Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

в реалии в 70% врут большинство производителей, про кытов вообще молчу)) для сравнения разных изготовителей проще , не заглядывая в каталог берем модель компрессора или его аналог и делаем выводы. Максимум характеристики отличаться будут- на 18%. А для детального сравнения загоняем на стенд и смотрим характеристики))

 

Поигрался и я в эту математику.
Получается,при температуре рассола +10 и температуре на тёплом полу +25 градусов, ТН потребляемой мощностью 1 кВт будет выдавать 12 кВт тепла?
ТН любой некытовской фирмы ?
Если так,то замечательно! Только включить ТН что-б работал 24 часа в сутки и температура пола ниже 25-и градусов не опускалась и ништяг !
И ТН за недорого и киловатт куча.

 

putnik 777, а за счёт чего вы получите 10гр? У вас геотермальный источник рядом? Вы считайте 0гр и 35гр это более менее ближе к истине будет.

 

Справочник:"Сезонные колебания температуры грунта" утверждает,что в Ленобласти эти колебания на глубине 18-ти метров заканчиваются,и далее вглубь температура стабильна и равна +10-ти градусам.До глубины 100 метров.Затем идёт повышение температуры : 1 градус на каждые 100 метров.

 

Что кытовской фирмы, что некытовской, а ТН при одинаковых размерах
теплообменников будут давать похожие результаты.
Просто кытовским веры меньше. Даже не самим насосам, а их продавателям.

А что касаемо 12 кВт тепла из 1-го, то:

при температуре кипения +10 и температуре конденсации +25
ТН на R410а с компрессором объёмной производительностью 4,8 м3/час и холодопроизводительностью испарителя 11 кВт, потребляя 1,1 кВт даст 11,5 кВт тепла в конденсатор и ещё 0,5 кВт можно взять переохладителем, после конденсатора. Только как использовать?
При температуре кипения +10 рассол в испаритель надо подавать хотя бы градуса на 3-4 теплее. Уже при 2 градусах разницы понадобится слишком большой испаритель.
При приближении разницы температур к нулю, необходимая площадь теплообмена испарителя будет стремиться к бесконечности.
С конденсатором то же самое. При температуре конденсации +25 воду получите градуса на 4-5 ниже.
Вот и получится рассол на входе +14, а нагретая вода на выходе +20.
Где такое можно использовать? Хотя СОР больше 10.

 

не совсем так)) если нормальных производителей можно по компрессору сравнивать ожидаемые результаты, то кытов при вскрытии крыши(кожуха) часто удивляешься- недоразмеренный испаритель и конденсатор, а если даже нормальные , то зажатые сечения труб по газу на испарителе может привести к 20-25% потерям эффективности, поэтому близкие результаты ожидать не приходится

 

Это от них просто вредительство какое!

Раз уж зашел разговор про СОР тепловых насосов, и от чего он зависит, немного отвлечёмся и разовьём эту тему.
Как можно было заметить выше, в формуле СОР = Т вых / ( Т вых – Т вх )
нет ничего кроме температуры источника тепла и температуры на выходе.
Мы же привыкли вычислять СОР делением полученного количества тепла на затраты, нужные для высасывания его из внешнего источника.
Да ещё желательно сразу в киловатт часах. Так наверно удобнее переводить в деньги.
200 лет назад, когда вывели эту простую формулу ещё толком не знали про
электроэнергию, не было электромоторов, не было бензина-керосина, так как ещё не заинтересовались нефтью, да и до Федерального Резерва Америки было ещё целых 100 лет.
Вполне хватало для теоретических расчётов только значений температуры.
Что такое температура? Грубо говоря, это мера внутренней энергии, учитывающая сумму всего того что происходит внутри вещества в какой то момент.
До сих пор по отдельности все эти процессы посчитать невозможно, так как их скорее
надо рассматривать с точки зрения теории вероятности и статистики.
Это сообразили ещё тогда.
Представления о столкновениях атомов и молекул были развиты Клаузиусом и Максвеллом. Тем самым была создана база для статистического описания термодинамических явлений. Равновесное состояние газа, по Максвеллу, возникает в результате многократных энергетических обменов между хаотически движущимися и сталкивающимися молекулами.
Больцман впервые стал рассматривать понятие «энтропия» как меру хаотичности движения атомов и молекул. Он проанализировал не только состояние равновесия, но и эволюцию системы к состоянию равновесия. При этом возникла проблема асимметрии между прошлым и будущим вещества. Больцман обнаружил, что процессы в неорганическом мире имеют определенную направленность - от менее вероятных состояний к более вероятным. Изменение распределения скоростей молекул из-за их свободного движения соответствует обратимой части процесса, а вклад, вносимый в изменение состояния системы столкновения молекул газов, - необратимой частью.

Это и сейчас сразу понять непросто, но тогда кина/телевизора не было, калькуляторов-
компьютеров тоже, а мозги уже работали неплохо, для удобства вычислений давно были придуманы логарифмы, дифференцирование и интегрирование (логарифмическая линейка существовала к тому времени уже 200 лет).
А вообще,
кроме температуры, достаточно ещё всего четырёх единиц, чтобы описать зависимость одних вещей от других, происходящих во всём мире.
-длина/толщина
-масса (кг)
-время (сек)
-сила тока (Ампер)
Есть ещё сила света ( кандела), её как и температуру наверно не смогли выразить через длину/массу/время/силу тока
Некоторым индивидуумам вообще хватает в жизни первых двух единиц.

 

Возвратимся на пару постов назад.
Тот же ТН на R410а с компрессором 4,8 м3/час,
чтобы получить на выходе +25 воду, используя 10 градусный рассол,
должен иметь температуру кипения +5, а температуру конденсации +30.
При стандартных уровнях перегрева и переохлаждения получим
9,5 кВт на выходе при потребляемой мощности 1,3 кВт.
Испаритель должен обеспечить 8,5 кВт. СОР= 7,3
Конечно хуже чем 10 в первом случае, но тоже неплохо.
Результирующий СОР ещё немного подпортят перекачивающие насосы
на входе и выходе ТН и лампочки с контроллером на передней панели.
Не будем мелочиться. Не о том речь сейчас.
Как распорядиться неждано-негадано свалившейся на голову кучей воды
с температурой +25 тоже поговорим в другой раз.
А пока о том, как поведёт себя ТН с недоразмеренными теплообменниками, о которых
упоминал Дед Марос. Пусть даже они будут и не китайские, а самые что ни есть швейцарские.
И почему это теплообменникам надо именно 5 дополнительных градусов при испарении и 5 при конденсации.
Для лучшего понимания накарябал подручными средствами график зависимости
дельты температур от площади теплообмена для какой то придуманной пары веществ.
Начинаться график будет в точке максимальной разницы температур между теплоносителями. В данном случае 9 градусов, это если одна среда скажем 30, другая 21.

Что видим?
Чтобы получить 2 градуса дельты надо задействовать 7 м2 поверхности.
Какая площадь теплообменника нужна чтобы получить 1 градус дельты, вообще трудно сказать, а при приближении к 0 градусов дельты площадь стремится к бесконечности

Примерно то же самое с другой стороны. При уменьшении площади теплообмена до нуля, дельта температур тоже стремится к какой то величине. Только это будет максимальная разность между горячим и холодным источниками.
То есть подали для нагрева жидкость с температурой +21, на выходе те же +21 и получите. Разность 9 градусов как была на входе так и осталась на выходе.
Перегиб графика, в нашем случае это 3 градуса при 3 м2 самый оптимальный вариант
с точки зрения цена/качество

Для холодильного теплообменного жидкостного оборудования эта точка в районе
5 градусов, для воздушного около 15 градусов.
Влево-вправо подбирается по требованию обстоятельств и экономическим соображениям.
В торговых воздухоохладителях дельту нельзя делать большой, чтобы не усыхали
продукты при хранении. Делают 3-5 град, и меньше, даже несмотря на явное удорожание системы. Всё равно заплатит конечный потребитель, лишь бы купил продукты, а для этого их надо сохранить в товарном виде.
В кондиционерах воздух пересушивается, конденсат льётся рекой – зато дельта 15-20 град, можно запихнуть в небольшой ящик на стене, также сделать хочется подешевле.
Действует простой критерий – холодит, значит работает. Экономичностью пусть всякие Мицубиси занимаются, если им того надо.

 

Подбор теплообменика конструктором в упрощенном изложении происходит примерно так:
берётся дельта, необходимая для обеспечения нужных характеристик аппарата и под неё подбирается теплообменник от любимого производителя по показателям теплового напора, перепадам давлений, скорости протока теплообменных сред, веществ участвующих в теплообмене, свойств теплообменных поверхностей и т.п.
Всё это есть в любой программе подбора, которая выдаст рекомендуемый девайс.
Далее смотрим на цену девайса, если она удручает, берём на размер меньше или смотрим в сторону нелюбимого китайского производителя, но не забываем, что несмотря на такие же заявленные характеристики, как у любимого бренда, вещица может оказаться и размером меньше, и на пару размеров хуже.
После того как муки выбора окончились, всё спаяно-приварено-заправлено запускаем и смотрим что получилось в результате.
Испаритель.
Если мы планировали разность между температурой кипения и рассолом 5 градусов, что оптимально по цене/эффективности для ТН на воде или рассоле,
но в результате вынужденной собственной скупости или злых козней китайских халтурщиков теплообменная поверхность или её эффективность получилась меньше задуманной, то 5 градусов нам не видать.
Чуда не будет. К бабке не ходить!
Будет следующее:
компрессор сосёт с той же старательностью, как и должен, пусть будет 4,8 м3/час а недоразмеренный испаритель не успевает испарять весь жидкий фреон, который мог бы обеспечить расчётную холодопроизводительность.
Не хватает площади или дельты температур.
Получается не 4,8 м3 паров фреона, а меньше. Неиспарившийся фреон проскакивает на выход испарителя, перегрев снижается. Это тут же ощущает ТРВ своим термобаллоном и начинает закрываться.
В результате он пропускает только столько фреона, сколько может испариться в испарителе от подведённой теплоты извне при заданном перегреве на выходе.
Компрессор все пары старательно откачивает и может ещё больше, но нету…
В результате давление в испарителе падает, снижается соответственно и температура кипения. Увеличивается разница температур между рассолом и кипением, тепловой поток возрастает - фреона теперь испаряется больше, компрессор уже доволен - паров теперь 4,8 м3,
давление больше не снижается, наконец наступило равновесие. ::
Но так как при понижении температуры плотность паров тоже снизилась, при той же объёмной производительности компрессора масса получившихся паров фреона будет меньше, также меньше они поглотят тепла – вот и меньше холодопроизводительность.
Что получается в итоге?
На сколько недоразмерен испаритель – на столько упадёт холодопроизводительность ТН!
Если компрессор оставить тот же - понизится температура кипения, соответственно будет ниже СОР.
Гликолевый контур не пострадает, даже будет отдавать меньше тепла, несмотря на более низкую температуру кипения. Ведь холодопроизводительность испарителя снизилась. А вот ТН вода/вода
при остановке протока может приморозить.
Так как мощность испарителя снизилась, в конденсаторе тоже выделяется меньшая мощность, значит конденсатор оказался слегка переразмерен для такого испарителя, вот китайцы с чистой совестью уменьшают и его.
ТН хуже переносит недоразмер испарителя, чем конденсатора.
Но лучше всё же слегка завысить и то и другое.
Так как ТН регулируют свою мощность старт/стоповым способом
( неинверторный), то компрессор своей производительностью не должен превышать возможности испарителя для выбранной температуры кипения.
Иначе обязательно загонит её ещё ниже.

 

Вокруг чего мы крутились все эти полсотни постов?
Вокруг самого главного!

Испаритель и компрессор должны соответствовать
друг другу по производительности


В противном случае система, обладая некоторой способностью саморегулироваться найдёт для себя другую точку равновесия, но в ущерб эффективности и экономичности.
Объёмную производительность можно изменять разными методами,
частотой вращения (инвертор), включением/отключением параллельных
компрессоров, перепуском (байпас) части газа.
В бытовых, тем более в самодельных такие методы применяются редко.
Производительность компрессора чаще всего фиксированная.
Поэтому производительность испарителя будет подстраиваться
под производительность компрессора сама.
Снизится давление и температура кипения, из-за большей дельты с рассолом производительность испарителя начнёт расти, а производительность компрессора падать из-за снижения давления. В какой то точке производительности сравняются и наступит статус кво. ::
Не стоит особо обольщатся. Способность саморегулироваться лежит в небольшом диапазоне рассогласования. Дальше начнутся проблемы с ТРВ, пульсации, перегрев электродвигателя, отключения по низкому давлению и т.д. Не говоря о проблемах на высокой стороне, которые для упрощения
не рассматриваем.
Плотность пара станет мала чтобы эффективно охлаждать двигатель, в то же время маленький перегрев после испарителя позволит проскакивать капелькам жидкости в компрессор. Эффект как от горстки камешков в цилиндры.
Есть ещё другой способ согласования, но ТН сам это сделать не может.
Надо поднять производительность недоразмеренного
испарителя до производительности компрессора. Для этого необходимо
подавать более тёплый рассол в испаритель. Где его взять?
Опять же всё сводится к увеличению дельты. Поэтому как не крути, а дельта будет по любому больше.
Можно увеличить скорость протока жидкости, но скорость скорее всего и так уже заложили максимальную при начальном подборе теплообменника. Лишних денег для этого ведь не нужно было.
При умышленном переразмеривании испарителя дельта падает, что ведёт к увеличению эффективности. Посмотрите на график выше, он хорошо отражает
смысл подбора по критерию цена/эффективность. Но с какого то момента, при дальнейшем повышении площади теплообмена происходит совсем незначительное снижение дельты, а проблем с гидросопротивлением возникает всё больше.
Также в большом испарителе, относительно мощи компрессора, сложно регулировать перегрев. Вместо ТРВ придётся применять другие методы. Всё это тоже надо принимать во внимание даже если есть под руками вагон халявных ПТО.

Во всяких книгах для холодильщиков иногда рассматривают
переразмеренный испаритель или слабый компрессор для удобства
диагностирования неисправности как одно и тоже.
Для них это верно. Логика есть. Симптомы те же.
Как это так в процессе эксплуатации испаритель вдруг станет переразмеренным?
Скорее компрессор потеряет часть своей мощи.
В нашем, теплонасосном случае это не так.
Мы подбираем испаритель под теплопотери дома, которые старается компенсировать конденсатор, отдавая своё тепло в СО.
Чем больше отдаёт в СО конденсатор, тем больше тепла пытается отобрать от грунта испаритель.
В холодильниках наоборот, испаритель подбирается под теплопритоки.
Чем больше приходит тепла в него, тем больше надо передать конденсатору.
В холодильном мире стоит задача охладить испарителем некоторую
среду – воздух в помещении или жидкость в трубах. И там совсем не нужно
лишнее тепло из конденсатора. Проблема - куда его девать.
В случае с ТН охлаждать и стабильно поддерживать необходимую низкую температуру под землёй совсем не требуется. И каждому лишнему полученному киловатту тепла в конденсаторе радуются как дети.

 

спасибо за инфу.если бы кто нибудь раньше так доступно разживал,я бы не наделал столько ошибок.

 

Если я правильно понимаю при переразмерном испарителе, ТРВ надо ставить не только с большей т. кипения, но и с меньшим перегревом? Ведь т. в скважине у Вас стабильна = 8 г.

 

Декабрино, продолжайте, очень интересно.

 

Раз возник вопрос про ТРВ, можно немного отвлечься на него.
Начнём с того, что ТРВ не предназначен для регулирования температуры кипения.
Ему всё равно какая будет температура кипения, +10 или -50.
Конечно, при изменении проходного сечения ТРВ температура кипения
может изменяться, но это уже следствие других процессов, происходящих в
холодильном контуре.
Также не предназначен ТРВ и для регулирования мощности установки.
Хотя на первый взгляд он это и делает, реагируя на снижение мощности испарителя прикрывая поступление жидкого хладагента, когда по каким то причинам теплопритоки извне в испаритель снижаются и компрессор может хлебнуть и подавиться неиспарившейся жидкостью.
Получается, что ТРВ скорее нужен для автоматического поддерживания максимальной мощности (холодопроизводительности) испарителя.
А вот если теплопритоки в испаритель так и останутся небольшими, и давление в испарителе будет продолжать падать, то через некоторое время реле низкого давления или температуры отключит компрессор.
Максимальная мощность может быть снята только при максимально возможном заполнении испарителя хладагентом.
Вот ТРВ и поддерживает максимально возможное заполнение испарителя жидким хладагентом и в то же время не допускает попадания жидкой фазы в компрессор. Для этого отслеживает разницу температур между температурой кипения и температурой своего выносного термобаллона на выходе испарителя. Считается что при разнице в 6-9 градусов, на которые рассчитан обычный механический ТРВ, в стандартных решениях испарителей вся жидкость наверняка испарится и компрессору вреда не будет. В некоторых конструкциях испарителей можно поддерживать и меньшие значения перегрева, но стандартный механический ТРВ на это уже не способен.
Электронные ТРВ могут поддерживать перегрев от долей градуса, но тут уже играет роль инерция регулирования и конкретное исполнение системы.
В любом случае до входа в компрессор кипение должно закончиться и жидкости быть не должно.
Может показаться что чем меньше перегрев, тем лучше.
Да, компрессор при наименьшем перегреве выдаст максимальную мощность и будет максимально задействована теплообменная площадь испарителя.
Но с повышением перегрева увеличивается температура выходящего из испарителя пара Получается перегрев для испарителя и компрессора работает противоположно. Должна быть достигнута какая то золотая середина. Также слишком большой перегрев пара может привести и к физическому перегреву компрессора. Для некоторых хладагентов даже небольшое повышение перегрева не приносит никакой выгоды. Потеря производительности компрессора и потери при сжатии газа съедают больше, чем приносит повышение производительности испарителя.
Это R22, аммиак и некоторые другие.
Для R134, R407, R410 некоторый разумный перегрев вполне может быть полезен. Но опять же он идёт на увеличение общей производительности, снижая производительность компрессора.
Вот тут и надо решить. Что Вам выгоднее?
Совсем недавно меди было завались а нормального компрессора не найти.
Теперь и меди нет и пластинчатые теплообменники зачастую стоят дороже компрессора. Если решили использовать минимальный перегрев с максимальным использованием площади испарителя придётся раскошелиться на ЭТРВ с контроллером. Если нет - подойдёт любой механический ТРВ, но испаритель будет нужен размером поболее.

 

Температура входящей в испаритель воды, температура выходящей (охлаждённой), температура кипения фреона и расходы этих теплоносителей связаны друг с другом через площадь теплообмена испарителя.
Рассмотрим на примерах.
Возьмём температуру кипения. Площадь теплообмена постоянна, температура воды на входе тоже постоянна. Как понизить температуру кипения?
Надо понизить температуру выходящей воды, для этого уменьшаем её расход
через испаритель. Теплопритоки в испаритель уменьшились, ТРВ прикрылся,
компрессор отсасывает с той же страстью, поэтому давление упало, а температура кипения снизилась.
В жизни специально снижать температуру кипения никто не захочет, а вот чтобы повысить температуру кипения надо наоборот увеличить проток воды. А вот это уже не всегда выполнимо. Или воды не хватает, или мощности насоса, или гидравлика не позволяет или сливать некуда. Причин много. Да и рассчитывался испаритель скорее всего по максимальному протоку. Больше он уже через себя не пропустит без попутных проблем с гидравликой.
Смотрим следующую переменную.
Чтобы повысить температуру кипения можно повысить температуру входящей
воды. Но для этого как минимум надо прилично увеличивать площадь грунтовых зондов. А это кусается.
В случае же со скважиной, какая вода там есть - такой и рады.
Остался последний метод воздействия на температуру кипения, в сторону повышения - это увеличение теплообменной поверхности испарителя.
Тут тоже должен быть разумный подход. Если испаритель и так рассчитывался на перепад (средний температурный напор) 5 градусов, то больше 1 дополнительного градуса без значительных вложений не снять.
Может так получиться что даже в 10 раз больший по площади не принесёт больше 2 градусов, а гидравлика будет ни к чёрту. А вот занижение площади в 2 раза относительно расчётной легко может отбросить к 10 градусам перепада.
Все закономерности уже давно перепробованы, для воды самый оптимальный вариант 5 градусов. Не надо пытаться перехитрить самого себя и не придётся скрести по сусекам в других местах.

P. S. Не путать!
Перепад 5 градусов - имеется в виду не разница между входящим и выходящим рассолом, а разница между температурой кипения и средней температурой рассола в испарителе. Так называемый средний температурный напор.