Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Если я правильно считаю теплообменную площадь испарителя рассчитывая получить 10кВт из геоконтура (с коэффициентом ТО, то получается S= 10/(2*4)= 1,25м^2 (при потоке гликоля Q=P/(k*t)= 10/(1,163*4)= 2,15м^3/час и отборе 4С)

Площадь конденсатора (14-15кВт) получится S= 15/(2*4)= 1,88м^2 (при потоке в СО 15/(1,163*4)= 3,2m^3/час и отборе 4С)

Поправьте пожалуйста, если я ошибаюсь.

 

Есть немного

Да, при охлаждении на 4 градуса проходящего через теплообменник 2,15 м3/час гликоля действительно отбирается 2,15*1,163*4= 10 кВт.
2,15 м3/час - это расход гликоля, 1,163 - теплоёмкость куба гликоля, выраженная в кВтчас на градус, а 4 градуса - температура, на которую охладился гликоль.
Если быть точным, то 1,163 это теплоёмкость воды, а теплоёмкость смеси воды с гликолем несколько меньше, но сейчас суть не в этом.
Суть в том, что эти 4 градуса никакого отношения к температурному напору теплообменника не имеют.
А необходимая площадь теплообмена зависит именно от температурного напора.
Чем температурный напор больше, тем меньше нужна площадь.
Что такое температурный напор?
Это разница температур между охлаждаемой и охлаждающей средами.
В данном случае между температурой охлаждаемой воды и температурой кипящего хладагента.
Температура среды берётся среднеарифметическая по теплообменнику, а лучше - среднелогарифмическая.
Если в нашем случае вода в испаритель входит с температурой +7С, охлаждается на 4 градуса и на выходе имеет температуру +3, то её средняя температура будет (7+3)/2= +5С.
При температуре кипения хладагента -5 С среднеарифметический температурный напор будет
+5-(-5) =10 градусов.
Как видите цифра в 4 градуса тут и рядом не стояла.
Но, если кипение хладагента будет происходить скажем при 0 градусов по Цельсию, то температурный напор составит 5 К, а гликоль надо охлаждать всё на те же 4 градуса, чтобы получить 10 кВт.
Вот здесь цифры 4 и 5 будут уже похожи - поэтому их зачастую и путают между собой - температурный напор и дельту по теплоносителю.
Вот во втором случае, когда температурный напор будет 5 К вместо 10 К, площадь теплообменника потребуется в 2 раза больше, чтобы получить 4 градуса дельты (и 10 кВт) по теплоносителю.

 

Т. е если растет температура рассола, то повышается температура кипения, наряду с понижением температурного напора (что никак не учтено при расчете площади испарителя). Чтобы при этой площади теплообмена увеличить температурный напор при повысившейся температуре кипения (допустим ввесенне-летний период), единственно возможным представляется увеличить расход рассола (соответственно с организацией автоматики его регулирования). Или же изначально закладывать при расчоте запас площади под колебания температур в ГТ (что конечно же ударит по карману).
Я Вас правильно понял (а точнее додумал), что температурный напор при повышении температуры кипения можно таким образом сохранит на прежнем уровне?

 

"расчоте", "ввесенне-летнее" -ачепяток наделал

 

Площадь конденсатора нужна больше, если требуется при большей мощности обеспечить такой же температурный напор, как и в испарителе.
И наоборот, - если температурные напоры одинаковы в испарителе и конденсаторе, то испаритель можно взять меньше по площади, так как мощность испарителя при работе ХМ на обогрев меньше мощности конденсатора.
Но так ли нужны нам одинаковые температурные напоры в испарителе и конденсаторе?
Одинаковые не нужны, нужны оптимальные.
Оптимальный для испарителя и оптимальный для конденсатора.
Для жидкостного конденсатора температурным напор выбирается из диапазона от 3К до 10К.
Меньше 3К экономически невыгодно - слишком большой и дорогой теплообменник выйдет.
Выше 10К - тоже уже нехорошо. Ведь ТН всё таки для экономии ресурсов делается, хотя совсем бюджетные китаские (нонейм) машины могут иметь и ещё больший напор на конденсаторе.
Тоже своеобразная экономия, только уже на себестоимости, в ущерб экономичности в эксплуатации.

К испарителю требования более жёсткие, так как на каждый градус снижения температуры кипения СОР снижается значительно сильнее, чем на каждый градус повышения температуры конденсации.
Кроме того, испаритель ТН вода-вода накладывает ограничения по температуре кипения хладагента из-за опасности замораживания.
Поэтому вполне возможны одинаковые размеры теплообменников для моделей ТН вода-вода.
Для гликолевых (грунт-вода) испаритель может быть слегка меньше конденсатора, но главное, чтобы не занизить и то и другое.
Для заводского ТН каждый доллар себестоимости имеет значение в конкурентной борьбе и просто так ставить неоправданно переразмеренные теплообменники никто не станет.
А в своём единственном самодельном детище мощно и не жадничать - теплообменники не самая дорогостоящая часть конструкции.

 

Нет, если растёт температура рассола (в весенне-летний период), то естественно повышается температура кипения, но температурный напор при этом не снижается.
Полный температурный напор остаётся на том же уровне, если остальные параметры ХМ не меняются.

Изменением протока гликоля через испаритель можно менять температурный напор, но это не очень эффективный способ.
Температурный напор зависит от средней температуры теплоносителя, которая изменяется как минимум в 2 раза медленнее изменения дельты по теплоносителю

 

(Твх (7С)-Твых (3С) / 2 = 2С
Это что?
При входящей температуре воды +7С, выходящей +3С, дельта 4К, а средняя температура +5С.
И что такое у нас 2С?

За перегрев отвечает ТРВ, а в противоточном теплообменнике-испарителе газ может перегреться даже выше средней температуры, если конечно позволит ТРВ и площадь теплообмена.

Компрессор не захлебнётся, если ТРВ исправен.
Температура кипения сама установится исходя из настроек ТРВ и площади теплообменника.
При входящем рассоле с температурой -2С и выходящем -6С (10 кВт по испарителю) испарившийся хладагент сможет перегреться до -5С минимум и до -3С максимум (опять же в зависимости от площади).
Если ТРВ настроен на перегрев 7К, то температура кипения будет поддерживаться около -10С или -12С градусов. Если ТРВ накрутить на перегрев 4К, то кипение будет -7С -9С

Соответственно при более тёплом входящем рассоле +7С, на этом же теплообменнике сохранится тот же температурный напор и температура кипения будет тоже выше, примерно -2С -1С с ТРВ, отрегулированным на перегрев 7К или 0С, а то и все +2С с ТРВ на 4К.

 

Перечитал все, что Вы написали, и понял, что написанное мной выше- глупость.

Поробую еще раз упорядочить усваеваемую информацию:

-февраль- Т. рассола -2С, Т. кипения -5С. Необходимая площадь испарителя для снятия 10кВт, тепловой напор будет (-2+(-6)/2 - (-5+(-1)/2= -4-(-3)= 1К. S= 10/(2×1)= 5м^2.

-Апрель - Т. рассола 5С, Т. кип. 0С. Т. напор= (5+1)/2 + (0+4)/2= 5К S= 10/(2×5)= 1м^2

Я Вас правильно понимаю?
И для того, чтобы увеличить температурный напор (уменьшить знаменатель) придется либо снижать расчетную температуру кипения до -10С, либо платить за ППТО с площадью 5м^2?

Благодарю Вас за поддержку.

 

Подскажите, из какой величины температуры пара, входящего в кнденсатор, необходимо исходить при расчете теплового напора?

 

Если так хочется удержать кипение на -5 С, при входящем рассоле -2С, то тогда да, придётся площадь теплообменника брать 5-6м2 или даже более, чтобы удержать тепловой напор на уровне 1-2К.
Но получить -6С рассол при кипении -5С всё равно никак не удастся

На самом деле, как уже говорилось, это неправильный подход, ниже 3К температурный напор делать нецелесообразно, ведь 5-6 метровый ППТО стоит немало.
Для 5 К достаточно 1,5 м2 теплообмена - это самый оптимальный вариант, можно взять размерчик побольше, чтобы снизить напор на один градус, но не более.
А температура кипения сама установится, исходя из площади и настроек ТРВ.
Остаётся добавить, что ППТО могут отдавать до 5 кВт с метра квадратного на 1 градус температурного напора. Но на это ориентироваться не стоит, необходимы и расходы теплоносителя и хладагента соответствующие.
Более реальная цифра коэффициента теплопередачи для ППТО в бытовухе - около 2 кВт/(м2К)
Исходя из неё для 15 кВт и 5 К температурного напора требуется 1,5 м2.
Если хочется напорчик поменьше - возьмите 2 м2, но не более.
Если можно поступиться напором, например в конденсаторе ТН для низкотемпературного отопления, то можно взять чуть меньше. Но я бы не советовал. Это очень неопределённая тонкая грань, за которой будет совсем всё плохо

 

Не надо температуру нагнетания вообще принимать во внимание при расчёте конденсатора, если конечно у Вас не стоит задача использовать отдельный теплообменник-предконденсатор.
При желании температуру нагнетания можно вычислить по диаграмме используемого хладагента.
Пусть эти 10-15% процентов прибавки к среднему температурному напору будут некоторым бонусом, прикрывающим возможные просчёты в своём единичном изделии.

 

Понял. Уже не хочется.
Подбираю площади ППТО под оптимальные режимы:
S= Q/(2*T); 2- выбранный коэффициент теплопередачи ППТО; Q- мощность ТО (из расчета на 1м.паг. трубы коллектора *10Вт).

Испаритель 10кВт:

Т. кип.= -8С
Перегрев 4К

Т. рассол вход= 0С Т. ср.= (0-(-4)/2= -2
выход= -4С

Т. фр. вход= -8С Т. ср.= (-8+(-4)/2= -6
выход= -4С
СОР(-10/40)= 3,62
Q= 10.35
COP(-10/50)= 2.8
Q= 10.5
Т. напор= Т. рогяч.-Т.холодн.= -2-(-6)= 4К
Sппто= S= Q/(2*T)= 10/(2*4)= 1.25м^2.
Запас на загрязнение 20%- S=1.5m^2
Разогрев жидкого фреона до ТРВ не учтен.

Проверка в холодных условиях:
Т. кип. -10; Перегрев: 4К

Гликоль:
Т. вх =-2 Т. ср.= -4
Т. вых.= -6

Фреон:
Т. вх.= -10 Т. ср.= -8
Т. вых.= -6
Т. напор = -4-(-8)= 4К
S= 1.25 (1.5)

Проверка в жарких условиях:
Т. кип +5; Перегрев 4К

Гликоль:
Т. вх.= 10 Т. ср= 8
Т. вых.= 6

Фреон:
Т. вх.= 1 Т. ср.= 3
Т. вых.= 5
Т. напор= 8-3= 5
S= 1м^2 (1,5)

Конденсатор 15кВт:
Под СО:
СОР= 3,62; Q=10,9; Т. конд. 40
Фреон:
Т. вх. =40 Т. ср.= (40+34)/2= 37
Т. вых =34

Вода:
Т. вх.= 31 Т. ср.= (31+33)/2= 32
Т. вых.= 33
Т. напор= 37-32= 5К
S= 15/(2*5)= 1.5v:2

Под ГВС:
Т. конд.=50 СОР=2,8 Q=10,5

Фреон:
Т. вх.= 50 Т. ср.= 47
Т. вых.= 45

Вода:
Т. вх.= 40 Т. ср.= 42
Т. вых= 44
Т. напор= 47-42= 5К
S= 15/(2*5)= 1.5^м2
Без учета температуры сжатия пара.

Не ошибся?

 

Игорь, подскажите, если есть желание использовать для приготовления ГВС тепловую энергию жидкого фреона перед ТРВ(+ один ППТО, назовем его #2) и энергию перегретого пара после компрессора (+ еще один ППТО, назовем его #1)? Конечно же расчет на то, что эти теплообменники будут малой площади и малой мощности, что так же скажется на их стоимости. Думаю, учитывая однозначную потребность в ГВС, и более выгодную стоимость его приготовления по отношению к затратам на догрев эл. теном, два (не больших) ППТО должны со временем окупиться.
Или все же лучше для таковых целей использовать трех ходовой клапан, более сложный контролер, позволяющий работать системе на разных режимах, и датчик контроля температуры (давления) кипения не только СО, но и ГВС?
Так или иначе, подскажите какую мощность в процентном соотношении от 100% мощности ТН можно отобрать из дополнительного ППТО перед испарителем, если отбор тепла из второго дополнительного ППТО как Вы и писали, принять, как 10-15%. Подключение дополнительных ППТО последовательное 1-2-тепловой аккумулятор.

 

(+ еще один ППТО, назовем его #1)

Только после того, как отправил это сообщение, понял, что при достидении в ТО ГВС температуры 31С, тепло пойдет не из системы в ТО ГВС, а из ТО в ППТО #1, а затем покругу, мешая работать ХМ.
А если при достижении 31С, отключать циркуляцию насоса ППТО #1? Как в таком случае будет прозводиться отбор тепла из ППТО#2 (учитывая его мощность 1, 5 - 2кВт, и необходимости догрема с 25С до 50С)?
Скорее всего, конденсатор, мощностью 85 - 90% гораздо быстрее поднимет температуру в СО, и ТН отключится по заданной контролером температуре (давлению), не успев нагреть ТО ГВС до (предположим) 60С. Хотя все зависит от потребности СО в тепле (т.е от теплопотерь дома).
Поправьте если заблуждаюсь.
Но идея уже не кажется столь замечательной.
И все же укажите пожалуйста возможную мощность предИспарителя.
Да, и подскажите температуру нагнетания, никак мне не сладить с диаграммой I-lg×P
С уважением к Вам, Сергей.

 

(+ еще один ППТО, назовем его #1)

... и снова не сразу дошло, что ППТО #1, из всего времени эксплуатации системы, будет работать только лишь при первом пуске, либо при температуре ГВС ниже 25С
Вот намудрил-то
Пойду дальше думать, куда 25С пристроить. Опять во сне всю ночь ТН строить буду. Жудко затягивает.
Может кто-нибудь с пользой уже применил эту низкопотенциальную энергию?