Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

Я правильно понимаю, что в случае кондиционера или холодильника все ровно наоборот? Т. е. датчик низкого давления подает сигнал, когда нужно остановить компрессор, а высокая сторона нагревается как получится. Все верно?

 

Ага!

 

Уважаемый, Dekabrino.

Огромное спасибо за ваш труд, по моему личному мнению, Вы единственный человек на этом форуме, кто действительно понимает суть вопроса. Прочитал всю Вашу тему, снова ощутил себя студентом на лекциях. Ваши посты подтолкнули и меня к изучению теплотехники, скачал себе учебник Котзаогланиана, но т. к. для меня это все в новинку, вопросов как у первокурсника. Помогите пожалуйста с практическими рекомендациями по выбору теплового насоса.
1. Как, заглянув внутрь ящика теплового насоса, определить площадь теплообменника? Первое что приходит на ум, это габарит (т. е. площадь одной пластины) умножить на колличество пластин. И какая необходима минимальная площадь теплообменников для ТН 12кВт.
2. В теме про китайские тепловые насосы некоторые участники форума с умным видом пишут что только заглянув внутрь "китайца" им сразу ясно что этот ТН работать не будет т. к. занижены диаметры. Я собираюсь покупать именно китайца и поэтому задал вопрос, а заниженные это какие? в миллиметрах. Никто из этих критиков не ответил. Один умник отфутболил к Котзаогланиану. Я для себя сделал вывод, что во-первых, эти умники сами не понимают суть вопроса, иначе на конкретный вопрос был-бы конкретный ответ (ну например на всасывании не менее дюйма и т. д...). А во-вторыху у Котзаогланиана нет методик и рекомендаций по проектированию установок. Это учебник по ремонту уже готового оборудования, которое изначально правильно спроектированно и собрано. В случае с китайской техникой именно проектирование и сборка вызывает вопросы. Поэтому я задаю вопрос и Вам, как гуру в теплотехнике. Помогите купить нормальный тепловой насос, что-бы при покупке я с помощью ваших советов штангенциркулем замерил диаметры трубок и убедился что они в норме. (ну, короче говоря какие диаметры трубок должны быть в 12кВт ТН).
3. Так-же, кто-то из умников писал про нарушение уклонов и геометрии. У Котзаогланиана я нашел, что по горизонтали уклон должен быть 12мм на 1 м. В масштабе ТН с коробом 600на 600мм. какие могут быть уклоны? 1,2мм на 10 см? меня эта цифра смешит. я думаю что человек не способен на глаз определить перепад высот в 1,2мм. я правильно думаю, что в стандартном ТН никакие уклоны не имеют значение из-за близко-расположенных узлов.
4. Я пока не могу разобраться и с будущей настройкой, У меня из скважины идет вода с темперетурой +15,5градуса Цельсия. Какую необходимо выбрать температуру кипения (хотелось бы выше нуля чтобы гарантированно не заморозить ПТО), и как она выставляется? Первое что приходит на ум это крутить колесико на ТРВ и по показаниям манометра НД определить температуру для 410 фреона. Но в учебнике написано что ТРВ для этого не предназначен и крутить ТРВ не рекомендуется, кроме того я не уверен есть ли в китайском ТН манометр на всасывании.
Заранее спасибо.

 

Вопросы несложные, но ответы в цифрах (площадь теплообменников, диаметры труб, температура кипения, мощность холодильная, тепловая) взаимосвязаны между собой, поэтому от конкретных ответов все стараются уклониться.

Не сердитесь за это на форумчан, подобные вопросы им задают постоянно, особенно часто про необходимую площадь самодельных теплообменников, накрученных из медной трубки.
И к полученным ответам, мягко говоря, относятся с недоверием, так как ожидали совсем других цифр.
Недобросовестные производители напротив озвучивают как раз те цифры которых от них и ждут.
Совсем не обязательно, что производители эти должны быть китайскими, просто в бюджетном сегменте других (некитайских) почти не осталось.
Да и зачастую за китайским производителем стоит совсем некитайский посредник, который и заказывает музыку по рекламе и продвижению у себя дома этого искуственного бренда.
Я сам всё никак не соберусь написать про подбор паяных теплообменников для ТН, хотя обещал и несколько раз уже начинал. Просто написать - нужно столько-то для такой-то мощности и точка рука не поднимается.
Необходимая площадь теплообмена для разных режимов легко может отличаться в 2 раза, поэтому такие рекомендации будут выглядеть как-то не очень.
Кому нужны советы плюс/минус 100% ?
Хотя ТН работать все равно будет, только характеристики его будут отклоняться от оптимальных в ту или иную сторону.
Вот давайте наконец и поговорим на эту тему, раз наболело, только разобьем на несколько
частей (дней), лето ведь, у компутера долго не усидишь.

Тепловой насос на основе парокомпрессионной холодильной машины довольно простое устройство и в минимальной своей конфигурации состоит из двух теплообменников, компрессора и дросселирующего устройства, разделяющего систему на зоны низкого и высокого давления.
Этим дросселем может выступать ТРВ или просто кусок тонкой трубки с подобранной пропускной способностью для необходимого перепада давления.
И при оптимальном соответствии этих четырех деталей друг другу (только для определённого режима работы агрегата по температурам кипения/испарения) СОР будет наивысшим из реально возможных для применяемого компрессора.
А для определенного компрессора (с постоянной производительностью) переменной величиной являются только теплообменники, а если и теплообменники константы, то только тепловые напоры и тепловые потоки через них.
Других способов что либо изменить в режиме работы нет.
Продолжим вечерком...

 

спасибо за ответ, я жду с нетерпением продолжение...

 

Позвольте полюбопытствовать, а для чего регуляторы высокого и низкого давления?

В программе подбора компрессоров "копеланд" сразу оба регулятора предлагают ставить)
Работа по высокому давлению ясна - фактически для быстрого выхода на нужный температурный режим конденсатора.
А вот с низким давлением не очень понятно, т. к. ТРВ занимается дросселированием, а ему еще в подмогу добавляют регулятор.

 

Вечерком не получилось, воскресенье было однако...
Продолжаем.

Если на теплообменнике нет никаких маркировок производителя, то прикинуть площадь теплообмена в ПТО можно именно таким способом - габариты (площадь) одной пластины умножить на количество, если их конечно возможно посчитать и вычесть примерную общую площадь соединительных отверстий (каналов) в них.
Такой точности будет вполне достаточно для оценки площади теплообмена.
К самой площади ещё вернемся.
Далее

Если вода из скважины идет такая теплая, то это счастье просто.
Как раз китайские ТН на такую воду в основном и расчитаны и мощность их указана как раз для этой воды. А на более холодной, какая водится в средней полосе России (+8) показатели несколько скромнее.
Почему?
К этому тоже вернемся.
Температуру кипения в испарителе ТН, работающего на грунтовой воде естественно надо выбирать положительной. И чем капризнее (из-за опасности прихватывания) теплообменник, тем она должна быть выше. Для ППТО рекомендуют около +4.
Можно немного снизить температуру кипения на свой страх и риск, но это не тот случай, вода у Вас теплая, мощность ТН небольшая, расход воды будет невелик и если её достаточно, то лучше сделать температуру кипения повыше. От чего она зависит и как сделать - рассмотрим позже.
Тем более, что повышение температуры кипения неплохо улучшает СОР.
На каждый градус увеличения температуры кипения холодопроизводительность увеличивается на 3-5 %.
Можно немного сэкономить и на размерах испарителя, но лучше все же за счет увеличения холодопроизводительности испарителя снизить температурный напор, что приведет к повышению СОР.

 

Насчет уклонов и диаметров.
Эти вещи связаны друг с другом.
На первый взгляд, чтобы снизить гидравлические потери во фреоновых трубопроводах можно было бы просто увеличить их диаметр, тем более, что внутри корпуса ТН протяженность их невелика и такого уж большого перерасхода меди наверно бы не случилось.
Но разные производители считают по разному, да и копейка рупь бережет...
Есть еще немаловажная причина - циркулирование масла по системе вместе с фреоном.
Из компрессора (для работы которого масло в общем то и нужно) вместе с потоком сжатого газа масло уносится по нагнетательному трубопроводу, совсем избежать этого явления довольно непросто, поэтому раз масло уходит из компрессора, то должно и возвращатья обратно.
Просто бороться с этим явлением миграции добавлением бОльшего количества масла в систему, чтобы в компрессоре его всегда хватало, не получится. Оно размажется по всей системе, мешая нормальному теплообмену, особенно это актуально для испарителя - там довольно прохладно и для масла уютно.
Там, где фреон жидкий, масло легко им смывается и смешивается с ним, а там где парообразный - могут быть проблемы, так как взаимная растворимость масла и парообразного фреона невелика.
Чтобы пар своим течением увлекал масло за собой скорость потока должна быть несколько метров в секунду. Рекомендуют для восходящих вертикальных 10-20 м/с и кроме того маслоподъемные петли через несколько метров (4-7 в разной литературе)
В горизонтальных трубопроводах скорость пара может быть снижена до 3-6 м/с но с обязательным уклоном по ходу движения, чем меньше скорость, тем больше уклон.
Это не канализация, когда плохо и слишком большой и слишком малый уклоны, ведь фекалии с избыточной плавучестью должны величественно плыть на водяной прослойке.
В жидкостных фреоновых трубопроводах достаточно скорости потока 0,2-0,5 м/с.
К чему я подробно пишу про все это?
К тому, что из этих цифр складываются диаметры трубопроводов.
Например интересующий Вас ТН на 12 кВт.
Какие скорости в трубопроводах будут при этом?
Ай момент, щас посчитаю...

 

Пока, Вы считаете, несколько своих мыслей: 1. С одной стороны надо увеличивать диаметры трубопроводов для уменьшения сопротивления потоку (газа или жидкости), иначе будет повышенный расход электроэнергии на преодоление этого сопротивления, и возможно раннее дросселирование до ТРВ. 2. С другой стороны надо уменьшать диаметры, что бы увеличивать скорость протока газа, для возврата масла. Вот поэтому у меня и возникли вопросы где ОПТИМАЛЬНЫЙ размерчик?

И еще, пока читал форум, появились новые сомнения. Я собираюсь покупать китайский ТН на 410 фреоне. Как я понял этот фреон требует синтетического масла, которое гигроскопично и требует грамотного и ответственного обращения при заливке. Есть ли у меня как у покупателя возможность проверить при покупке, что производитель провел грамотное осушение установки перед заправкой? В разделе про самодельные ТН прочитал про специальные смотровые стекла, которые "зеленеют". В новых ТН все стекла такие или нет?

 

Вот сейчас и вычислим оптимальный размерчик.
Горизонтальные трассы для снижения гидравлического сопротивления можно делать несколько толще, с обязательным уклоном по ходу, восходящие же тоньше определенного диаметра никак делать нельзя, нисходящие - любые, но не тоньше горизонтальных.
На практике в бытовухе чаще всего используется два различных диаметра для нагнетания и всаса, ну может три изредка. И подбирают их из ближайших стандартных типоразмеров трубы, более менее удовлетворяющих по скорости потока.
Что такое более-менее сейчас и посчитаем.
Итак ТН на 12 кВт пусть на R407c или R22.
Для R410а массовый расход примерно такой же, а плотность паровой фазы где-то в 1,5 раза больше, поэтому трубы могут иметь площадь внутреннего сечения трубы в 1,5 раза меньше, а диаметр соответственно в 1,2 раза (корень из 1,5)
При кипении +5 конденсации +45 массовый расход фреона будет около 60 г/с
отсюда и пляшем:
плотность паров при +5 составит 22,5 кг/м3
плотность паров при +45 уже 75 кг/м3 не считая перегрев при сжатии.
При +5 объемный расход 0,00267 м3/с
при +45 составит 0,0008 м3/с
Считаем далее какая труба удовлетворит требованиям по линейной скорости 10-20 м/с для восходящих и 5-6 м/с для горизонтальных паровых потоков.

 

Медная кондиционерная труба 3/8 (9,52х0,81) обеспечит скорость 60 г/с паровой фазы с плотностью
22,5 кг/м3 на всасывании при +5 порядка 55 м/с что не есть хорошо, но для паровой фазы 75 кг/м3 при температуре +45 в нагнетающей магистрали скорость составит уже 16 м/с.
В 1/2 трубе (12,7х0,81) скорость будет 8 м/с что для восходящих вертикалей маловато, а для горизонталей даже с приличным запасом, можно для горизонтальных трубопроводов и потолще на размерчик взять, например 5/8 (15,88х0,89) - 5 м/с или даже 3/4 (19,05х0,89) - 3,5 м/с.
Но это для себя любимого если строить, да и мы пока делаем только прикидку, ведь ТН может будет работать не только при +5/45, а при других температурах всё может быть не так хорошо.
При других температурах кипения/испарения тоже надо посчитать и выбрать компромисс.
Для всасывающей трубы при +5 кипении и плотности паров при этом 22,5 кг/м3 подойдет труба 5/8 (15,88х0,89) - 17 м/с или 3/4 (19,05х0,89) - 11 м/с или 7/8 (22,23 мм) или даже дюймовая 25,4 мм если денег не жалко и смотря как она будет расположена.

 

А теперь проверим что будет в крайних режимах работы, ну например при кипении -10, конденсации при тех же +45.
Кажется что надо проверить расчетами только всасывающую магистраль, в нагнетающей осталась та же температура +45.
Но это не совсем так.
При снижении температуры кипения до -10 градусов мощность тепловая упадет с 12 до 7 кВт и массовый расход снизится в 2 раза, до 30 г/с.
Стало быть по высокой стороне скорость снизится тоже в 2 раза при тех же диаметрах.
Чтобы обеспечить гарантированный возврат масла диаметр восходящей фреоновой магистали надо уменьшить в 1,4 раза (корень из 2)

Поэтому к выбору трубы для восходящих нагнетающих магистралей надо подходить аккуратно, а для всасывающих с восходящим потоком ещё аккуратнее, ведь кроме массового расхода фреона снизится и плотность пара в испарителе. При -10 плотность будет 13 кг/м3 в 1,7 раза меньше чем при +5, стало быть скорость во всасывающих магистралях может упасть в 3,4 раза (1,7 * 2) при тех же диаметрах.
Чтобы вернуть скорость к безопасному уровню на этом режиме надо использовать диаметр трубы для восходящих магистралей в 1,8 раза тоньше (квадратный корень из 3,4)

Теперь уже можно брать штангенциркуль и идти замерять диаметры труб внутри ТН.
Но все равно простого ответа какие должны быть диаметры труб не получилось, теперь понимаете почему?
При сборке ТН для себя можно для различных участков (нагнетающих, восходящих, всасывающих, горизонтальных) магистралей использовать разные диаметры, тем более предстоящий режим работы ТН более менее известен, при монтаже крупного пром. оборудования так и делают (собирают по проекту естественно).
В ТН насосе заводского изготовления применяют усредненные диаметры, неизвестно на каком краю рабочего диапазона его будут эксплуатировать, да и сами ведь сказали, сколько там труб внутри всего то,
какие ещё уклоны
Ну а если вдруг газ будет R410, то диаметры должны быть где-то в 1,2 раза меньше относительно R22-R407c.
Продолжим вечерком?

 

Ого! Сколько информации!
Попробую сделать для себя выводы:
Исходные данные: ТН 12кВт, 410 фреон, режим работы ТОЛЬКО 5С кипение, 45С конденсация.
Диаметр трубки от испарителя к компрессору=19,05/1,2=15,88мм. Минимум.
Диаметр трубки откомпрессора к конденсатору=9,52/1,2=8 мм. Минимум.
Какие должны быть диаметры от конденсатора к ТРВ и от ТРВ к испарителю-не понял.

 

Да примерно так.
Например настенно-потолочные кондиционеры от Митсубиши холодопроизводительностью 12 кВт, (а в конденсаторе, по теплу будет соответственно поболее, около 15 кВт), с похожим режимом работы по кипению/конденсации, старые, ещё на 22 фреоне, имеют трубки 9,52 и 19,05.
Для 410 можно в 1,2 раза (на один размер) меньше, восьмерки трубы нет, поэтому 3/8 (9,52) и 5/8 (15,88).
Это для трасс. А нагнетательный патрубок компрессора от 5 кВт и вплоть до 20 кВт будет одного размера, скорее всего 1/2 (12,7 мм). Затем сразу 7/8, чего уж мельчить.
От конденсатора к ТРВ идёт жидкостная, вполне достаточно диаметра 1/4 (6,35), в принципе по скорости жидкой фазы (до 0,5 м/с при плотности 1,1 -1,2) вполне допустимо трубку и тоньше, да только смысла нет тут экономить.
ТРВ если стоит рядом с испарителем, то тоже такой достаточно.

 

Супер! Огромное спасибо за подробные и конкретные ответы!

Dekabrino, Вы еще обещали рассказать как выставляется температура кипения.