Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Надёжная, простая и безотказная ХМ конечно будет немного уступать по эффективности другой ХМ, работающей практически на грани, разделяющей опасный и безопасный режимы.
Стоит ли этим заниматься или нет, каждый должен для себя решить сам.
Что важнее - надёжность или эффективность?
Если надёжность, то уж проще ТРВ ничего придумывать и не надо.
Минимальный перегрев лишь увеличивает эффективность испарителя, но снижает наполняемость и подачу компрессора и довольно опасен для них, а для некоторых типов смертелен.
Если хочется сэкономить на испарителе и рисковать всей машиной, тогда - да.
А так, такие решения оправданы на больших ХМ, где экономия на испарителе окупит ЭТРВ, всю дополнительную автоматику, защиту, средства контроля и наблюдения и регулярное обслуживание квалифицированным персоналом.

 

Давление пара не повышается от подогрева пара, оно может повыситься только от повышения температуры кипения.
Если после кипения пар подогреть, то он (пар) начнет расширяться. Объем подогретого пара начнет увеличиваться плотность начнет уменьшаться. У нас не замкнутый объем, пар от нагрева расширяется и пар начнет "отступать" в испаритель, так как там равновесие между жидкостью и паром, то часть пара сконденсируется в испаритель (на самом деле пар не сконденсируется, а уменьшиться кол-во испаряемого пара в единицу времени). Все это потому что рост давления пара неизбежно ведет к повышению температуры кипения, но температура кипения не может повыситься она зависит от мощности испарителя и количества подводимого тепла, вернее сказать давление в испарителе зависит от температуры кипения. При подогреве пара перед компрессором давление в испарителе не измениться, как того хотелось бы, просто при подогреве пара немного упадет холодопроизводительность испарителя (мизерное количество) и уменьшиться плотность пара перед компрессором. Все от того что давление перед компрессором не может превышать давление в испарителе они ведь соединены и теоретически у них давление должно быть одинаковым, а в реальности наоборот даже давление в испарителе больше давления чем на всасе компрессора из-за сопротивления потоку. Таким образом если сопротивление потоку маленькое то подогрев пара всегда плохо влияет на массовую производительность компрессора, если сопротивление потоку (потери давления в испарителе) большое то подогрев пара немного может повысить давление перед компрессором, но лучше от этого практически не станет для производительности компрессора.

Вот если бы у нас была бы замкнутая система в которой фреон находился бы только в газовом состоянии, вот тогда действительно перегрев привел бы к увеличению давления, но плотность все равно осталось бы прежней ибо плотность это масса деленная на объем, а ни объем ни масса не меняются.

 

Сама идея перегрева пара в испарителе, имеет недостаток.

Если у вас проток в испарителе большой т. е. теплопередача со стороны воды такая что разность температур между входящей водой (+5) и выходящей (+3) скажем около 2 градусов, то ТРВ с перегревом 5 градусов (а некоторые ТРВ имеют 11 градусов как у меня) даст вам температуру кипения на эти 5 градусов ниже чем температура воды (около 0 и даже -1, а некоторые -5), а это достаточно плохо. И никакими ухищрениями убрать это не удается. Попытка подкрутить ТРВ до 2 градусов даст вам режим кипения (+2..+1 градус) что немного получше. Но такой путь как указал Dekabrino опасен для компрессора (нахлебаться может). В этом случае можно поставить РТО и догреть пар еще на 2 градуса для безопасности. При таком раскладе выигрыш состоит в повышении температуры кипения, а не за счет подогрева.

 

Температура кипения а также давление устанавливается только от подогрева. Чем ниже температура, тем меньше давление и температура кипения, и наоборот.

 

RuslanGu, в холодильном контуре как раз и имеем замкнутую систему, и то, что справедливо, в отношении плотности-объёма-давления для метеорологов, несправедливо для холодильщиков.

 

Система то физически замкнута, но у нас имеется фазовый переход жидкость-газ. Отсюда давление в системе будет определятся температурой кипения в испарителе, а она не зависит от температуры газа перед компрессором.

Вы хоть до 100 градусов нагрейте температуру газа до компрессора, но это нифига не повлияет на температуру кипения в испарителе, как она там была около 0 так и останется, а плотность перегретого до 100 градусов пара уменьшиться из-за его расширения.
Таким образом давление в системе где есть переход жидкость-пар определяется условиями кипения (температурой кипения), а плотность пара (газа) определяется его собственной температурой. Из этого у нас давление будет соответствовать температуре около 0 градусов, а плотность газа перед компрессором для нашего случая будет такой какую имеет газ при 100 градусов. Вот и вся кухня. С точки зрения теории перегрев пара до компрессора снижает массовую производительность компрессора, но повышает энергосодержание газа.

У метеорологов там вообще ничего не может быть связанно ибо там гадание на кофейной гуще посредством компьютерной программы обрабатывающей массивы данных.

 

RuslanGu, спорить не буду, сейчас не вспомню, в какой холодильной книжке читал, когда найду, то процитирую. Так вот там было сказано, что при снижении температуры и давления плотность пара уменьшается, а при увеличении - увеличивается. В метео - наоборот. Темку ты поднял спорную и актуальную, тоже копать буду.

 

RuslanGu, ты теплообменники сам рассчитывал, или фирма-продавец? Характеристики их подскажешь?

 

Давление в системе зависит от подводимого тепла, снимаемого теплообменником. А температура кипения зависит от этого давления, но никак наоборот. Если уменьшить температуру подводимого тепла, то упадет давление а за ним и температура кипения

Обычный рто повышает температуру кипения.
.

 

Если, как сказал Ампель, РТО повышает Т-кип, значит повышение перегрева влечёт за собой и увеличение давления перед компрессором, но плотность пара не может при этом снизиться?

 

Дедушка подсказал, но они слишком большими оказались потому я через прогу от Danfoss посчитал.

Прога от danfoss говорит что для 10 кВт нужно испаритель b3-052-40HQ, конденсатор на 10 кВт b3-052-30H, если логарифмическая разность температур около 5 градусов. Испаритель можно взять побольше хуже не будет, но тогда и конденсатор надо брать побольше чтобы фреон влез или ресивер понадобится.

Нет РТО температуру кипения не повышает, РТО подсушивает мокрый пар. На температуру кипения после выхода газа из испарителя оказать влияние не удается.

Там (в книге) имелось ввиду диаграмма зависимости температуры кипения от давления. Там действительно температура кипения газов зависит от давления, чем выше давление тем выше температура кипения.
Если следовать логике то с ростом давления растет температура кипения жидкости, чтобы R22 кипел при 0 градусов должно быть давление 4,98 бар. Когда запускается компрессор он начинает откачивать газ и давление начинает падать и жидкость уже кипит при более низкой температуре скажем -5 и при давлении 4,213 бар.

Плотность есть масса деленная на объем занимаемая этой массой. При давлении 4,98 и температуре 0 градусов плотность пара (насыщенного) будет 21,21 кг на куб. м. А при температуре -5 градусов и давлении 4,213 бар плотность пара (насыщенного) будет 18,07 кг на куб. м. Это и есть то что написано во всех холодильных книгах.

Но если у нас давление в испарителе 4,213 бар температура кипения -5 градусов и мы далее этот пар догреем в РТО на 7 градусов до температуры +2 градуса, то чему будет равна его плотность?

Вот здесь не все понимают, что плотность его будет не такой как при температуре кипения по справочнику или манометру (холодильщиков с градусами и барами). Потому что пар у нас уже не насыщенный, а перегретый и он от температуры расширяется. Согласно калькулятора при +2 градусах и давлении 4,213 бар ненасыщенный пар будет иметь плотность 17,43 кг. на м. куб.

(справочно: для кипения +2 давление насыщенного пара должно быть 5,308 бар и плотность насыщенного пара 22,58 кг на куб. м.)

Отсюда и вся пляска. При перегреве пара его плотность на самом деле падает 17.43, а не растет как того хотелось бы (22,58). Поэтому перегрев снижает массовую производительность компрессора и почти не влияет на объемную, но повышает энергосодержание газа.

Если бы при перегреве плотность бы увеличивалась, то мы в легкую бы повысили бы производительность компрессоров только за счет перегрева. Трудно что ли перегреть пар до +20 градусов и получить прирост тем более что теплоемкость пара копейки по сравнению с теплоемкостью жидкости и РТО решил бы все проблемы. Но нет каждому свое.

 

RuslanGu, спасибо. Убедительно.

 

Доброго дня суток! Человека знающего, видно сразу. Я же новичок и года два вынашивал план сделать ТН. Сейчас вижу, что созрел. А по сему вопрос к Вам, точнее даже три.
По случаю достались мне два компрессора CAJ2440Z (низкотемпературный на R404, по характеристикам при Ткип -10 Q=1815вт) другой NEK6214Z (среднетемпературный, на R-134? при Т кип.+7, Q=1486вт)
Что я смогу из них выжать используя и один и другой в ТН?
Другой вопрос касаемо первого компрессора. Если компр. низкотемпературный, то каковы будут его характеристики (скажем при Т конд =0,+5)? что он сможет выдавать на таком режиме работы, и вообще возможно ли это?
Ну а третий вопрос вообще наверное лаймерский
Если компрессор расчитан на R404 да ещё и на мин Ткип -10, можно ли его перевести на R134, и выжать из него максимум при Ткип= 0+5. Хотелось бы соорудить из того, что имеется ТН, вода-вода.
Вода, скважина с Т в среднем где то +6, и естественно вывести Данную мне ХМ на заводской режим не представляется возможным, дабы не замёрз испаритель. Ну а почему R134, а не R404 ? Он просто мне более доступен.
Заранее благодарен, и не прочь подчерпнуть знаний, которыми не обладаю.

 

На эти три вопроса ответ будет обобщенным:

В своих компрессорах, уже не обременённых гарантией, Вы вольны использовать любой хладагент, какой только пожелаете.
Чтобы компрессор преждевременно не вышел из строя, требуется соблюдать некоторые ограничения.
Какие?
Кроме того, что компрессоры работают только с газами, или испарившимися жидкостями, по простому с парАми (если они не предельно насыщены, то их тоже можно считать газами), дополнительных условий не так уж и много:

- компрессор по своей механической конструкции и прочности корпуса должен быть рассчитан на давление и температуру газов, с которыми ему предстоит работать

- мощность привода (или встроенного электродвигателя) компрессора должна соответствовать предстоящей работе по сжатию газа (пара)

Вот в общем-то почти и всё.
Есть ещё детали, которые влияют на работоспособность и долговечность системы.
Это совместимость и взаимная растворимость масел и фреонов, которая нужна для возврата масла в компрессор, где оно нужно для смазки трущихся деталей. А в холодильном контуре масло абсолютно лишнее, даже вредно, и куда тем не менее всё равно попадает из компрессора с потоком сжимаемого пара.
Это электропроводность хладагентов, которая имеет значение для обмоток встроенного электродвигателя.
Это взаимная совместимость материалов, из которых сделаны внутренние детали ХМ, изоляция обмоток и хладагентов.
И прочее, что влияет на долгую и безотказную службу...

Но всё же основное, от которого зависит стартанёт ли вообще компрессор или нет, а если запустится, то не сгорит ли, или заклинит через пяток минут - это мощность электродвигателя и механическая прочность конструкции.

Небольшое отступление:
На каждый электродвигатель указывается величина максимально-допустимого потребляемого тока (FLA - Fully Load Amperes или MCA - Max. Current. Amp.), также указывается номинальный рабочий ток (RLA - Rated Load Amperes). Эти две величины показывают номинальную мощность, которую может продолжительно развивать электродвигатель и максимальную мощность, которую допускается снимать в течение ограниченного времени, скажем в период выхода ХМ на номинальный рабочий режим и т. п.
Есть ещё значение тока при заблокированном роторе (LRA - Locked Rotor Amperes).
Эта величина вообще справочная, показывает ток в первое мгновение после запуска, используется для подбора защитной автоматики и оценки целостности обмоток при диагностике.

Посмотрим на характеристики низкотемпературного компрессора Tecumseh CAJ2440Z
При работе на R404a, кипении -10 С, перегреве 20К и конденсации +40С он обладает холодопроизводительностью 1,8 кВт, потребляя при этом 0,94 кВт (ток 4,18 А)

В тоже время мы видим, что номинальный ток для него 3 А (это примерно 660 Вт потребляемой мощности), а допустимый максимальный ток 5,7 А (ориентировочно 1,25 кВт).
Уже при -10/+40 компрессор работает не в номинале, но пока в допустимых пределах потребляемой мощности в период выхода на номинальный режим.
При повышении температуры конденсации на 10 градусов, при той-же температуре кипения (-10/+50), компрессор будет потреблять уже 1 кВт, холодопроизводительность при этом снизится до 1,45 кВт
В привычном же для него низкотемпературном режиме -35/+50 он будет потреблять в два раза меньше, всего 0,48 кВт при токе 2,16 А, правда и холодопроизводительность при этом будет только 0,33 кВт.

Что будет, если этот компрессор попытаться использовать в нужном нам режиме теплового насоса вода-вода, это как правило кипение выше нуля, пусть будет +3С, а температура конденсации +50С?

Холодопроизводительность этого компрессора должна бы вырасти до 3 кВт, а потребляемая мощность до 1,3 кВт при токе 6 А.
Холодильный коэффициент соответственно около 2,3
СОР по теплу будет около 3,3
Для +3/+50 на R404a примерно так и должно быть.

Ясно, что в таком режиме, превышающий номинальный ток в 2 раза, компрессор долго не проработает.

А вот если при таких-же условиях +3/+50 использовать R134a, то потребляемый ток и мощность снизятся в 1,6 раза по причине меньшей плотности R134a, относительно R404a при этих условиях кипения/конденсации.
То есть ток будет около 3,7 А при потребляемой мощности 0,8 кВт, что уже более менее приемлемо.
Если температуру конденсации уменьшить до +45С, то ток снизится до 3,4 А, а если до +40С, то до 3,1А, что в принципе соответствует номиналу.

Всё бы хорошо, но вместе со снижением массового расхода хладагента, из-за чего собственно потребляемая мощность и падает, снижается и холодопроизводительность компрессора, по причине всё того-же снижения массового расхода.
Вместо 3 кВт холодопроизводительности на R404a, на R134а получится только 1,8-1,9 кВт, зато потребляемый ток будет более-менее в допустимых рамках.
Массовый расход R134a при вышеописанных условиях (13-15 г/с) будет почти в 2 раза меньше, чем расход R404а (25-30 г/с), но холодопроизводительность упадёт только в 1,6 раза, так как удельная (массовая) теплота парообразования R134а при этих условиях значительно выше, чем у R404а.
И холодильный коэффициент на R134a в области плюсовых температур будет процентов на 10-15 повыше, чем на R404а.

Вывод такой.
На R404a в плюсовом диапазоне температур компрессор CAJ2440Z не потянет, на R134a даст по теплу около 2,5 кВт (+3С/+45С) или чуток больше.
Компрессор NEK6214Z даст около 2 кВт по теплу при таких же условиях.
СОР будет около 3,7 при конденсации +50С и около 4,2 при конденсации +45С.
Хватит ли такой мощности для задуманного ТН вода-вода?

 

Очень квалифицированный ответ! В принципе иного и ожидать было сложно, обратился по адресу
Дом при -35 теряет от 5 до 6 кВт. Моя изначальная задумка поставить на каждую фазу по компрессору.
При наличии таких компрессоров мой выбор бы был именно на Асперу, так как он и меньше, ну и соответственно и "тарахтит" значительно тише. Конечно, можно предположить, что на 134 газе САJ будет работать помягче..., но размеры и масса...
Значит вывод, нужно искать ещё две подобных аспере, ну а контур испарителя объёденять в один корпус. Что касаемо конденсатора, аналогично. Расчитать площади теплоотдачи для каждого. и собственно приступить. Думаю пока начать добиваться положительных результатов на той аспере, что есть, когда систему отработаю, с дублировать её ещё два раза.