Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

То, что программируя контроллер на различные режимы работы циркуляционника, можно добиться серьезного повышения СОР - довольно спорное утверждение.
Если только предварительно его (СОР) искусственно не занизить относительно того значения, которое можно получить в этом режиме кипения/конденсации и на этом типе компрессора.
Как и добавление любых дополнительных устройств, создающих видимость технического совершенства, в виде дисплеев с сенсорной панелью, продвинутых контроллеров с GSM, LAN, WiFi и подобными прибамбасами, которые мало повлияют на СОР при таких же условиях кипения/конденсации и том же компрессоре.
Это хвалебные оды из рекламных проспектов менеджеров, пытающихся хоть как то оправдать несуразные цены на технику. Притом на любую, а не только на тепловые насосы.
И на что очень часто клюёт доверчивый покупатель, покупая технику не за то, что она хорошо пылесосит, варит-жарит или греет, а за её красивую одежку и красивые обещания...
И платит за дополнительные функции, которые может и не понадобятся вовсе.

Просто металлический ящик с двумя теплообменниками соединенных последовательно вкруговую, но разделенных между собой компрессором с одной стороны и капиллярной трубкой (ТРВ) с другой, продавать по суммарной цене деталей плюс зарплату сварщику-паяльщику совсем глупо, учитывая повышенный интерес к этой теме.
Надо обязательно накрутить цену почти до порога пропадания этого интереса.
Ведь в этих ценах дополнительно заложены и их, менеджерские доходы.
а так же доходы многих других, непосредственно к производству техники никакого отношения не имеющих.
Как это делается практически все понимают, тем не менее покупают и покупаются.
Вера в чудо зачастую нерушима.
Не спорю, удобств потребителям некоторые фенечки могут добавить, кроме того дополнительно привлекут внимание "продвинутых" пользователей, которые вероятнее купят холодильник с сенсорной панелью и выходом в интернет, чем без оных.
Так и встроенные в тепловой насос функции ГВС, теплоутилизационная петля в септике, рекуперация, догрев приточки и т. п. вещи наверняка дополнительно заинтересуют людей.
И мало повлияют на СОР.
Но только при одном условии.
Если СОР будем считать правильно. А не так, как выгодно.

 

Сказав "А" надо говорить "Б".

Так как же все-таки считать СОР правильно?
Ведь СОР считается одним из основных показателей ТН.
Давайте рассмотрим минимальную конфигурацию теплового насоса (холодильной машины), в виде
"металлического ящика с двумя теплообменниками, компрессором и капиллярной трубкой (ТРВ)".
Как каждая из этих четырех деталей влияет на СОР?
При каких параметрах этих деталей можно получить максимальный СОР?
И возможно ли ещё увеличить этот СОР добавлением дополнительных деталей к уже имеющимся четырем, не меняя режима работы машины.

Для начала надо освежить память.
Что такое СОР (coefficient of performance) ?
В переводе с иноземного будет звучать как коэффициент эффективности, коэффициент производительности, коэффициент результативности, коэффициент выработки.

Вообще аббревиатуры используются людьми не от хорошей жизни, а для экономии времени на произношение и экономии места для написания.
В иных местах это жизненно необходимо, в авиации например, когда на чтение и произношение полных версий обозначений просто не хватает времени.
И наверно тогда не должно допускаться двоякого толкования понятий.
Поэтому удел таких вещей - узкоспециализированный.
Когда к делу подключаются неспециалисты и начинают оперировать понятиями придуманными людьми для удобства технического общения между собой, начинается неразбериха.
Мало того, что аббревиатуры неправильно расшифровывают, а если и правильно, то неправильно трактуют.
Пример этому понятие КПД. Те люди, которые ввели это понятие давным давно, договорились, что он (КПД) больше единицы не бывает. Почему?
Потому, что сумму "полезных" и "неполезных" действий приняли за единицу.
Если КПД отражать в процентах, то не более 100, соответственно.
Теперь же КПД у некоторых бывает и 200 и 300 и 1000. Да сколько угодно.
Только никак они не желают признать, что это уже будет не КПД, а другое понятие. И для него (нового понятия) надо бы придумать свое определение, а не брать удобное по написанию из уже существующих.
С понятием СОР еще веселее.
По определению он уже вполне может быть больше единицы, тем не менее его тоже иногда обзывают КПД. Кроме того, для одной и той же работающей холодильной машины он может совершенно легально одновременно принимать два разных значения. Смотря с какой стороны к машине подойти.
С стороны охлаждения или нагрева.
Ну а где два, то там можно насчитать и три и четыре разных значения. Однозначности то в определении СОР нет. Если добавить к этому, что есть понятие сезонного СОР, есть холодильный коэффициент, есть понятие EER (рейтинг энергоэффективности) для холодильной и климатической техники, который иногда путают с EERE (организацией по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии), есть другие рейтинги и классы энергопотребления бытовой техники, то понятно, что ничего не понятно.
Скажите, намного для Вас отличается по смыслу СОР - коэффициент эффективности
от EER - рейтинга (отношения) энергоэффективности?
Первый договорились применять по отношению к холодильной машине, когда пользуют её конденсатор в качестве обогревателя, второй когда интересен испаритель той же машины как охладитель.
Не кажется, что разделение чисто условное?
И при желании этим запудрить мозги можно любому неискушенному.
Создается смутное подозрение, что для этого все многочисленные рейтинги и коэффициенты и создаются.
Для специалиста, тем не менее, никакой сложности с вычислением эффективности холодильной машины быть не должно, так как он привык иметь дело не с рейтингами, а с температурой, давлением, расходом, мощностью.
И сопоставив одно с другим легко вынесет приговор.
Давайте попробуем вместе.

Что нам нужно от холодильной машины, которую называют ТН?
Тепло.
Значит применительно к ТН понятие СОР будет звучать как коэффициент выработки
(результативности, производительности, эффективности) тепла.
И наверно по логике вещей будет выражать
количество полученных единиц теплоты на одну единицу затраченной для этого энергии.

В количество затрат при подсчете должны включаться все расходы энергии на транспортировку тепла от внешнего источника до внутреннего потребителя.
Это потребление энергии компрессором, циркуляционным насосом внешнего контура или вентиляторами внешнего воздушного испарителя.
Потребляемая энергия циркуляционником внешнего контура с одной стороны снижает СОР, так как находится в знаменателе формулы, но все же эта энергия не пропадает в никуда, а идет на нагрев
рассола, хоть и совсем небольшой.

Электропотребление циркуляционных насосов системы отопления - другая тема.
По хорошему, чтобы был совсем уж корректный подсчет, это потребление тоже не стоит игнорировать, а следует отнимать от мощности системы отопления.
Ведь в конечном итоге энергия потребляемая электродвигателями циркуляционников тоже не пропадает никуда, а идет на нагрев СО.
Другое дело, сколько её там этой энергии и какова погрешность измерения мгновенной мощности СО.
Так как мощность СО находится в числителе формулы СОР, то игнорирование потребления насосов СО
несколько завышает реальный СОР теплового насоса.
Я не зря затронул потребление насосов, несмотря на их незначительность.
Все эти дополнительные расходы электроэнергии не теряются, а тоже идут на отопление, как и потери сжатия в компрессоре, и нагрев обмоток электродвигателя привода компрессора.
Даже такие как электропотребление контроллера ТН и нагрев защитных автоматов.
Потому, что все это находится внутри дома.
Просто эта часть расходов энергопотребления равна части приходов тепла,
то есть СОР для этой части электрооборудования равен 1.

Совсем другое дело, если холодильная машина работает в качестве охладителя.
Тепловым насосом в этом случае называть её как-то уже не принято.
Что нужно от холодильника или кондиционера?
Холод?
Но холод это абстрактное понятие.
Правильнее сказать - требуется удаление излишнего тепла от охлаждаемой среды.
Куда мы его затем деваем?
А просто выбрасываем в другую среду, например окружающую.
В этом случае принято использовать EER - отношение (рейтинг) энергоэффективности
или холодильный коэффициент по старому.
В числителе формулы EER стоит холодопроизводительность испарителя, а все остальное в знаменателе.
В этом случае любые дополнительные расходы энергии, потраченные на транспортировку теплоты от испарителя, будут считаться потерями.
Вот отсюда пошло понятие необратимых потерь при сжатии в компрессоре холодильной машины.
Вся эта лишняя полученная в компрессоре теплота будет безжалостно выброшена конденсатором в окружающую среду.
Поэтому потери.
А в случае с тепловым насосом и совсем даже не потери, хотя СОР при этом всего 1.

 

Вернемся обратно, к нашему "металлическому ящику".
Как уже выяснили ранее, СОР теплового насоса равен количеству полученного тепла (от конденсатора) деленного на количество затраченной энергии для доставки этого тепла в конденсатор.
В свою очередь количество энергии, необходимой компрессору для транспортировки тепла из испарителя в конденсатор дополнительно должна компенсировать КПД электропривода компрессора, который меньше 100%, чаще всего около 0,8 и КПД самого компрессора, который для разных типов может составлять от 0,2 до 0,8.
Суммарные потери, как видно, могут составлять от 35 до 85 процентов.
Если бы КПД компрессора составлял 100% тогда СОР теплового насоса равнялся бы теоретическому,
вычисляемому по формуле:


или


или



Так как количество тепла в конденсаторе складывается из тепла, которое отбирает испаритель от окружающей среды плюс то тепло, в которое перешла энергия, затраченная компрессором для доставки тепла в конденсатор.
Компрессор и электродвигатель в одном кожухе, а обмотки охлаждаются фреоном, поэтому все тепловые потери через фреон тоже попадают в конденсатор.
А теперь вопрос.
Каким образом можно улучшить СОР нашего железного ящика?
Компрессор и теплообменники остаются неизменными.
Тогда не меняя давлений (температур) кипения и конденсации, от отношения которых зависят потери сжатия в компрессоре, мы СОР улучшить не сможем.
И никакие дополнительные прибамбасы к тепловому насосу потерь в компрессоре уменьшить не смогут.
Потери сжатия можно снизить впрыском пара в зону сжатия.
Но это замена компрессора.
Потери сжатия можно снизить повысив температуру кипения или понизив температуру конденсации.
Чтобы повысить температуру кипения, надо увеличить испаритель.
Чтобы понизить температуру конденсации потребуется увеличить конденсатор.
Это замена теплообменников.
Но таким образом можно отвоевать всего пару-другую градусов, чтобы остаться в рамках верхних пределов температур внешнего контура и системы отопления, а затраты могут быть огромными, если теплообменники до этого и так спроектированы были по нормам.
Дополнительный теплообменник к конденсатору, в виде предконденсатора для ГВС, тоже прироста СОР не даст, так как количество теплоты, переносимой фреоном (с постоянным массовым расходом) не изменится.
И просто поделится между двумя теплообменниками.
Регенеративный теплообменник приделанный к уже работающей и правильно спроектированной машине не увеличит СОР. Он может несколько увеличить эффективность за счет улучшения заполнения заведомо недоразмеренного испарителя, увеличением массового расхода фреона. Предусматриваться должен на стадии проектирования. Но не всегда и не везде этот метод подходит.
Есть путь снижения потерь в электродвигателе на частичных нагрузках.
Замена асинхронных на двигатели постоянного тока. Но экономичные двигатели постоянного тока с сопутствующей электрикой намного дороже. Это заметно по инверторной технике.
Снижение потерь в компрессорах при тех же температурах кипения/конденсации возможно заменой их на другие, более совершенные типы.
Но снизить потери в существующем компрессоре никакими внешними устройствами нельзя.
А именно эти потери отодвигают реальный СОР от теоретического.
Ну а выше теоретического его быть не может.
Иначе это будет не СОР, а что-то иное.

 

С увлечением читаю ваши посты Dekabrino. По поводу последних пару вопросов.
При расчете мощности геоконтура: от расчётных теплопотерь отапливаемой площади отнимают мощность компрессора. Так ли это в теории, учитывая выше упомянутый КПД компрессора?
Я в физике не силён, но предполагаю, что не вся энергия, затраченная циркуляционниками, переходит в тепловую, т. е. нужную для отопления энергию. Как на самом деле? Было бы интересно узнать, сколько % переходит в тепло.

 

В потребляемую мощность электродвигателем компрессора входит сумма всех необходимых затрат:
на циклическое прокачивание фреона через теплообменники и трубопроводы, преодоление гидравлических потерь при этом, сжатие газа, на компенсацию потерь сжатия, на нагрев обмоток электродвигателя.
Вся потребляемая мощность электродвигателем выделяется затем в виде тепла в конденсаторе, поэтому участвует в отоплении, составляет 20-30% и естественно должна учитываться при подборе необходимой мощности ТН.
Вообще то обычные герметичные компрессоры в режиме теплового насоса (при средних отношениях давлений конденсации/кипения), потребляют энергии, тоже в среднем, в 2 раза больше, чем необходимо для сжатия и транспортировки фреона.
Поэтому задел для повышения СОР есть.
Но возможен только путем технического совершенствования компрессоров и самих методов сжатия.

А куда она еще может переходить?
Энергия, потребляемая циркуляционным насосом идет на преодоление гидравлических потерь (грубо говоря потерь на трение) в трубопроводах. Часть потребляемой энергии идет на нагрев самого насоса и обмоток электродвигателя.
КПД циркуляционных насосов и электродвигателей приводящих их в движение тоже далеки от 100%. Обычно суммарно от 40 до 80%
Если не учитывать всякие составляющие, типа электромагнитного излучения от электродвигателя и неизвестные нам пока ещё виды взаимодействий, которые тоже в конце концов перейдут в тепло, только не обязательно попадут в систему отопления, то почти 100% потребляемой энергии переходит в тепло.

 

Вот эту часть хотелось бы прокомментировать. Количество энергии, затрачиваемой на получение единицы теплоты не является фиксированной величиной. Для ГВС (40-55°С) она больше, чем для ТП (30-35°С). Поэтому СОР в режиме ГВС меньше, чем СОР в режиме ТП. Это следует из формулы, приведенной Вами и можно практически наблюдать на экране контроллера ТН (разность температур подача-обратка гликолевого контура). Для ТН с одним конденсатором и трехходовым клапаном агрегированное значение СОР будет в интервале СОР ГВС и СОР ТП. Кроме этого, в режиме отопления ТН продолжает работать при достижении температуры ТП (30-35°С), т. к. необходимо минимизации количества пусков компрессора. А, если повышается температура теплоносителя, то СОР уменьшается, ниже значения СОР ТП.
В режиме ТП (30-35°С) температура газов на выходе компрессора порядка 60-70°С. Для ТН с двумя конденсаторами контроллер с помощью двух циркуляционных насосов может поддерживать температуру на выходе теплообменника 30-35°С. При этом отпадает необходимость в смесительном контуре с циркуляционником, в котором 30-35°С получают понижением температуры теплоносителя, поступающего из ТН. Для ТН этой конструкции агрегированный СОР будет близким значению СОР ТП.
И, надеюсь, вы не будете отрицать, что надежность хороших циркуляционников, выше надежности хороших трехходовых клапанов.
Согласен, что приходится наблюдать далеко не всегда оправданное навешивание технических и функциональных прибамбасов. Это результат текущей парадигмы общественного устройства. Для тех, кому не нравяться прибамбасы, в качестве альтернативы может быть предложен рост числа трейдеров, бомжей, манагеров (понравившееся подчеркнуть). Или американские фанерные «дома», с окончанием срока эксплуатации раньше оплаты кредита.
Но ТН с двумя конденсаторами, но без трехходового клапана, на мой взгляд, не совсем мобильник с функцией соковыжималки.

 

Вот это как раз понимают все, даже те, которые толком то и не знают, что такое СОР и от чего зависит.
Потому западают на насосы тех производителей, кто выставит бОльшую величину СОР в тех. характеристиках.
Для устранения пробела я и рассказывал (для тех, кто этого еще не знает) почему в парокомпрессионном тепловом насосе СОР ниже теоретического и насколько.
Теоретический СОР в классической термодинамике определяется температурами "нагревателя" и "охладителя", в парокомпрессионной холодильной машине соответственно он определяется температурами кипения и конденсации, а реальный ниже в основном из-за потерь в компрессоре и трубопроводах. Те в свою очередь очень сильно зависят от отношения давлений в компрессоре из-за несовершенства используемых методов сжатия.
Реальный компрессор потребляет в 1,5-2 раза энергии больше, чем требуется для изоэнтропического сжатия.
Идеальный процесс сжатия должен идти в теплоизолированном от окружающей среды объеме и очень медленно, чтобы исключить влияние механического воздействия на газ.
В реальном компрессоре такты сжатия совершаются несколько десятков раз в секунду, присутствует нагрев от трения деталей и нагрев обмоток эл. двигателя. Естественно о теплоизолированной среде речи быть не может.
Вот этот лишний расход энергии и портит СОР.

Компрессору вообще-то все равно сколько теплообменников к нему приделано, один или двадцать один.
А вот давление до компрессора и давление после самые важные параметры для современных методов сжатия.
Ну и конечно, само присутствие хладагента и его расход, иначе откуда возьмется давление, да и сами потери тоже.

Температура гликоля на входе ТН, а также температура воды на выходе (в СО) зависят от размеров теплообменников, и могут только пытаться приблизиться к температурам кипения и конденсации.
А вот отдалиться и довольно на много градусов - легко, при загрязненных или недоразмеренных теплообменниках.
Вот тогда страдает СОР.
Потому, что пытаясь удержать необходимую температуру в СО, растет температура конденсации и давление.
Так же и в испарителе, только наоборот, давление падает.
А прямой зависимости между СОР и температурой гликоля в земляном контуре и температурой в СО нет.

Для теплого пола вполне достаточно иметь температуру подачи в СО до +35.
Температура конденсации при стандартных размерах конденсатора может быть до +40.
Также можно при температуре конденсации +60 и низком СОР, получать на выходе ТН воду с температурой +35, достаточно для этого иметь недоразмеренный или забитый, грязный конденсатор и пузырь неконденсирующихся газов внутри.
Правда, для того, чтобы ТН часто не останавливался по перегреву из-за недостаточного теплосъема в конденсаторе, необходимо увеличить скорость циркуляции, чтобы снизить дельту.
Правда знакомые симптомы?
При попытке получить воду горячее +40 ТН обязательно будет вырубаться.
Так и с дополнительными теплообменниками на ГВС, или двумя попеременно использующимися конденсаторами, переключающиеся клапанами или посредством управления циркуляционными насосами.
СОР изменится только в случае изменения давления конденсации, на которую конечно могут повлиять все эти прибамбасы.
Но при неизменном давлении на выходе из компрессора, СОР останется на том же уровне, даже несколько ухудшится, если электропотребление дополнительных устройств учесть в балансе тоже.

 

В Европе есть ряд независимых тестирующих организаций, в которых проходит аудит продукция приличных производителей. Полагаю, что вы их знаете.

Извините, но речь шла о параллельно используемых конденсаторах. При последовательном использовании получаем режим ТН с одним конденсатором и трехходовым клапаном.

 

Это я намекал про неприличных...производителей:

Не из Европы.

 

Можно проверить экспериментально. При повышении температуры теплоносителя, подаваемого в СО, снижается разность температур подачи и обратки гликолевого коллектора. При постоянной скорости потока это свидетельствует об уменьшении тепловой энергии, извлекаемой из грунта в единицу времени. И осенью эта разность температур больше.

 

В случае последовательно включенных теплообменников - в зависимости от интенсивности охлаждения вторичных контуров первый будет предконденсатором, второй конденсатором
или первый конденсатором, второй переохладителем
или оба конденсаторами с зоной предконденсации в первом и зоной переохлаждения во втором.
Давление практически одинаковое, но температуры теплообменников могут сильно отличаться.
В случае параллельного соединения оба будут конденсаторами с одинаковой температурой конденсации и одинаковым давлением. Значительное изменение параметров теплосъема в одном будет менять давление конденсации и утягивать за собой и второй.
СОР в любом случае будет определяться давлением конденсации, несмотря на разные температуры в теплообменниках

 

Посмотреть вложение 727101 Посмотреть вложение 727101 Посмотреть вложение 727114

А понять хотелось следующее. Есть стандартный набор потребителей тепла: ТП во всех помещениях, ГВС с контуром рециркуляции и водяными полотенцесушителями, теплообменник бассейна, 2-3 радиатора в дополнение к ТП второго света. Понятно, что весь этот джентльменский набор будет работать ближе к режиму 0/50, т. е.,например, для ТН NIBE 1145 17 kW СОР будет приближаться к значению 3.4 (последний столбец таблицы). Насколько возможно (пока в принципе) сдвинуть режим в сторону 0/35 и СОР 4.6, изменив конденсатор ТН, схему обвязки ТН и организацию работы оборудования? Или наличие трехходового клапана, смесительного контура ТП и т. д. есть окончательный диагноз?







Извините, но фокус с вложениями не получился. Предполагалось разместить графики и таблицу после цитирования, но перед текстом.

 

Чтобы ответить на этот вопрос давайте отбросим в стороны таблицы, графики, номограммы и тому подобную информацию, показывающую зависимость одних внешних параметров при изменении других, которой нашпиговывают технические руководства.
Несомненно, все это нужно, чтобы потенциальный покупатель мог "правильно" сделать свой нелегкий выбор среди множества производителей.
Наличие хорошей технической документации значительно улучшает имидж.

Но мы рассмотрим работу ТН не снаружи а изнутри.
Какие внутренние процессы должны происходить, чтобы обеспечить внешние заявляемые параметры?

Внутри всего навсего бегает по кругу порция фреона, получая тепло в одном теплообменнике, испаряясь там и конденсируется в другом, отдавая то тепло, которое получила в испарителе да плюс то тепло, которое попутно прихватила от компрессора и обмоток электродвигателя.

Это все понимают, но для понимания количественных характеристик лучше рассмотреть на конкретном примере, пусть это будет NIBE или вышеуказанный VIESSMANN.

Возьмем по таблице конкретную модель, скажем на 17 кВт.
В режиме B0W50 СОР будет 3,4 так как ТН потребляя из электрической сети 4,83 кВт
дает тепла 16,41 кВт.
Более подробно это будет звучать так - в испарителе от рассола отбирается 11,58 кВт, на транспортировку, сжатие и потери расходуется 4,83 кВт, в сумме получается 16,41 тепла в конденсаторе.
Если все это пересчитать по стандарту EN 14511, который дополнительно учитывает другие
энергорасходы теплового насоса и их участие в тепловом балансе, циркуляционные насосы и т. п,
то СОР будет процентов на 10 скромнее, около 3,1.
Так как к электрическому потреблению дополнительную мощность надо прибавить, а из конденсатора и испарителя получаемые от циркуляционников тепловые мощности вычленить.
Но сейчас вопрос не про то, как правильно считать, по EN 14511 или по другому, чтобы "красивше" и привлекательнее смотрелось.
А про то, что происходит с фреоном по пути от испарителя к конденсатору и обратно.
Чуть позже допишу, надо отлучиться...

 

Продолжаем.
Температуры кипения в режиме B0W50 от -8 до -3, а конденсации от +53 до + 58, и зависят от эффективности теплообменников.
Считаем, что изготовитель не жадина, установлены ППТО достаточного размера и пока еще теплообменные поверхности не очень загрязнены.
Пусть себе кипит при -5, а конденсируется при +55, удобнее считать, эти температуры определят давления до и после компрессора и соответственно потери в компрессоре.
Примерное отношение давлений R407c при этих температурах будет около 5,5
А при -5/+40 (режим B0W35) отношение равно 3,8
Видно, что при увеличении отношения температуры конденсации к температуре кипения в 1,33 раза, отношение давлений вырастает в 1,45 раза.
То есть, при снижении температуры в испарителе и повышении температуры воды на выходе из теплового насоса потери увеличиваются опережающими темпами, а соответственно и СОР уменьшается в том же ритме.

Опять отвлеклись от фреона. Дался всем нам этот СОР.
Итак ТН на 17 кВт. Режим B0W50, 5 кВт потребления, СОР = 3,4
Для отвода 12 кВт тепла от испарителя и транпортировки до конденсатора теоретически нужно 200 кг R407c (теплота парообразования 220 кДж/кг при -5), плотность получающегося пара при -5
составляет 16 кг/м3, стало быть 200 кг это 12,5 м3.
Получается, что требуется компрессор с объемной производительностью 12,5 м3/час,
массовый расход при этом будет 200 кг/час или 55 грамм в секунду.
Это теоретически. А практически?
В реальности компрессор нужен производительнее.
При увеличении отношения давлений объемная подача компрессора уменьшается.
У нас отношение давлений 5,5, что уже немало.
Кроме того, жидкий фреон, попадающий в ТРВ, имеет температуру выше, чем температура кипения в испарителе. Поэтому ему тоже потребуется охладиться.
При охлаждении 200 кг жидкого фреона с 45 градусов (переохлаждение 10 град определяет температура обратки из СО) до -5 выделяется где то около 15 мДж тепла (4 кWh), это треть мощности нашего испарителя.
Значит, чтобы получать наши 12 кВт от рассола и параллельно охладить хладагент, количество поступающего жидкого фреона надо увеличить на треть и еще сколько то на охлаждение этой трети тоже.
В результате получится расход около 300 кг/час или 80 грамм в секунду.
Для 300 кг парообразного фреона с плотностью 16 кг/м3 при -5 град. понадобится компрессор с объемной производительностью 19 м3/час.

Реально эту необходимую избыточную производительность компрессора можно еще снизить увеличивая переохлаждение жидкой фазы хладагента перед подачей в ТРВ.
Что иногда делается внедрением переохладителей в схему чиллеров, но на маломощных бюджетных машинах этим особо не заморачиваются.
А ведь можно в тепловом насосе жидкий фреон охлаждать холодным рассолом, чтобы уменьшить необходимый размер компрессора.
Но дополнительный теплообменник наверно обходится дороже более производительного компрессора.
Иначе как объяснить нежелание применять это решение в бытовухе.
В результате лишний фреон циркулирует по контуру, требуя для этого дополнительных энергозатрат, которые тоже ухудшают СОР.
Такую схему с частичным переохлаждением жидкого фреона наверно просто переняли из холодильных систем, где она оправдана, так как рассола или иной подходящей среды с низкой температурой под руками нет.
А специально вводить дополнительный холодильник-переохладитель в холодильной машине нет смысла, так как с такими же энергетическими затратами фреон охладится и в испарителе.
В литературе пишут, что в мощных чиллерах для этого применяют воду из скважин если есть такая возможность, либо дополнительный испаритель для охлаждения фреона перед подачей в ТРВ. Ибо экономия на основном испарителе и компрессоре может быть существенная.
Опять отвлеклись.

Нельзя забывать про снижение объемной производительности компрессора при увеличении отношения давлений. На это надо бы тоже сколько то набросить запасец.
Итак, наши 300 кг парообразного фреона, испарившихся при -5, перегреваются до 0, получая при этом дополнительную теплоту.
На перегрев R407 идет 4-6% мощности испарителя, поэтому 11,75 кВт мы получаем в испарителе или 12,25 особо общей картины не изменят, всего будет около 43 мДж.
При прохождении через компрессор пар сжимается с 4,3 до 23,3 бар.
Не будем сейчас отвлекаться на подсчеты, энтальпии и диаграммы, сколько нужно энергии, чтобы сжать в 5,5 раз 300 кг идеального газа, или сколько бы потребовалось для сжатия 200 первоначальных килограмм при изоэнтропическом сжатии в идеальных условиях.
Это тема усовершенствования компрессоров, методов сжатия и в домашних условиях её не решить.
Мы имеем реальный компрессор со своими недостатками, достаточно на этом этапе знать, что хороший компрессор (японский, американский, немецкий и т. д. даже сделанные в кытае) в приличном ТН от европейского производителя (теплообменники наверняка тоже гуд) который мы сейчас изучаем, потребляет 5 кВт, перекачивая почти 300 кг в час фреона из испарителя в конденсатор в режиме B0W50.
Эти 5 кВт добавят к нашим 43 мДж еще 18.
Получится 61 мДж на 300 кг.
Это и есть наши 17 kWh снимаемые с конденсатора. (61/3,6=16,95)
Но по порядку.
Что происходит после компрессора с нашими мегаджоулями находящихся в 300 кг пара.
Сначала температура перегретого пара снижается до начала конденсации.
При этом отнимается 12 мДж (3,3 kWh) из 61
Затем начинается конденсация при +55, при этом от 300 кг снимается еще 43 мДж (12 kWh)
Заметьте, в этом режиме практически те же 12 кВт, которые дает испаритель.
Различие в том, что в испарителе снять 12 кВт при -5 понадобилось 200 кг фреона, а
в конденсаторе те же 12 кВт получаются из 300 кг.
Причина - разная теплота парообразования, при -5 она составляет 220 кДж/кг
а при +55 только 143 кДж/кг.
И наконец при переохлаждении 300 кг фреона с +55 до +45 высвобождается ещё 6 мДж (1,65 kWh)
Итого 12+3,3+1,65=17 кВт
Все, круг замкнулся, 300 кг 45 градусного фреона побежали в испаритель, чтобы охладить там себя и еще прихватить 43 мДж (12 kWh) от рассола при дросселировании с 23,3 бар до 4,3.

Осталось только после такого коротенького вступления ответить на поставленный вопрос:

Конденсация идет при постоянной температуре, в нашем случае +55 при 23 бар.
Ну если не считать некоторого глайда у R407c, но не будем опять отвлекаться.
При этом снимается 12 кВт плюс 1,65 кВт от переохлаждения на 10К.
Это составляет 80-82% мощности конденсатора.
Перед началом конденсации в процессе охлаждения перегретого в компрессоре пара снимается 3,3 кВт.
Вот с только этими 15-18% от 17 кВт в режиме B0W50 и можно манипулировать не меняя давление и СОР.
Возможны варианты.
В случае одного только конденсатора все тепло идет в одну копилку и мы получаем горячую воду, максимально близкую к температуре конденсации, если нам нужна такая температура для радиаторов, а дальше можем её разбавлять для теплого пола, не влияя этим на СОР.
Ни повысить, не понизить СОР не удастся, не изменив давление после компрессора.
Чтобы получить более горячую воду надо повышать давление, это автоматом повысит потери в компрессоре и снизит СОР.
Второй вариант - это те 3,3 kWh тепла, которые попадают в конденсатор в виде перегретого пара пропустить через отдельный теплообменник.
Для начала определим температуру этого пара.
Считаем от обратного, чтобы упростить.
12 мДж на 300 кг - это 40 кДж/кг и принесут они порядка 30 дополнительных градусов выше температуры конденсации.
В противоточном теплообменнике-предконденсаторе, аккуратно ограничивая охлаждающий проток можно получать довольно горячую воду, правда только в пределах 12 мДж (3,3 кWh) в час.
На пару-тройку радиаторов хватит, чтобы получать воду с подачей 70-75 градусов.
Остальные 13,65 кВт будут 50 градусные.
Если 50 градусов это избыточная температура для ТП, то можно использовать режим с более высоким СОР, скажем B0W35, для пола 35 градусов в самый раз.
Только со снижением давления нагнетания снизятся потери (потому и СОР выше), температура перегретого пара после компрессора будет градусов 60, конденсация 40 и высокотемпературного тепла из дополнительного теплообменника будет не 15-18% а только 10% или 8% (надо считать).
Хватит ли теперь 1,5 кВт даже для двух радиаторов с подачей уже только 55 градусов?
Это на мощном 17 киловаттном ТН.
А больше мощности от перегретого до 60 градусов пара в экономичном режиме B0W35 вряд ли возможно получить.
А на менее мощных ТН дополнительный предконденсатор пойдет только для бойлера ГВС.
А при мощности менее 7 кВт и вообще городить что либо бессмысленно.
Что можно сделать с 0,5 кВт? Долго копить -быстро мыться. Бойлер-накопитель будет дороже самого ТН.
Фу-у-у. Побежал кормить ребенка.

 

Я не знаю что из этого получится но у меня появилась одна идея которую могут рассмотреть люди знающие на много больше меня и если что-то не так то пусть сильно не сердятся на меня. А если сделать Т. О. труба в трубе или поставить маленький ПТО и через него пропустить жидкий фреон перед ТРВ, для переохлаждения которого, использовать фреон который после ТРВ а не воду из скважины. Таким образом может мы сможем убить 2 зайца одновременно, так как не будет большой потери за счет охлаждения фреона после ТРВ (45 до -5) соответственно какой- нибудь квт но будет взят из самого фреона, и может быть не нужно будет ставить большой Т. О. для испарителя или хотя бы уменьшится расход воды через испаритель в системе вода-вода и можно будет уменьшить расход энергии на насос из скважины