Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Смотря какую хотите получить неравномерность заполнения хладагентом по параллельным веткам испарителя?

Разница по секциям 4 раза?
Или это разброс общих потерь по испарителю?
Общие потери для расчёта распределителя мало что дают.
Нужно оценить неравномерность гидравлического сопротивления по секциям.
От этого затем и плясать
Суть в следующем.
Если ветки идеально одинаковы, входы веток для хладагента в равных условиях (по высоте подключения например и т. п.) то и распределяться хладагент будет одинаково и выкипать одинаково, если будет подводиться одинаковое количество теплоты.
Но такого ведь в реальности добиться практически невозможно?
Поэтому, если предполагаете, что условия работы для параллельных веток будут отличаться скажем в 1,5 раза (на 50 %), а вы желаете, чтобы неравномерность заполнения была не хуже 10%, то гидравлическое сопротивление каждой капиллярки должно быть в 5 раз выше гидравлического сопротивления каждой испарительной секции.
Если нужно более точное распределение, скажем на уровне +/- 5%, то потребуется 10-ти кратное поджимание капилляркой.
Другими словами - чтобы снизить во сколько то раз неравномерность заполнения хладагентом, связанную с неравномерностью гидравлических сопротивлений секций, во столько же раз нужно увеличить гидравлическое сопротивление дополнительной капилляркой.
Чтобы добиться 1% разницы, нужно в 50 раз увеличить гидравлическое сопротивление каждой секции капилляркой, чтобы снизить первоначальную неравномерность 50%.
На деле стараются использовать секции с неравномерностью 10-15%, тогда 5-10 кратное увеличение гидравлического сопротивления позволяет снизить неравномерность до уровня 1,5-2 %

 

Как не мудри, какие способы и приблуды не придумывай, а на вход компрессора (имеется в ввиду вход в цилиндр, спирали, ротор...) просто необходимо подавать подсушенный пар.
Ибо компрессор не насос и с несжимаемой жидкостью работать не может.
Для разных типов компрессоров (поршень, винт, спираль, ротор, осевой, центробежный и пр.) минимальные степени необходимой сухости пара для безопасной или оптимальной работоспособности несколько отличаются.
Сухость пара определяется разностью между текущей температурой пара и температурой насыщения пара при данном давлении. Чем больше разность, тем суше считается пар.
Ежели по простому, то эта разность температур и есть так называемый перегрев.
Способы получения перегрева (подсушивания пара) разные.
Можно это делать исключительно в испарителе, можно ступенчато сначала в испарителе и дополнительно в перегревателе, можно только в перегревателе, подавая туда 100% насыщенный из испарителя, можно в РТО. Надо только определиться до какой степени прегревать и каким образом это контролировать.
Стоит также помнить, что перегрев пара происходит не только в испарителе, под контролем ТРВ, но и дальше по ходу хладагента уже бесконтрольно, - в трубах, шлангах, фильтре (если он есть), корпусе компрессора при подогреве от обмоток электродвигателя, если он герметичный и т. д.
Непосредственно сам ТРВ обеспечивает лишь часть необходимого перегрева, как правило эта цифра с помощью регулировки ТРВ может меняться в некотором диапазоне, где-то 4-12 К
ТРВ поддерживает эту величину перегрева в той точке трубопровода, где стоит температурный датчик (термобаллон) и подключена уравнивающая линия (сигнал давления).
Для получения корректных результатов при определении сухости (перегрева) пара в конкретной точке трубопровода, температура и давление пара должны измеряться в том же самом месте трубопровода.
Какой на самом деле будет сухость пара на входе в цилиндр (спираль, ротор...), можно предположить косвенно, проанализировав все дополнительные факторы нагрева и потерь давления по ходу пара, ибо пока ещё датчиков давления и температуры внутри компрессора не ставят.
При этом надо учесть конструкцию ХМ, температуру кипения, температуру окружающей среды, температуру компрессора, потребляемую им мощность в конкретный момент, тип (герметичный или какой другой) и пр. факторы.

Для примера можно прикинуть, какая будет сухость пара на входе в цилиндр (спираль, ротор...) у герметичного компрессора, скажем при кипении +5С, поддерживаемом перегреве в испарителе 5 К с помощью ТРВ или ЭТРВ, конденсации +50 С и переохлаждении в конденсаторе 5 К.
Для этого надо проследить путь пара от испарителя к компрессору.
Если пар на выходе из испарителя при полезном перегреве 5 К имеет температуру +10 С, а трубопроводы не теплоизолированы, то в зависимости от окружающей температуры пар может или охлаждаться или нагреваться.

Тут стоит отвлечься и ещё раз пояснить, что такое понятие полезного перегрева.
И почему он полезный?
Полезный он потому, что происходит в испарителе и тепло отнимается от охлаждаемой среды, то есть этот процесс происходит с пользой для дела, для которого ХМ собственно и предназначена.
Предназначена она для охлаждения чего либо своим теплообменником-испарителем.
Если уже после испарителя пар имеющий температуру +10 С, идущий по нетеплоизолированным трубопроводам ещё нагревается от уличного горячего воздуха, то это уже не полезный перегрев.
Ну какая польза от того, что мы попутно охлаждаем улицу, а не тот объём, в котором установлен испаритель? Это ненужная работа при работе ХМ на охлаждение.
Вот если бы ХМ работала на обогрев, в режиме ТН, то это дополнительное охлаждение улицы пошло бы на пользу в деле теплового насоса, вредным такой перегрев трудно обозвать, хотя это происходит не в испарителе. Тем не менее, в холодилке полезным он всё равно не считается.
Да и при работе на обогрев температура улицы вряд ли будет высокой, скорее всего даже отрицательная, поэтому нетеплоизолированная паровая магистраль, проходящая по морозной улице нагреваться не будет.
А охлаждать с её помощью отапливаемое помещение - это переливать из пустого в порожнее.
Хотя, если больше совсем нечем перегреть всасываемые компрессором пары, а из затопленного испарителя собственной конструкции (DX или что-то подобное) идёт 100% насыщенный пар, то деваться некуда, можно и так поступить, - перегревать пар в теплообменнике-перегревателе с помощью теплоносителя из отопления.
Теплоносителем в отоплении может быть не только вода, но и воздух...
Ну не затапливать же свой компрессор насыщенным паром?
К ничему хорошему, как правило, это не приводит.
Правда, так экстремально делать совсем не обязательно, можно вспомнить про РТО.
В этом плане РТО как раз даёт недостающий перегрев, попутно охлаждая жидкий хладагент.
И перегрев пара идёт на пользу и переохлаждение жидкого тоже приносит пользу.
Только перегрев пара в РТО полезным (в вышеуказанном смысле) тоже не считается.
Хотя приносит даже двойную пользу, просто польза по другому считается в тепловом балансе.
Игра слов и определений, сложившихся в "холодилке".

Итак, пусть будет хладагент R134а.
Чтобы перегреть при постоянном давлении 1 кг насыщенного пара 134-го на 5 К, с температуры кипения +5 С до +10 С требуется 4,8 кДж. Это можно отследить по термодинамической диаграмме.
Средняя теплоёмкость пара в этом диапазоне температур и давлений получается 0,96 кДж/(кг*К)
Попадая в компрессор, пар сначала охлаждает обмотки электродвигателя, затем сжимается до давления конденсации 13,2 бар (+50 С). Чистой адиабатической работы для этого требуется 28 кДж/кг, но с учётом изоэнтропного КПД компрессора 70%, работы всё же потребуется поболее, около 40 кДж/кг.
КПД асинхронного электродвигателя компрессора порядка 85%, в герметичном компрессоре все потери остаются внутри, значит 15% (7 кДж) от полной потребляемой мощности 47 кДж/ч (40 / 0,85) идёт на нагрев всасываемых паров хладагента.
А это дополнительные 7 с лишним градуса перегрева в картере компрессора к получаемому перегреву в испарителе.
Но этого мало.
Эти дополнительные градусы, получаемые от обмоток компрессора как правило специально не учитывают, так как они лишними не бывают. У поршневиков величина оптимального перегрева (сухости) пара на входе в цилиндр начинается от 20-25 К и более, для скроллов правда можно обойтись и 10 градусами перегрева на входе в спиральный узел.
Как ни крути, а 5-10 градусов получения перегрева ещё до компрессора надо обеспечить для спиральника и 15-20 К неплохо бы для поршневика.
У ротационного компрессора обмотки электродвигателя охлаждаются нагнетаемыми парами, поэтому перегрева всасываемых паров от обмоток не происходит.
Теперь. Что может дать РТО?
Чтобы нагреть 1 кг парообразного R134a с +5 С до +10 С, обладающего теплоёмкостью 0,96 кДж/(кг*К) требуется 4,8 кДж, выходящий из конденсатора жидкий хладагент с теплоёмкостью 1,5 кДж/(кг*К) отдавая 4,8 кДж охладится на 3,2 градуса с +45 С до 41,8 С.

Получается, что вполне возможно получить необходимый уровень перегрева 5-10 К в РТО, охлаждая жидкий хладагент на 3,2 -6,4 градуса, при этом оставив испаритель целиком для получения 100% насыщенного пара. Даже если жидкий хладагент после конденсатора будет похолоднее, скажем 30-35 градусов, то всё равно этого достаточно, чтобы отнять от него ещё 6,5 градусов и перегреть пар перед компрессором на 10 К, с +5 С до +15 С, используя соответствующий теплообменник.

Конечно, датчик температуры и датчик давления, для определения полного перегрева на выходе РТО должны быть тоже после РТО

 

@Dekabrino спасибо за ответ. С наступающим Вас!
У меня будут переразмеренные испаритель и конденсатор, возможно первый известный непосредственный ТН вообще без обменников.
Компрессор роторный. Фреон р22.
Испаритель - две-три петли 16х2 металлопласта по 100 метров.
Конденсатор - 300 метров меди 1/4 диаметром.
(12 одинаковых паралельных трубок соединённых как у @Gaunt 2в1)
Планируемые: Конденсация примерно 27С. Испарение 2С.
Рто хочу в виде проложенной рядом медных магистралей обратки кондера и выхода испарителя, связав их проводкой и конечно тепло изолировав.
Как правильно посчитать минимальную длину магистралей обеспечивающих перегрев 5К? Просто посчитав площади трубок в соответствии с необходимой энергией для нагрева 22 газа на 5К?

Какие на Ваш взгляд я могу иметь проблемы в моей системе?

 

Да.
Так как трубки просто скручены друг с другом по длине, то площади теплообмена отличаются во столько раз, во сколько отличаются диаметры трубок. Газовая трубка как правило толще, это конечно хорошо, но всё равно теплоотдача от трубки к нагреваемому газу - самое слабое звено в этой схеме.
Ведь теплоотдача от жидкости к твёрдой стенке намного эффективней, чем от стенки к газу
Стало быть площадь теплообмена должна считаться по газовой стороне.
Ну а в жидкостной трубке отберётся столько тепла, сколько сможет передать газовая трубка к газу.
Если конечно между трубками контакт будет хороший.
В уже готовых заводских регенеративных теплообменниках по газовой стороне делают в несколько раз более развитую теплообменную поверхность, чем по жидкостной.

Это у @Gaunt, который у себя вживую борется с подобными штучками надо спрашивать.

 

Всех с праздниками!
И вот наконец наступили суровые (по нашим меркам) морозы и...пришлось переключится обратно на ТЭН , потому-что от моего теплового насоса для ГВС
https://www.forumhouse.ru/threads/95637/page-105#post-13240525
при минусовой температуре меньше тепла, чем от ТЭНа.
При 0 -3 град. ещё успевает догреть воду за 8 часов по ночному тарифу, а если ниже, то уже нет.
Пока переключаюсь через сенсорную панель вручную (режим "double power" выключает тепловой насос и включает ТЭН), в дальнейшем можно конечно и через автоматику подключить.
А вообще конечно нехило КОП просел, от 3,4 до меньше единицы
В общем летне-осенне-весенний вариант получился, но учитывая, что в нашей местности обычно из 90 дней зимы только 20-30 морозные, то и фиг с ним. Тоже неплохо. Стоит ли ради месяца менять насос?...ну не знаю...

 

@dobrinia, может пропустил. Подскажи, как ты собираешься герметизировать соединение металлопластика с медной трубкой? Просто интересно.

 

@oleg42293, три варианта есть:
1) спаять как дед
2) склеить + термоусадка сильная как предлагает @Gaunt
3) На фитинг обычный ... обжимной.
Я отдаю бате на завод для теста вариант с фитингом после праздников. Заправит 22 газом, взвесит, погоняет в режиме +60 / -40 месяцок. Потом отпишусь что вышло из этого...
Могу как-то еще вариант сделать что б сравнить, если есть идеи - пишите...

Конкретно я планирую спаять обычный фитинг латунный с медной трубой ЛИБО выточу вообще из меди кусочек фитинга внутренний... да и все.

 

Здравствуйте!
Проверяли эффективность своего ТН при температурах на лице -20 и в доме +20 ?
Равномерно ли распределяется тепло по дому?
Вы писали что +70 градусов трубки нагнетания компрессора "растворяется" за несколько метров трубки по дому, почему у меня нет такого эффекта? Температура нагнетания равномерно распределяется по всей длине теплообменника 15 м.

 

@dobrinia, возможно мне попадалась не самая лучшая термоусадка, но она всегда со временем немного отпускается, так что последний вариант самый верный. Единственное надо удостоверится, что уплотнительные резиновые колечки не растворяются фреоном и если что, заменить на устойчивые к фреону. Разборное соединение всегда имеет преимущество, при прочих равных.

 

Скрывать нечего, тепла тупо не хватает. Капилярка не позволяет вкачивать сильно больше.
Пока залил конденсатор, чтобы не замерзнуть. Дом поедает больше 12 квт, выше 19 температура не поднимается.
Конденсация 11манометрических бар, из испарителя берет около 11.5квт, компрессор жрет 1.5квт.
До ПТО теплого пола ничего не доходит, всё поедают стены.
Чтобы исключить влияние капилярки, нужно ставить ТРВ.
Пока не до ТН, сегодня плитку выбирал с супругой...
Ложим ламинат...
Чтобы лезть в ТН, нужен соответствующий настрой...выспаться хотя бы...

 

У меня то же выше +20 не поднимается, хотя ТН настроен греть в пределах температур теплоносителя +36 ... +52, как понимаю это связано с понижением теплоотдачи примененных водяных радиаторов по мере набора комнатной температуры и когда теплоотдача сравнивается с теплозабором улицы, температура в доме больше не растет. Планирую докупить еще пару радиаторов.
Строителя тепловых насосов рекомендую не скупиться на комнатных радиаторах, чтоб на 10 кв. м. отапливаемого помещения было не менее 1 кВт тепловой мощности радиатора при дельте температур 20 гр. нормальных для ТН. Не доверять по тепловой мощности продавцам в магазине, в магазине может быть указана мощность радиатора при дельте температур 70 гр.

 

Совершенно убеждён, что обычные радиаторы отопления не годятся для работы в связке с тепловым насосом. Только тёплый пол (стены) или фанкоил. Если КПД газового котла почти не зависит от температуры теплоносителя, то для ТН важен каждый градус!
Давно бродит мысля, что неплохо бы прикрутить к обычной батарее снизу цилиндрический вентилятор как во внутреннем блоке кондишна. Да запитать его от элементов Пельтье, чтобы скорость вращения повышалась с нагревом батареи. Вот тогда можно не громоздить метры радиаторов, а с помощью обдува в несколько раз увеличить эффективность уже имеющихся. Можно конечно и от обычного блока питания запитать. Пельтье дорого стоят и ещё не факт что "потянут" турбину.

 

@oleg42293, в своей теме выкладывал фото батареи-гармошки с заявленной производителем мощностью в 1 квт с 6 компьютерными вентиляторами. Вышло как всегда, сначала сделал, потом посчитал. Теплоотдача сей конструкции около 160 вт в условиях: Температура теплоносителя 34 градуса, температура рёбер радиатора 29 градусов, температура входящего воздуха 23 гр, выходящего 28 гр. Производительность вентиляторов, если не ошибаюсь 25 кубов в час каждого. На максимальной скорости гонять их не интересно, ибо шумят, да и узкое место, как видно, в теплоотдаче от трубы к гармошке.

 

Дорогой декабрино. Вопрос. А что вы думаете про уксус в качестве гликоля. Т. е. вместо гликоля точнее.
70% уксус стоит порядка 15 руб литр (совершенно легально в отличие от самогона и паленки) при покупке от бочки. Никому даром не нужен - воровать не будут. Замерзает 45% уксус при минус 20.
Бациллы не водятся. Горит он слабо (не так как спирт). Не токсичен. В меру вонюч - что даже плюс - быстро течь найдем. Текуч как вода. При замерзании дает лед, который похож на водяной, но без увеличения объема. Т. е. не порвет трубу. К полиэтилену нейтрален - до температуры +60 - совсем не разрушает. Можно его и с алкоголем смешать - в любых пропорциях.
Правда оксид меди кушает (чистую медь не кушает). Но латунь не кушает. Ингибиторы никто не отменял. Опять же система будет девственно чистой.

Были ли мысли? Опыты?

 

@Кучма Олег, удельное электрическое сопротивление раствора уксуса какое?
Я к тому, что это хоть и слабый, но электролит. На контакте нержа-медь (в теплообменнике) будет повышенная коррозия и теплообменник прохудится. Потому лучше деионизированные растворы использовать.