Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

Доброго времени суток. Подскажите пожалуйста можно ли сделать ТН вода-вода из кондея самсунг SH 18ZAODX компрессор 48B180JV1EH ротор, если можно то какие теплообменники брать

 

Итак, что имеем:

Никаких вспомогательных деталей для начала не нужно.
В такой минимальной конфигурации плюс реле давления или термореле холодильные агрегаты иногда как раз и работают.
Начнем издалека, чтобы наверняка.
Почему в различных по названию устройствах (морозилка, холодильник или кондиционер) устанавливается в процессе работы разная температура?
Почему -30 в морозилке, +5 в холодильнике, +15 дует из кондиционера?
Что она (температура) от названия зависит?
Ведь в большинстве случаев устроены все эти девайсы абсолютно одинаково и в самом простом случае вполне могут состоять всего из 4 вышеуказанных деталей.
Если кто скажет, что всё из-за того, что теплообменники холодильника и воздухоохладителя (кондиционера в простонародье) устроены немного по разному, то можно найти и воздухоохладитель, который морозит не хуже морозильника, в камерах шоковой заморозки например.
Да и морозилки встречаются полусдохшие, в которых температура к нулю опуститься никак не может.
Так чем эти устройства друг от друга отличаются, если теплообменники устроены одинаково, ТРВ или капиллярная трубка тоже взаимозаменяемы?
Может они различаются применяемыми компрессорами?
Ведь компрессоры бывают низкотемпературные (для морозилок), среднетемпературные (для холодильников и продуктовых витрин), высокотемпературные (для кондеев)
При ближайшем рассмотрении оказывается, что компрессоры тоже устроены одинаково, имеют лишь некоторые конструкционные различия, чтобы быть приспособленными к температурному режиму при котором предстоит трудиться.
Например, в герметичных компрессорах для охлаждения обмоток электродвигателя используются пары фреона, которые собственно и перекачиваются из испарителя в конденсатор.
Не смотрите, что в низкотемпературных испарителях эти пары имеют низкую температуру.
При низком давлении пары имеют такую маленькую плотность, что охлаждают очень и очень фигово.
К тому же их проходит через компрессор меньше на каждую единицу потребляемой мощности электродвигателем.
Поэтому нужно специальное исполнение электродвигателя, а лучше вообще вынести его наружу и охлаждать отдельно.
Все эти заморочки прилично удорожают конструкцию низкотемпературного мотор-компрессора, в отличии от высокотемпературного, где паров для охлаждения предостаточно.
В остальном, за исключением некоторых ответственных деталей головы компрессора, вязкости масла, моторкомпрессоры похожи, главная техническая характеристика - его объемная производительность, то есть сколько кубов паров в час может перекачать. Все остальные технические данные - электрическая мощность двигателя, питающее напряжение, количество фаз, обороты, тип приводимого двигателем компрессора - поршень, винт, ротор, спираль и т..д лишь обеспечивают заявленную объемную производительность мотор-компрессора в рабочем диапазоне температур и давлений.
И если вместо низкотемпературного в морозильную камеру высокотемпературный не поставишь, быстро издохнет, то наоборот, вместо высокотемпературного в кондиционере например, низкотемпературник применить в большинстве случаев можно. Только цена его, в 3-4 раза выше сдерживает.
Главное, что кондиционер от этого морозильником все равно не станет.
Если объемная производительность компрессора такая же, то ровным счетом ничего не изменится, компрессор что в кондиционере, что в морозильной камере выполняет одинаковые функции -
откачивает из испарителя пары выкипающего фреона в соответствии со своей объемной производительностью и перекачивает их в конденсатор.
Так, значит от типа теплообменников не зависит, от типа компрессора не зависит, вместо ТРВ вообще подобранный по длине кусок тонкой трубки использовать можно.
Может от типа заправленного в контур фреона зависит будет ли у нас холодильник, морозильник либо кондиционер?
Тем более мы видим, что в кондиционеры в основном заправляют R410a вместо ранее использовавшегося R22. В бытовые холодильники вместо R12 теперь заправляют заменители с изобутаном, там где горючие хладагенты в быту запрещены, в США например, льют R134а или что то ему подобное.
В низкотемпературных морозильных камерах применяют R404а.
Но внимательнее разобравшись станет понятно, что причины тому иные:
- R410a выгоден производителю по причине большей плотности паров, его агрессивно продвигали как безопасный для окружающей среды, но куда угодно его не применишь, по причине очень высоких давлений на нагнетании и в то же время низкой критической температуры, что затрудняет его использование при больших отношениях давлений конденсации к кипению, в морозильных камерах например.
R22 не использовался в морозильниках по причине высокой температуры нагнетания (свыше 130 град), возникающей при больших отношениях давлений конденсации/испарения.
- R404а используется в низкотемпературном холоде по причине как раз небольшой температуры нагнетания при тех же условиях.
-R134а используется в автомобильных кондиционерах, потому что другие газы со своими высокими давлениями и низкими критическими температурами не приживутся под капотом автомобиля рядом с двигателем, где бывает под 100 градусов жары, тогда надо конденсатор монтировать в другом месте.
И получается, что не применяемые фреоны определяют морозильник ли получится или кондиционер, а рабочие условия диктуют требования к свойствам хладагентов.

Такая вот небольшая преамбула получилась, из которой следует, что режим работы нашего парокомпрессионного устройства из четырех деталей, то есть температуры кипения и конденсации зависят от чего-то другого, а не от типа теплообменников, не от типа компрессора и хладагента.
Тип компрессора, масло и хладагент подбирают под температуры кипения/конденсации, а не наоборот.
Никаких дополнительных устройств, типа регуляторов давлений, в большинстве холодильных агрегатов просто нет, тем не менее они как то работают и каждый в своём определённом температурном диапазоне.
Давайте немного вернемся к принципу работы холодильной парокомпрессионной машины.
Вспомним. Коротенько и упрощенно.
Тепло как мы знаем переносится от более горячего предмета к более холодному.
Чтобы перенести теплоту от прохладного предмета к теплому надо использовать промежуточный теплоноситель - хладагент и сделать этот хладагент на некоторое время холоднее этого прохладного предмета, от которого надо отнять тепло, а затем немного горячее того теплого предмета, который мы хотим подогреть.
Для этого мы используем кипение нашего хладагента, понижая давление в испарителе до нужной нам величины, затем повышаем давление получившихся паров (и этим их нагреваем) компрессором и перекачиваем их в конденсатор, где они отдают и теплоту испарения и тепло сжатия нашему теплому предмету, но который все равно несколько холоднее получившихся паров.
Теперь вопрос.
Сколько тепла может поглотить хладагент при кипении, превратившись в пар?
Возьмем для примера R22, неплохой в прошлом хладагент.
Смотрим в справочнике.
Оказывается немного.
Чтобы испарить 1 кг R22 при температуре кипения 0 градусов,
это 5 бар абс давления, потребуется всего 205 кДж.
В привычных единицах будет 0,057 кВтчас
При этих условиях из 1 кг жидкого фреона получится 47 литров пара.
При понижении температуры кипения теплота испарения немного увеличивается, но плотность пара падает, при повышении температуры кипения теплота испарения/конденсации немного уменьшается, плотность паров растет.
Но не в точных расчетах сейчас дело, главное уловить суть - что от чего зависит.
Чтобы получить от испарителя холодопроизводительность скажем 11,4 кВт при нулевой температуре кипения потребуется в нём испарять каждый час по 200 кг (55 г/с) R22 фреона и откачивать по 9400 литров пара.
Компрессор при этом понадобится на 9,4 м3/час объемной производительности,
что то типа Копланда ZR40.
Это если жидкий фреон уже предварительно переохлажден, например в переохладителе до температуры испарителя.
У нас, как мы договорились, дополнительных прибамбасов нет, поэтому жидкий фреон на входе в испаритель теплый и потребуется ещё сколько то жидкого фреона на охлаждение самого фреона и в результате перекачиваемых паров будет больше, стало быть и компрессор придется брать немного попроизводительнее.
Какой промежуточный вывод напрашивается?

Холодопроизводительность испарителя равна общей массе испаряющегося в нём фреона умноженной на удельную теплоту испарения при данной температуре кипения.
Если взять преогромный испаритель и подводить к нему много-много тепла, а фреона подавать мало, то его (испарителя) холодопроизводительность все равно никак не сможет стать больше того количества тепла, которое может поглотить фреон (с учетом перегрева).
Правда снизится средний температурный напор, так как площадь испарителя переразмерена.
Для использования всей возможной мощности испарителя необходимо подавать достаточное количество жидкого фреона и своевременно откачивать образующиеся при кипении пары.
Для этого требуется соответствующий по производительности компрессор.
Теперь рассмотрим противоположную ситуацию, когда испаритель маленький, а фреона подается с избытком...
Завтра, то есть сегодня,
а то поздно уже, то есть рано

 

Dekabrino, спасибо. Медленно, но верно, приходит понимание.

 

Хорошо, тогда торопиться не будем, продолжим помаленьку, тем более, что чукча в данном случае все таки больше читатель, чем писатель (в смысле мне больше времени надо, чтобы удобочитаемо для остальных выразить свою мысль) да и лето сейчас, на даче столько соблазнов, что более часа-двух в день строчить не получается никак.
А в офисах, где иногда надо было просто убить время, я сейчас не служу.

 

Согласен, но скоро зима и у всех кто живет в своем доме будет масса времени, чтобы сидя у камина рассуждать о теплотехнике . Вот и поговорим. Надеюсь что и я буду уже с тепловым насосом а не с тэнами, как в прошлую зиму.

 

Каждый день заглядываю на форум. Сообщений нет. Образовался информационный голод.

 

Кстати, я уже не раз выступал , да и в этой ветке тоже где то в начале, на тему - что от чего зависит, температура кипения в частности тоже фигурировала, поэтому думаю пора создать отдельный FAQ с ответами на часто встречающиеся вопросы, чтобы по несколько раз не задавали одно и то же:

Ответ:
- Конечно можно, только это примерно как переделывать автомобиль в катер.
Использовать только двигатель от него, да и то с некоторыми ограничениями.
Так и в Вашем случае, кроме компрессора всё остальное надо менять.
Теплообменники же подбираются исходя из паспортной холодопроизводительности компрессора на планируемой температуре кипения.

Теперь о нашем, о кипении, на чем мы там остановились?

Противоположная ситуация это когда испаритель маленький (по теплообменной площади, а не по вмещаемому объему жидкого фреона), фреона же подается с избытком, компрессор тоже производительнее, чем требуется.
Но и в этом случае холодопроизводительность испарителя также будет определяться массой успевшего испариться фреона с учетом его удельной теплоты испарения на этой температуре кипения, только возникнет большая проблема для компрессора - избыточный жидкий фреон может попадать в его впускной патрубок.
А это грозит компрессору быстрым, может даже моментальным кирдыком.
Вот тут пригодится ТРВ - вентиль, который в отличии от неуправляемой капиллярной трубки регулируется по перегреву.
Капиллярная трубка просто создает гидравлическое сопротивление и при определенном стечении обстоятельств может пропустить больше жидкого фреона, чем выкипит в испарителе.
Ну например при недостаточном подводе в какой то момент теплоты к испарителю.
Поэтому устройства на капиллярной трубке должны конструироваться с учетом таких моментов или с соответствующей защитой, отключающей компрессор.
Исправно работающий ТРВ как раз следит за тем, чтобы из испарителя в компрессор попадали только пары. Для этого его настраивают так, чтобы при снижении перегрева ниже определённой величины он начинал закрываться. Если перегрев и дальше снижается, скажем по причине дальнейшего уменьшения теплопритоков в испаритель, то фреона выкипает все меньше и меньше, а ТРВ ещё сильнее закрывается, пока не закроется совсем.

Напомню, перегрев это разница температур между парами фреона, выходящих из испарителя и температурой кипящего фреона в испарителе.
Если перегрев составляет 5-7 градусов, то это гарантирует отсутствие капель фреона на входе в компрессор, если перегрев всего 1-2 градуса, то вероятность попадания жидкости очень велика.

Для этого в принципе ТРВ и служит - помогать работать испарителю с максимально возможной холодопроизводительностью при меняющихся теплопритоках, но в то же время не дать напиться компрессору жидкого и умереть, ну а температура кипения в испарителе может гулять туда-сюда в процессе изменения пропускной способности ТРВ и создается ложное впечатление, что ТРВ может её регулировать.

Сами представьте себе, нормально работает холодильная установка, в испарителе скажем -10, и тут ТРВ вдруг задумал закрываться, жидкого фреона стало поступать меньше, паров образовываться тоже стало меньше, но компрессор откачивает с прежней производительностью. Результатом будет постепенное падение давления в испарителе и снижение температуры кипения, сначала -15, затем -20 и ниже, пока компрессор не остановится по реле НД.

Это можно проделать с воздухоохладителем, где теплопритоки снизить легко, скажем прикрыв внутренний блок колпаком, вот ТРВ (если он есть) и начнет тогда закрываться.
В морозильной камере теплопритоки к испарителю резко упасть вряд ли могут, проще сделать наоборот - резко теплопритоки увеличить, подбросив в морозилку кусок чего нибудь тепленького , перегрев поползет вверх, ТРВ начнет открываться, давление в испарителе начнет подниматься, температура кипения тоже.

Но несмотря на некоторое повышение температуры кипения, холодить агрегат станет мощнее, из-за большего количества испаряющегосяя фреона, и лишь затем, когда этот кусок подморозится, теплопритоки от него снизятся, перегрев упадет, ТРВ немного прикроется, давление в испарителе упадет, температура кипения снизится и начнет понижаться температура и в морозилке.
Далее должно сработать или реле НД или термореле, смотря по какому принципу агрегат регулируется.
Это все при условии, что компрессор обычный, с постоянной объемной производительностью.
Что мы видим?
Температура кипения в холодильных агрегатах с компрессором постоянной производительности подстраивается сама. Под что подстраивается?
Да под всё.
Под площадь теплообмена и теплопритоки в испаритель, под пропускную способность ТРВ или капиллярки, под производительность компрессора. И если желаете иметь конкретную температуру кипения, то надо заранее подумать о дуэте "компрессор-испаритель".

 

Что такое потребляемая мощность компрессора понятно всем.
А что такое мощность холодильная или по правильному холодопроизводительность компрессора?
Это сколько холода в единицу времени он может перекачивать.
Только холода или тепла отдельно от какого либо вещества не бывает.
Так и в этом случае, холодопроизводительность компрессора равна количеству теплоты, которую может отнять от охлаждаемой среды перекачиваемый компрессором хладагент.
Наверно сразу становится ясно, что холодопроизводительность компрессора при использовании разных хладагентов будет разная, так как теплота испарения у них разная.
Кроме того и при разных температурах кипения холодопроизводительность компрессора будет разная, так как при понижении температуры падает плотность образующихся паров, соответственно масса их и суммарная теплота испарения будет меньше, хотя перекачиваемый объем остается тем же.

А что такое холодопроизводительность испарителя?
Для разных хладагентов и разных температур она будет тоже разная, но виноват в этом в основном будет как раз компрессор. Теплоотдача различных кипящих хладагентов к твердой стенке теплообменников конечно отличается, но не так кардинально.

Холодопроизводительность испарителя - количество теплоты в единицу времени, которое отнимает от охлаждаемой среды хладагент (в нужном количестве по массе в соответствии со своей теплотой испарения) через поверхность теплообмена испарителя.
Это количество теплоты в свою очередь зависит от площади теплообмена, коэффициента теплоотдачи и разности температур (теплового напора) между охлаждаемой средой и хладагентом.

Если с падением температуры и давления кипения массовая производительность компрессора и холодопроизводительность его соответственно снижаются, то холодопроизводительность самого испарителя может наоборот увеличиться, если температурный напор (разница температур между охлаждаемой средой и кипящим хладагентом) станет больше.

Может увеличиться, но только в том случае, если компрессор обеспечит необходимое увеличение подачи жидкого хладагента и больше будет откачивать паров, так как холодопроизводительность испарителя и компрессора в холодильной машине равны одной и той же величине.
Для этого нужен более производительный компрессор с большей холодопроизводительностью на данной температуре кипения.
Но в нашем случае компрессор остался тот же, поэтому при такой же объемной производительности, он станет перекачивать меньше паров по массе, холодопроизводительность его станет ниже, а холодопроизводительность испарителя не может быть больше или меньше холодопроизводительности компрессора, ведь определяется она теплосодержанием перекачиваемого фреона.

Отсюда вырисовывается некоторая зависимость:
Хочется ниже температуру кипения, тем больше по объемной производительности должен быть компрессор при той же мощности испарителя.
Мощность испарителя зависит от площади и температурного напора (разности температур).

И наоборот.
Хочется выше температуру кипения - испаритель нужен мощнее, то есть больше по площади.

Желаете определённую температуру кипения, выбираете компрессор необходимой холодопроизводительности при требуемой температуре кипения и дополняете его испарителем такой же холодопроизводительности с учетом планируемого температурного напора. Если промахнетесь и поставите испаритель мощнее, температура кипения станет выше.
Но чаще промахиваются в другую сторону по причине дороговизны теплообменников и ставят испаритель слабее требуемого.
В результате температура кипения получается ниже желаемой, а для ТН это нехорошо.

Можно конечно поставить регуляторы давления о которых уже упоминалось, но почему этого лучше не делать обязательно поговорим, но в следующий раз.

 

Спасибо, все понял с первого раза.

но остались вопросы: 1. Получается что каким либо образом регулировать температуру кипения в испарителе заводского ТН невозможно?
2. Или можно изменять скорость работы циркуляционного насоса на стороне конденсатора и таким образом менять температурный напор на конденсаторе. Это изменит температуру кипения в испарителе?

 

Если поиграться в Select 7 («Копландовская» софтина для подбора компрессора), переразмер конденсатора – поднимет COP.
При сильном переохлаждении фреону нужно меньше охлаждать себя за дросселем.
(Данные по ZR18K5E)
Хм, забавно, при режиме Т кип. 5 °С, перегрев 5 К, конд. 55, переохлаждение в 48 К является предельным и COP = 4,5
При переохлаждении 5 К COP = 3,41
Теоретически, никто не мешает переохладить ниже температуры кипения, но это видимо, практически негде использовать.
Вот и ответ на вопрос - конденсатор влияет на режим испарителя, ибо, при сильном переохлаждении можно больше отобрать тепла от испарителя, при той же потребляемой мощности компрессором.

 

То есть вывод такой: регулировать температуру кипения польльзователь не может. Скорость работы циркуляционного насоса на стороне конденсатора надо выставить максимальной. Правильно?

 

Думаю, температуру кипения можно регулировать тепловым напором (при невозможности изменения размера испарителя), конденсатор тоже влияет на кипение, но в меньшей степени.

 

тепловой напор в испарителе неизменный т. к. температура воды из скважины=+15,5гр=const. Дебет скважины ограничен мощностью скважинного насоса и составляет 2,4куба в час=const. Можно выкачивать и 3,5 куба в час но нужно менять скважинный насос на более мощный, а это не имеет смысла т. к. имеющегося дебета и температуры достаточно для съема 12кВт, а потребляемая мощность насоса составляет 700Вт, это и так не мало и увеличивать нет смысла. Менять теплообменники я не собираюсь т. к. я покупаю новый ТН, заводского исполнения. Вот и получается что я могу только выбрать 3 скорость на циркуляционном насосе на стороне конденсатора.
Других настроек просто нет.
А меня изначально смутили некоторые посты на форуме про выбор и выставление температуры кипения.

 

Вы сами в пункте 2 ответили на вопрос, заданный в п. 1, ArtSam тоже подтвердил:

Добавлю.
Зависимость температуры кипения от размера испарителя достаточно нелинейная,
скажем если по расчетам оптимальный размер испарителя для ТН будет 2 м2, то увеличение его в 2 раза, до 4 м2 может снизить тепловой напор и при этом повысить температуру кипения на пару градусов, а уменьшение теплообменной площади в 2 раза, до 1 м2 может снизить температуру кипения на все 10 градусов, а то и больше, что резко обрушит СОР.
Ясно, что СОР лучше иметь побольше, но какой ценой тоже имеет значение. Увеличение площади ещё в 2 раза, до 8 м2 повысит температуру кипения ещё на один градус, увеличение ещё в 2 раза, до 16 м2 повысит ещё на полградуса, но цена будет уже 8-ми кратная, да и сложности с возвратом масла будут усугубляться.
(Цифры указаны примерные, только для понимания динамики процесса, в реале могут быть ещё хуже или чуть-чуть лучше )
Температурный напор будет стремиться к недостижимой величине 0 К, а температура кипения будет стремиться к температуре подаваемой в испаритель среды, но тоже никогда её не достигнет.
А в другую сторону, в сторону увеличения теплового напора и снижения температуры кипения путь намного свободнее, при снижении теплообменной площади напор будет стремительно расти, падение температуры кипения будет таким же стремительным, ограничением выступит абсолютный ноль, -273 по Цельсию, если конечно свойства хладагента, масла, компрессора позволят.

Тепловые насосы в основном устанавливают для экономии, поэтому на СОР внимание обращают в первую очередь, в торговом холоде другие критерии расчета площади теплообменной поверхности.
Там экономия стоит не на первом месте, все издержки оплатит покупатель продукции, которую нужно сохранить как можно дольше в приличном виде. Важен определенный тепловой напор для поддержания определённой влажности в охлаждаемом объеме, для разных видов продукции при хранении влажность воздуха должна быть различной. Чем больше тепловой напор, тем сильнее осушается воздух.
Чем меньше тепловой напор, а температура кипения ближе к температуре охлаждаемого объема, тем выше влажность и меньше сушится продукт. Для отрицательных и пложительных температур испарителя процесс конденсации влаги происходит с разной интенсивностью, поэтому для морозильных и холодильных камер для поддержания относительной влажности на определенном уровне температурные напоры отличаются.

Ну выставление температуры кипения этот очень громко сказано,
но некоторый выбор у клиента есть

Вывод такой: регулировать температуру кипения пользователь может довольно легко , но путем ухудшения СОР своего ТН. То есть в сторону снижения температуры кипения.
Как Вы правильно заметили, для этого нужно уменьшить скорость циркуляционного насоса.
Или подавать воду в испаритель более холодную, тогда полный температурный напор испарителя увеличится, а с ним уменьшится температура кипения, так как полный температурный напор испарителя в холодильной машине более менее постоянная величина, которая определяется размерами теплообменника и производительностью компрессора.
Но кто же захочет по своей воле уменьшать СОР?
Поэтому скорость циркуляционника для достижения максимального СОР - максимальная.
Но без фанатизма. Тут зависимость похожая, как говорилось выше, подавая 4 куба в час вместо двух грубо говоря отвоюете пару градусов, 8 кубов ещё один, 16 кубов - ещё половинку, но нельзя забывать про гидравлическое сопротивление, диаметры труб, расходы на перекачку, стоимость такого насоса и вообще наличие и сброс такого количества воды или заправляемый объем антифриза для рассольной системы в ТН скажем на 10 кВт.

Эта копландовская софтина в разных версиях считает по разному, потому, что не всегда корректно учитывает нестандартное переохлаждение фреона.
За ней стоят обычные люди-программисты, написавшие её для подбора компрессора от Копланда для стандартной холодильной машины.
Переохладитель отдельно там не рассматривается, а в конденсаторе при стандартной схеме переохладить жидкий фреон сильно не получится.
Конечно, переохладить ниже температуры кипения никто не мешает, да только не имеет смысла, так как обратно нагреваясь до температуры кипения в испарителе жидкий фреон отнимет очень мало тепла, занимая для этого приличную площадь теплообмена.
По причине своей низкой теплоемкости, где то в районе 1 кДж/(кг*К), в зависимости от температуры и типа. Для сравнения вода - один из самых лучших теплоносителей имеет 4,2 кДж/(кг*К)
При кипении фреоны отнимают тепла уже около 200 кДж/кг, опять же в зависимости от температуры и типа. Вода при кипении в десять раз больше, 2250 кДж/кг
Если переохладить хотя бы до температуры кипения, то это принесет как минимум двойную пользу.
- не нужно будет фреону охлаждать самого себя при кипении сразу за ТРВ и эти пары не будут зазря занимать место в испарителе, мешая ему заниматься своей полезной деятельностью - охлаждать воду или что там ещё. Их нужно будет также ещё и перегревать, занимая часть площади на выходе испарителя.
Поэтому эффективность испарителя повысится, то есть снизится температурный напор или можно использовать теплообменник чуть меньше при том же напоре.
- эти дополнительные пары не будут впустую гоняться компрессором по кругу, потребляя лишнюю энергию на работу по перекачке фреона, массовый расход через компрессор уменьшится при той же общей холодопроизводительности.
Поэтому можно взять компрессор с объемной производительностью меньше, если испаритель тоже уменьшили и получить ту же мощность при меньшем энергопотреблении, то есть лучший СОР.
Или получить дополнительный прирост мощности при энергопотреблении на прежнем уровне, с таким же улучшеннием СОРа.
Но возникает вопрос, как переохладить фреон?
В стандартном конденсаторе достаточно сильно переохладить невозможно, ведь для этого температура входящей охлаждающей среды в конденсатор должна быть ещё ниже того уровня температуры, до которого надо переохладить. Надо учитывать разницу в теплоемкостях и часовых расходах жидкого переохлаждающегося фреона и теплоносителя в СО. Получится в результате большая разница (дельта) между входящей и выходящей температурами теплоносителя СО со снижением средней температуры, снижение СОР, уменьшение эффективности работы отопительных приборов и т. д.
Кроме того усилится отрицательное влияние изменения режима работы конденсатора на работу испарителя, кроме положительного, про которое упоминали, ведь в этом случае ещё кроме увеличения переохлаждения будет снижаться давление конденсации, из-за снижения средней температуры, что приведет к уменьшению перепада давления на ТРВ, что надо учесть.
Одно улучшаем, другое ухудшаем, может то на то и выйдет по СОР, но абсолютно с неподходящими температурами в СО по подаче-обратке.
Поэтому без отдельного теплообменника-переохладителя не обойтись. А для него нужно подбирать охлаждающую среду с нужной температурой из имеющихся в наличии.
Охлаждающую среду с температурой ниже температуры кипения в испарителе можно наверно найти
зимой (воздух на улице или снег например), но куда мы её потом денем, чуть потеплевшую, но еще достаточно холодную отработанную, наверняка все ещё ниже по температуре, чем даже мы подаем воду в испаритель. Если просто выбросить на улицу, то это прямые потери теплоты ради более полного использования испарителя и компрессора - опять то на то и получится, да ещё и с затратами на дополнительный теплообменник.
Остается использовать воду поступающую в испаритель, но предварительно пропускать её через переохладитель фреона, включенный после конденсатора.
Переохладить до температуры кипения не удастся, но чем больше будет теплообменник, тем ближе будет приближаться температура жидкого фреона к температуре входящей воды из скважины или грунтового контура.

 

Давайте наконец коснемся регуляторов давления, а то пока соберусь, - бац и превышение 10 000 знаков в сообщении.

Все, что говорилось выше про регулирование температуры кипения вниз, посредством снижения теплопритоков в испаритель, например уменьшением протока воды через испаритель, возможно при наличии ТРВ или подобного ему регулятора расхода фреона.
Напомню, ТРВ поддерживает перегрев паров выкипающего фреона на постоянном уровне.
Если теплопритоки снизились, перегрев паров тоже начинает снижаться, ТРВ прикрывается, чтобы в испаритель попадало меньше жидкого фреона, холодопроизводительность испарителя снижается, так как она определяется общей теплотой испарения фреона, перегрев возвращается на нужный уровень, ТРВ перестает закрываться, оставляя свою пропускную способность на этом, новом уровне.
Вместе с тем, так как объемная производительность компрессора не изменилась, а впускное отверстие в испаритель уменьшилось, давление в испарителе падает. И чем сильнее ТРВ перекрывает входное отверстие для фреона, тем большее разряжение может сделать в испарителе компрессор, тем ниже температура кипящего фреона внутри.
Но несмотря на очень низкую температуру кипения внутри испарителя, на внешней поверхности испарителя температура может упасть незначительно.
Виной тому малое количество выкипающего внутри фреона, малая его суммарная теплота испарения, которая просто не успевает достаточно сильно охладить испаритель, который продолжает подогревается теплопритоками. Поэтому в сильно низкой температуре кипения мало толку, если при этом мала и холодопроизводительность, которая значительно падает из-за компрессора.

Если вместо ТРВ стоит капиллярная трубка, а она как известно сама по себе не перекроется, если только чем либо её не засорить, то при снижении теплопритоков давление в испарителе падает незначительно, исключительно из-за меньшего количества испаряющегося фреона, но зато остальной неиспарившийся может попасть во впускной трубопровод компрессора.
Поэтому системы с капилляркой должны расчитываться так, чтобы при минимальных теплопритоках в испаритель перегрев оставался достаточным для безопасной работы компрессора, ну а при максимальных он будет конечно избыточным. Придумывают разные способы защитить компрессор от влажного хода в системах на капиллярке.
Для капиллярки есть минусы, есть и плюсы.
Плюс это простота, еще один плюс - плавное выравнивание давления между испарителем и конденсатором после остановки компрессора через ограниченное сечение капиллярки.
При последующем старте автоматически получается разгруженный пуск, с плавным нарастанием давления конденсации и плавным падением температуры и давления кипения. В связи с плавным ростом отношения давлений плавно нарастает подача жидкого фреона в испаритель.
Минусов хватает, но не о капиллярке сейчас речь.

Как говорилось уже - от низкой температуры кипения мало толку если самого кипящего фреона слишком мало, то есть мала холодопроизводительность.
В ТН температура кипения сама подстроится под тепловой напор, площадь теплообмена и т. д.
Специально возжелать температуру кипения ниже чем она хочет быть, применительно для ТН - как то не
разумно. Ну если хочется - придушите воду на входе в испаритель и чем сильнее прикроете кран, тем ниже получите кипение.

А если обязательно нужна конкретная низкая температура? Скажем -30.
В морозильных камерах например, при хранении определенных видов продуктов.
Чтобы такая температура там получилась не через неделю, а значительно быстрее, компрессор должен быть соответствующей холодопроизводительности, да с запасом желательно.
Чтобы в дальнейшем, когда температура в камере стабилизируется на нужной отметке компрессор не включался слишком часто и на короткое время, ввиду своей переразмеренности, ему эту переразмеренность нужно как то ограничить. Теперь есть частотное регулирование оборотов, а раньше ставили регуляторы производительности, которые работали по разным принципам.
Например перепускали пар из нагнетающей магистрали компрессора во впускную, или из нагнетающей на вход испарителя.
Необходимого результата по регулированию производительности компрессора этим достигали, но появлялись сопутствующие проблемы, которые тоже требовали решения, но самое главное - приличный перерасход электроэнергии, так как производительность по холоду то менялась, но массовый расход фреона через компрессор оставался на первоначальном уровне.
Чтобы не было слишком уж избыточного регулирования делали (и делают) многокомпрессорные централи с одним регулируемым компрессором, остальные подключаются дискретно.
Ну и продукты перед помещением в камеры хранения предварительно замораживают в камерах заморозки.
Нам в ТН такая регулировка абсолютно не подходит.

Регуляторы давления конденсации. Для чего они нужны?
Представьте, что запускаете установку в холодную погоду, зимой например. Давление и в испарителе и в конденсаторе одинаковые, ну и про холод не забываем.
Компрессор резво откачивает пар из испарителя, но так как нужного минимального перепада давления пока не наработалось, из ТРВ жидкий хладагент поступает вяло, компрессор явно опережает по производительности, давление в испарителе падает все сильнее и машина останавливается по защите НД
так и не успев толком заработать. И не запустится никогда, если не принять специальных мер, так как из-за малого количества поступающего в испаритель фреона холодопроизводительность его мала, компрессор потребляет электричества немного и в сумме и той и этой теплоты не хватает, чтобы разогреть конденсатор.
Ведь он ещё и охлаждается на улице.
Такое случается при использовании воздушных конденсаторов, такие сплошь и рядом в холодильных установках магазинов и супермаркетов.
Для этого ставят регуляторы давления конденсации, принципы работы их различаются, двухходовые, трёхходовые, но суть одна - дать конденсатору выйти на режим рабочего давления конденсации.
В ТН такое может понадобиться редко, ну например только если у Вас ТН для воздушного отопления и колотун в доме собачий. Жидкостный же конденсатор можно на время запуска просто придушить вентилем, при минусовой погоде ТН не каждый день запускают.
Да и нюансов дополнительных много.
Например, обязательно нужен ресивер, в который должен поместиться весь фреон, заправленный в агрегат, кроме того фреона надо будет почти в два раза больше, чем без регулятора давления конденсации и ресивера. Проблемы перетекания жидкого фреона туда где холоднее, надо ставить дополнительные электроклапана, обратные клапана и т. п. Ну и так далее. Это все для продвинутого самоделкина.

Регулятор давления кипения.
По названию ясно, что он регулирует. Но каким образом?
Чтобы понизить температуру кипения надо увеличить производительность компрессора или прикрыть вход в испаритель, чтобы и слабый компрессор справился с задачей по понижению давления.
Чтобы повысить температуру кипения надо поставить слабее компрессор или перекрыть дыхалку мощному (приглушить входной патрубок) перепускным клапаном.
В первом случае общая мощность системы упадет.
Во втором компрессор будет потреблять лишнее электричество, СОР упадет, зато температура кипения вырастет. Это практически перепускной регулятор производительности, который рассматривали выше.
В ТН это надо? Наверно нет.
В холодильных камерах иногда надо, когда не требуется слишком низкая температура, чтобы не поморозить фрукты например, а компрессор при этом излишне резвый.
Или если один компрессор работает на два испарителя с разными температурами кипения.
В этом случае ставят регулятор давления между компрессором и испарителем с более высокой температурой.
Но СОР будет по низшей температуре кипения, что не есть хорошо.
Как я уже писал, подмечено, что отдельный компрессор для второго испарителя вместо регулятора давления может окупиться в торговом холоде всего за один год из за снижения при этом общего расхода электроэнергии.

Есть ещё регуляторы давления в картере компрессора.
Если кто не в курсе, компрессор всасывает пары фреона через свой картер, в который собственно и впаян всасывающий патрубок.
Нужны для того, чтобы ограничить расход пара через компрессор при слишком мощном в данный момент испарителе по сравнению с производительностью компрессора.
Это бывает при запуске низкотемпературных систем, когда испаритель получает слишком много тепла, ТРВ полностью открыт и льет жидкого фреона с избытком, так как перегрев пока ещё большой, пара получается много и с компрессором просто не справляется из за недостаточной мощности приводящий его в движение электоромотор.
В дальнейшем, по мере охлаждения объема и снижения теплопритоков, перегрев снизится, ТРВ прикроется и все выйдет на рабочий режим. Но пока надо ограничить количество всасываемого пара в компрессор, для этого на вход компрессора и ставят ограничитель давления.
Уф-ф-ф... На сегодня пока всё...