теплоемкости воздуха в тысячи раз, но давайте прикинем во сколько, что это нам дает, и почему в реальных теплообменных аппаратах невозможно реализовать такое громадное преимущество.

Теплоемкость воды 4,18 кДж/(кг*К)
теплоемкость воздуха 1 кДж/(кг*К)
Пока всего в 4,18 раза. Но нам интересны одинаковые объемы, а не масса

Плотность воды 1000 кг/м3
плотность воздуха 1,3 кг/м3
Вода плотнее воздуха в 770 раз, значит теплоемкость 1 м3 воды в целых 3200 раз больше теплоемкости 1 м3 воздуха.

Но какой отсюда можно сделать вывод?
Чтобы поглотить одинаковое количество теплоты воды потребуется в 3200 раз меньше по объему, чем воздуха.
И совсем не факт, что эффективность одних и тех же теплообменников будет тоже во столько же раз лучше при использовании воды.
Виной тому динамическая вязкость воды, превышающая вязкость воздуха в 100 раз (при 0 град С)
По мере повышения температуры вязкость воды снижается, а вязкость воздуха повышается.
Оптимальные условия для обтекания теплообменной поверхности для воздуха и воды различны. И даже в этом случае для скоростей в районе 1 м/с для воздуха получают теплоотдачу от твердой поверхности 20-25 Вт/(м2*К). Для воды только 800 -1000 Вт/(м2*К).
Разница всего 40 раз, а ведь объемная теплоемкость отличается в 3200 раз, да еще и теплопроводность воздуха в 30 раз хуже воды, что вообще делает различие в 96 000 раз, если тупо перемножить.
Разница в 40 раз подтверждается конструкцией оребренных труб теплообменников вода-воздух, когда коэффициент оребрения со стороны воздуха как раз оставляет около 40.

Помещая в воду теплообменник, разработанный для воздушных конденсаторов с плюсовой температурой, с расстоянием между ламелями оребрения 2 мм, что нормально для конденсаторов наружных блоков сплит-систем, ничего хорошего не получим.
Вязкая вода между ламелями будет только мешать тепоотдаче.
Лучше опустить в воду спираль из голой трубы, как и сделано в чиллере на фотографиях.
Исключением может служить теплообменник-испаритель для низкотемпературного воздухоохладителя, с короткими и редкими ламелями (с расстоянием не менее 10-12 мм).
В этом случае положительный эффект от оребрения будет уже значительным.

 

А как вы прокомментируете столь малую площадь теплообменника (испарителя) в итальянском чиллере -
всего 5,6 м медной трубы диаметром 12 мм, всего 0,2 кв. м !
если убрать аллюминиевое оребрение у заводского воздушного теплообменника кондиционера, то как раз и получится близкая к этому чиллеру площадь теплообмена.
А как вы относитесь к идее использования с минимальными переделками кондиционера в качестве ТН воздух-вода, для подогрева воды?

 

Это скорей всего низкотемпературный охладитель жидкости на R404а.
Он предназначен для охлаждения до -30 незамерзающих жидкостей, использующихся в различных технологических процессах.
Если мощность компрессора около киловатта, то холодопроизводительность испарителя в низкотемпературном режиме примерно такая же, может чуть больше киловатта.
Медный змеевик-испаритель площадью 0,2 м2 охлаждаемый в емкости с проточной или циркулирующей жидкостью сможет дать этот киловатт холодопроизводительности при тепловом напоре в 11-13 градусов.
Чем быстрее будет циркуляция охлаждаемой жидкости, тем меньше будет дельта и выше температура кипения.

 

Спасибо, Dekabrino. К сожалению, практика такова, что на алюминиевых дверных ручках за 6 месяцев межсезонья не только образуется налет, но и раковинына поверхности. Если Вы помните, на заре перестройки появился стальной кровельный лист с накаткой бронзовой фольги с двух сторон. За десять лет эксплуатации бронза исчезла с наружной стороны, но только со стороны моря. Отсюда и озабоченность о роке службы наружного блока.
Если можно, то поясните мне смысл фразы: «При небольших скоростях ветра (до 1-2 м/с) наличие или отсутствие льда на алюминиевых ребрах испарителя не играет особой роли, несмотря на 100 кратную разницу в теплопроводности (200 у алюминия и 2 у льда)». Я ее понял так – при наличии льда на поверхности испарителя, изготовление последнего из алюминия, а тем более из меди, ведет только к увеличению себестоимости изделия.
Хочется избавиться не только от шума вентилятора наружного блока, но, главное, от необходимости чистить радиатор от песка, пыльцы растений и т. д. Все должно быть просто как наружный контур ГНТ. Закопал и забыл.
Получение площади теплообмена в 20 м² не пугает не в стоимостном ни в техническом плане. Это 70 труб PVC 32 длиной 3 м или 23 сотки. О резервном вентиляторе в центре Осминога я тоже думал. Или электротены на случай безветрия. «Нельзя объять необъятное».©
Еще вопрос, если позволите. Летом такой коллектор на солнышке будет сильно нагреваться. Это не 15°С, как у ГТН в сентябре. На какую температуру нужно настраивать термоклапан?

 

Извините Dekabrino, но при расчете воздушного теплообменника типа Окторус следует учесть:
- при безветрии теплопотери дома снижаются;
- теплообменник из PVC труб является буферной емкостью, с примерно, 80 литрами пропиленгликоля на kW тепловой мощности.
Рассчитывая теплообменник на разность температур в 10°С, работать он будет при дельте 3,5,7 градусов. Требуемая температура в помещении достигнута, компрессор выключен, а теплообмен продолжается, и температура в буферной емкости растет. И безветрие не вечно.
Что подсказывает ваш опыт?

 

Что рассчитывая теплообменник на разность температур в 10°С,
работать он будет при дельте 20 градусов.

 

Ну тогда остается переехать подальше от моря

Материал с хорошей теплопроводностью требуется, чтобы передать холод от трубок с кипящим фреоном к развитой поверхности испарителя с минимальным перепадом температуры. Правильнее сказать - теплоту от поверхности испарителя к трубкам.
Поэтому используют алюминий, так как он дешевле меди. Можно конечно и медь, у неё теплопроводность в 2 раза лучше алюминия, да и серебро тоже подойдет...
Толстая корка льда на металлической поверхности естественно увеличит температурный перепад.
Но при маленькой скорости воздуха это не играет особой роли, так как теплопроводность воздуха в 100 раз хуже теплопроводности льда (у льда в свою очередь в 100 раз хуже алюминия).
Грубо говоря, что с коркой, что без корки работать будет одинаково фигово.
При увеличении воздушного потока основную роль в теплообмене уже будет играть теплоемкость отводимого воздуха, а не теплопроводность, вот тогда ледяная корка с какого-то момента начнет оказывать заметное сопротивление теплопередаче.

Тут уж никуда не денешься. Если не прятать под тент на лето, то сама конструкция уличного испарителя и материалы должны быть рассчитана на воздействие летнего зноя.
Если коллектор фреоновый, то хладагент на лето можно откачивать в ресивер или конденсатор, для этого предусмотреть вентили и цикл откачки.
Если коллектор будет гликолевый, то может и закипеть на солнце при отсутствии отбора мощности, как с этим бороться - надо перенимать у солнечных коллекторов, там это одна из основных проблем.