Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Сам имею и инверторы и ON-OFF апараты и сейчас у нас стабильные -6 -10 и аппараты потребляют примерно одинаково

 

Немного оживлю тему.
Ув. Декабрино, подскажите по воздушным теплообменникам.
Вот, например такой конденсатор:
http://www.convek.ru/condensator_vozduh.html
на него вот такие характеристики (максимальная модель):
мощность 4160Вт
расход воздуха 2500 кубов
площадь поверхности 9.32 м2
Температура конденсации 45град.С
Температура воздуха на входе 30град.С
Диаметр вентилятора 350мм

посчитаем необходимый объем воздуха для данной мощности:
L=4160*3600/(1,2*1005*(45-30)=827 кубов
Почему полученные данные не совпадают с требованиями производителя конденсатора? Ну, я понимаю что производитель считает на меньшую площадь теплообмена (вентилятор то круглый, а конденсатор прямоугольный), но не в 3 раза !

И еще вопрос. Этот конденсатор рассчитан на использование осевого вентилятора с малым напором (не более 100Па). Но если я установлю его в канал и буду использовать канальный вентилятор с напором 500 Па, то как поведет себя система? Ну хочется мне сделать воздушную систему отопления для моей дачи

И последний вопрос. Допустим, мне не хватит производительности этого конденсатора, то как мне подключить второй? Последовательно или параллельно. Воздушный поток как лучше направить (последовательно или параллельно)?

Заранее большое спасибо за ответ.

 

Тут не в этом дело, несколько не с той стороны считаете.

Этим Вы посчитали количество воздуха, которое можно нагреть на 15 градусов мощностью 4160 Вт
А где у нас 15 градусов?
Разница между температурой конденсации и входящим воздухом называется "полный температурный напор", а средний температурный напор между воздухом и поверхностью теплообмена будет на несколько градусов меньше.
Кроме того, с чего это решили, что воздух нагреется с +30 С практически до температуры поверхности конденсатора?
Стало быть надо сбросить со счетов ещё несколько градусов.
Останется около 5 К, как раз в 3 раза меньше
Давайте рассмотрим поподробнее и посчитаем.

Круглый вентилятор, корпус конденсатора прямоугольный, переходник-дефлектор влияет на потери напора, не совсем равномерное распределение потока воздуха через конденсатор, немного отличающийся тепловой напор в разных частях и т. п.
Но это сейчас не главное.
Интегрировать тепловой поток по поверхности теплообмена нам сейчас тоже не обязательно, достаточно прикинуть среднелогарифмический температурный напор или даже просто средний.
Тем более, что хладагент тоже имеет различную температуру по ходу движения по трубам.
На входе он значительно горячее температуры конденсации, потом на 60-70% площади теплообмена держится на уровне температуры конденсации, на выходе из конденсатора имеет температуру ниже на величину переохлаждения. Соответственно также непостоянна температура теплообменной поверхности.
Но будем считать, что она на всей поверхности равна 45 С, величине, которая указана в ТТХ, погрешность наших вычислений при этом будет вполне в допустимых рамках, так как повышенная температура в начале конденсатора нивелируется снижением в конце, потери напора, непостоянство расхода воздуха, неизвестная влажность, атмосферное давление и пр. тоже влияют на точность расчётов и заниматься логарифмированием, не говоря об интегрировании, при недостаточности исходных параметров к повышению точности точно не приведут.

Производитель наверняка производил испытание образцов своей продукции и не мог указать характеристики в невыгодном для себя свете.
Что это значит?
Температуру входящего воздуха можно указать поменьше, тогда мощность конденсатора будет больше, но этого сделать никак нельзя, так как параметры окружающего воздуха - главное, на что обратит внимание покупатель.
Конденсатор должен нормально работать и выдавать необходимую мощность в данном случае при +30 С.
Если недоразмерить площадь или снизить расход воздуха, то температура конденсации полезет вверх.
Поэтому указан расход воздуха, при котором достигается нужная мощность.
В нашем случае это 2500 м3/час при площади теплообмена 9,32 м2
Что это значит?
Это значит, что дельту по воздуху производитель принял 5 градусов.
То есть, при указанной паспортной мощности 4160 Вт 2500 м3/час 30-ти градусного воздуха, проходя через конденсатор нагреются на 5 К и будут на выходе иметь температуру 30+5 = 35 С
Проверяем:
2500 м3/час / 3600 сек * 1,2 кг/м3 * 1000 Дж/(кг К) * 5К = 4166 Вт
Входит +30 С, выходит +35 С, стало быть средняя температура 32,5 С
Если среднюю температуру теплообменной поверхности для упрощения примем равной температуре конденсации +45 С, ведь у нас нет данных ни по температуре нагнетания, ни по температуре переохлаждения, а производитель наверняка учёл их в своих испытаниях, то средний температурный напор получается 45 - 32,5 = 12,5 К
Вполне похожая цифра на принятые температурные напоры при расчёте воздушных теплообменников.
Воздух обладает коэффициентом теплоотдачи для твёрдых поверхностей от 7-8 Вт/(м2К) для неподвижного, только с естественной конвекцией, до 30-40 Вт/(м2К) при скоростях обдува 3-4 м/с
Берём 4160 Вт, делим на вышеуказанную площадь 9,32 м2 и на наши 12,5 К
Получаем коэффициент теплоотдачи 35,7 Вт/(м2К)
Вполне укладывается в допустимые величины, скорость воздуха должна быть около 3,5 м/с.
Проверяем на всякий случай скорость воздуха через теплообменник.
Размеры его 500 мм х 425 мм, стало быть площадь сечения 0,213 м2
2500 м3/час / 3600 сек / 0,213 м2 = 3,26 м/с
Очень даже похоже на то, что должно быть.

Ну а конечный результат при реальной эксплуатации будет зависить от соблюдения всех этих условий, указанных производителем,
Если упадёт температура входящего воздуха, то на столько же снизится температура конденсации, можно будет уменьшить расход через вентилятор.
Если скорость воздуха будет меньше, то коэффициент теплоотдачи снизится, кроме того дельта по воздуху вырастет, начнёт расти температурный напор, за ним полезет вверх температура конденсации.
Если увеличите расход воздуха, то увеличится коэффициент теплоотдачи, но также увеличится шум, потери напора и необходимая мощность вентилятора.

Повышенный напор канальников необходим для компенсации потерь давления в воздухопроводах без значительного снижения расхода воздуха через него при этом.
Для воздушного теплообменника важна именно скорость воздуха, а сопротивление его достаточно маленькое, чтобы с избытком хватало и осевого вентилятора.
При объединении с воздухопроводами естественно потребуется другой вентилятор, чтобы компенсировать потери напора, соответственно потери расхода и потерю скорости обдува.

Если требуется получить лучшее переохлаждение фреона, то последовательно, если снизить гидравлическое сопротивление, то параллельно.

Тоже, смотря что хочется при этом получить.
Если нагревать воздух до более высокой температуры, то последовательно, если снизить температуру конденсации, то параллельно.
Комбинируя варианты соединения по воздуху и фреону можно получать промежуточные варианты, но обязательно требуется посчитать по гидравлике, так как последовательное соединение 2 одинаковых может не привести к желаемому 2-х кратному увеличению мощности, а параллельное соединение требует выравнивания гидравлических сопротивлений, чтобы поступающий в конденсаторы пар распределялся равномерно, иначе 2-х кратного прироста мощности также не получить.

 

А вот такой вопрос: как прикинуть какой размер воздушного теплообменника нужен (внутри R22), для теплоотдачи по теплу 1,5кВт без принудительных вентиляторов.

 

А какая разность температур?

нагретая поверхность отдает около 10-20 Вт на кв. м на градус (если не попутал с ходу).
На 10 градусов разницы получиться около 15 кв. м.

 

Температура конденсатора ? минус температура в доме (+21) = ?

 

Это вам решать. Либо зная температуру конденсации искать площадь, либо зная площадь определить температуру конденсации.

 

Коэффициент теплоотдачи воздуха от/к твёрдой поверхности внутри помещений при естественной конвекции равен около 8 Вт/(м2*К)
Коэффициент теплоотдачи жидкостей от/к твёрдой поверхности, а также кипящих/конденсирующихся хладагентов внутри труб, намного превышает это значение (в 30-100 раз), поэтому узким местом являться не будет, неважно R22, R410a или там какой другой.
Соответственно, для выравнивания значений коффициентов теплоотдач, коэффициент наружного оребрения (отношение наружной площади теплообмена к внутренней) тоже должен находиться в этом диапазоне 30-100.
Конкретное значение подбирают исходя из используемых жидкостей или применяемого хладагента, характера его кипения или испарения.

Из этого следует, что для 1,5 кВт воздушного теплообменника, рассчитанного под естественную конвекцию, требуется площадь наружного оребрения (учитываются обе поверхности ребра) 190 м2 на каждый градус теплового напора.
Если температура конденсации хладагента +55 С, а температура воздуха в помещении +20 С, то требуемая площадь оребрения около 5 м2.
Если усилить естественную конвекцию применением экранов, сделав конвектор, то необходимую площадь оребрения можно снизить раза в 1,5-2.
Если применять принудительный обдув с помощью вентилятора, то каждый дополнительный 1 м/с скорости воздушного потока принесёт дополнительные 10 Вт/(м2*К)
Коффициент оребрения тогда следует применять меньший.

Для примера можно посмотреть бытовые кондиционеры.
Для теплообменников кондиционеров со скоростью обдува 2-3 м/с коэффициент теплоотдачи равен 20-30 Вт/(м2*К), соответственно необходимая площадь оребрения на 1 кВт мощности примерно 50-70 м2 на один градус теплового напора или 2-3 м2 на 25 градусов.
Для наружного блока 9000 Btu (около 2,6 кВт), работающего с температурным напором 15-25 К площадь эффективного теплообмена лежит в диапазоне 6-10 м2 в зависимости от "китайскости" и климатического исполнения.
Для внутреннего блока, работающего с несколько большими напорами 20-30 К площадь нужна поменьше, около 4-7 м2, опять же в зависимости от производителя и климатического исполнения.

 

Вообщем по моим подсчетам и сравнению разных производителей радиаторов для естественного побуждения лучше наверное брать шаг пластин побольше, реально делают 3,5 мм, следовательно г75 х в300 х ш600 мм вполне достаточно для отдачи 1,5кВт при разности в 20 гр.
И закрыть это все вот таким кожухом.

 

Для радиаторов шаг не важен - считайте просто по площади. Шаг сказывается на низких температурах, где начинает намерзать конденсат, уменьшая эффективную площадь теплообмена, вот там лучше побольше...

 

правильно сделанный кожух создает так называемую конвекционную тягу которая может увеличить теплосъем с прибора, а я еще когда студентом был, на батарею компьютерные куллеры приделывал чтоб в комнате потеплее было, они практически бесшумные, а турборежим иногда очень кстати, вот только стальные ребра при искуственном обдуве к краям уже сильно остывают.

 

Кулеры поставить можно, иногда включать, или в гостинной, в спальне например, я бы не стал, меня и шум компа иногда напрягает.

 

добрый вечер всем. уважаемый декабрино, а нельзя ли для минимального перегрева использовать какой-нибудь трехходовой смеситель, как в сантехнике?

 

Не согласен перегрев увеличивает теплосодержание газа и увеличивает температуру нагнетания.
Перегретый пар имеет меньшую плотность чем более холодный - все газы при нагреве расширяются и плотность их падает.
Отсюда перегрев приводит к повышению температуры нагнетания и увеличивает количество теплоты переносимой газом, но перегрев уменьшает плотность газа и производительность компрессора немного падает. Это два противоположных процесса и в зависимости от свойств фреона преобладает тот или другой. Поэтому для одних фреонов РТО повышает производительность для других понижает, а третьим все равно.

 

Это в том случае, если им есть куда расширяться.
В закрытом объёме, при перегреве паров, повышается их давление, что несколько (чуток, но заметный эффект есть), снижает отношение давлений высокой стороны компрессора к низкой, ведёт к увеличению наполняемости компрессора и в результате увеличивает его реальную объёмную производительность.
Ну а для каких газов перегрев увеличивает холодопроизводительность, то есть является полезным а для каких не очень, следует из их теплофизических характеристик.
Это становится понятно при изучении динамики прироста удельной холодопроизводительности газов от увеличения его массового расхода при перегреве, являющегося следствием увеличения расхода объёмного, также при этом несколько по разному меняется и теплоёмкость газов (а в результате теплосодержание-энтальпия). Температуру нагнетания тоже надо учитывать, показатель адиабаты для разных газов различен, в зависимости от строения молекулы