Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

Здравствуйте уважаемый Dekabrino! я прочитал все ваши посты про Т. Н. многое мне стало понятно но и остались кое какие вопросы, которые я хотел бы что-бы вы мне разъяснили если вам не трудно. В общем я проживаю в Греции и как понимаю для Т. Н. у нас здесь самое подходящее место хотя не знаю по каким причинам до сих пор их здесь не продавали, а теперь продают но по бешеным ценам, а так как я кое что в этом деле понимаю и могу сделать сам, решил сделать Т. Н. сам. Теперь вопрос: в моих руках находится компрессор китаец HIGHLY от HITACHI поискав немного в нете я нарыл к нему только вот эту инфу фреон R407c,модель CHX33SC4-U ,мощность19300 бту, 5659,824 квт, Cil. cc. 33,6 и все ето как я понял при этих замерах Capacity are re ferred to + 7.2°C EVAP. T. and +54.4°C cond. T. Я хочу его подсоединить к скважине в которой у меня вода +15гр и в доме у меня отопление теплый пол. Теперь исходя из этих данных как я понимаю можно всё и просчитать но у меня нету ни оборотов компрессора ни чего другого поэтому из вашего опыта подскажите сколько м3/ч? и кг? фреона он прогоняет через себя и какими размерами нужен испаритель и конденсатор в м2? Фреон я поменяю на 22. Своевременно благодарю вас!

 

Всем здравствуйте. Осилил весь форум и прочел еще много чего, но до сих порсуществует довольно много вопросов. Вот одни из немногих:
Первый - не очень понятно, почему при понижении температуры кипения падает плотность газа? Вроде при более низкой температуре плотность должна возрастать, и при постоянном объемном расходе массовый должен увеличиться.
Далее вопросы более практического плана:
У меня есть некоторое количество сплит-систем б. у. и новых компрессоров производительностью от 3.5 до 9 кВт. Хочу на их базе сделать тепловой насос воздух-вода. С конденсатором проблем нет. Пластинчатый ТО на 6 кВт стоит до 10 тыс. руб. Заполнение опросного листа у любого производителя и через день получаете предложение на именно то, что Вам необходимо. Большие вопросы возникают с испарителем. Явно, что для работы при низких температурах его стоит переразмерить. Вопрос на сколько? Можно взять компрессор от 30-й модели и впаять его в наружный блок от 36, а можно и от 45-й. Как узнать золотую середину? Буду очень благодарен, если форумчане подскажут.
Далее - стоит-ли оставить родную капиллярку, или впаять вместо нее ТРВ?
Еще дальше) - при замене R22 на R407 или R410 судя по всему стоит поменять и масло в компрессоре с минералки на синтетику. Это не всегда возможно, особенно на мелких компрессорах.
И наверно пока последнее - каков алгоритм цикла разморозки у комфортных кондиционеров, а также какие вообще параметры стоит контролировать у ТН?
За грамотную теоретическую помощь готов поделиться своими запасами)
Заранее всем благодарен за ответы)

 

Тут все просто, чтобы было понятно окуда что берется, распишу подробно:
так как этот компрессор имеет асинхронный электродвигатель с одной парой полюсов, то
33,6 кубических сантиметров объема умножаем на 50 (столько оборотов в секунду максимум может делать асинхронник с одной парой полюсов, если у вас частота напряжения в сети 50 герц)
и умножаем на 3600 секунд. Получаем 6048000 см3/час или примерно 6 м3/час.
Но следует учесть, что частота вращения асинхронных двигателей немного отстает от частоты питающего напряжения на 10-20 % в зависимости от его конструкции.
Не зная точно паспортную частоту вращения, тем не менее можно сказать, что реальная объемная производительность Вашего компрессора где-то около 5,5 м3/час.

Небольшое отступление.
Частота питающей сети 50 Гц - это то самое узкое место, из-за которого сложно сделать компрессор с прямым приводом от асинхронного движка, с частотой вращения около 3000 об/мин, и совсем невозможно с частотой более 3000 об/мин.
При частоте 60 Гц от асинхронника не получить более 3600 об/мин. И все!
А с увеличением количества полюсов частота вращения пропорционально будет снижаться.
Дальнейшее увеличение оборотов и соответственно объемной производительности компрессора, не увеличивая массогабаритов агрегата получают применяя в приводе другие двигатели - инверторные переменного или постоянного тока.
Но цена вопроса уже другая.
Инверторные компрессоры применяемые в обычных сплитах уже могут крутиться с частотой
до 120 об/сек, то есть до 7200 об/мин, практически более чем в 2 раза превышая производительность асинхронников при том же рабочем объеме.
Естественно обмотки рассчитаны на удвоенный ток, а система смазки да и вся конструкция на удвоенные обороты.

Вернемся к CHX33SC4-U.
При кипении +7,2 конденсации +54,4 паспортная холодопроизводительность 5,6 кВт (19300 Btu) потребление около 1,9 кВт, тепла в конденсаторе где-то 7 кВт, КОП = 3,7
массовый расход фреона примерно 35 грамм в секунду.
При более подходящем для ТН режиме с теплыми полами в нашем климате, нулевом кипении и +40 конденсации холодопроизводительность по испарителю будет около 5 кВт, потребление 1,3-1,4 квт, в конденсаторе получим где-то 6 кВт, массовый расход 30 г/сек.
КОП = 4,3 - 4,6
Для Вашей воды с температурой +15 кипение можно сделать +10, конденсацию оставить +40 или чуть меньше, тогда холодопроизводительность испарителя составит 7,6-7,7 кВт, потребление 1,3-1,4 кВт, тепла в конденсаторе будет 8,3-8,4 кВт, расход 40 г/сек.
КОП = 6 и более.
В каждом случае оптимально будет предусмотреть свой размер конденсатора и испарителя, исходя из мощности, температурных напоров и дельты по теплоносителям.

 

Плотность газа будет возрастать при снижении температуры газа, но при постоянном давлении.

Температура кипения хладагента в испарителе связана с давлением насыщенных паров этого-же хладагента там-же, и чем температура кипения ниже, тем ниже давление.
Правильнее другая причина/следствие, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.
А так как никаких других веществ там нет, по крайней мере не должно быть ,
то снижение абсолютного давления ведет к разрежениию паров кипящей жидкости и снижению их удельной плотности.
При постоянном объемном расходе всасываемого газа компрессором, массовое количество газа, содержащаяся в этом постоянном объеме снижается, снижается соответственно и массовый расход.

Смотря какой средний температурный напор в своем воздухоохладителе желаете получить.
Применяя стандартные решения от кондеев, получите где-то градусов 13-15.
То есть при уличной температуре -15, температура кипения в испарителе установится ниже -30.
Если скажем нужна температура кипения -20 при температуре воздуха -15, то надо переразмеривать в 3 раза, только то и всего .
Соответственно пересчитывая гидравлику по фреоновым магистралям.
Даже некоторое улучшение СОР на это вряд-ли вдохновит.
Никто так естественно не делает, из финансовых соображений.
Даже в торговом холоде где воздухоохладители имеют и так немалую цену, дельту по температуре особо не снижают.
При разумном, с финансовой точки зрения, увеличении площади испарителя дополнительно можно несколько увеличить скорость и количество проходящего воздуха.
Старания получить температурный напор как в жидкостных теплообменниках может дорого обойтись.
Так-же при низких температурах надо увеличивать шаг оребрения, чтобы не забивалось моментально инеем, а это тоже ведет к дополнительному увеличению габаритов.

 

Oгромное спасибо за вашу консультацию! есть ещё пару небольших вопросов ТРВ лучше оставить от кондиционера или поменять на какую нибудь другую модель? и правильна ли формула расчёта площади поверхности трубы медного змеевика:
M2 = kW/0,8 x ∆t
Где,
M2 — площадь трубы змеевика в квадратных метрах.
kW — Мощность тепловыделения системой (с компрессором) в киловатах.
0,8 — коофициент теплопроводности меди/воды при условии противотока сред.
∆t — разность температуры воды на входе и выходе системы

 

ТРВ можно любой, лишь бы был рабочий и соответствовал по мощности.

А в формуле скобки забыли поставить, тогда уж формула должна выглядеть как
M2 = kW / (0,8 x ∆t)

∆t — это не разность температуры воды на входе и выходе системы,
а точнее - разность между средней температурой в первичном контуре и средней температурой во вторичном контуре, то есть средний температурный напор между средами теплообмена, для более точного расчета используется среднелогарифмический температурный напор, но это уже точно не для нашего случая.

И с коэффициентами в этой формуле надо поосторожнее...
Одного лишь условия противотока недостаточно.
Коэффициент этот называется коэффициентом теплоотдачи поверхности или коэффициентом теплопередачи, если имеется в виду весь теплообменник, а не одна лишь поверхность.
Коэффициент 0,8-1,0 больше подойдет для теплообменников типа "труба в трубе" (коаксиальных) со скоростью потока воды внутри труб 0,7-1,0 м/сек
Для змеевика в бочке с хорошим перемешиванием воды этот коэффициент будет не более 0,4-0,5, то есть почти в 2 раза хуже, чем в вышеуказанной формуле, как бы сильно не хотелось получить больше.
Если вода не перемешивается или скорость потока небольшая, то коэффициент вообще будет мизерный,
не более 0,1-0,2 в зависимости от того, как будет расположен змеевик и как будет происходить конвективный теплообмен в стоячем объеме.
Вопреки стойкому заблуждению народа, далекого от теплотехники, стоячая вода является скорее теплоизолятором, чем теплопроводником.
Её теплопроводность почти в 700 раз хуже меди (0,58 против 400) и если бы не большая теплоемкость воды 4200 Дж/(кг*К), кстати, в 11 раз большая, чем у меди и способность воды к конвекции (из-за текучести и зависимости плотности от температуры) теплообмен в неподвижном объеме был бы еще хуже.
Если используется не чистая вода, а рассолы или растворы антифризов, то коэффициент будет еще меньше, в зависимости от концентрации и вязкости, которая в свою очередь зависит от температуры.

Кстати, у пластинчатых теплообменников, при использовании воды, этот коэффициент может
доходить до 5, чем объясняется их особая популярность, несмотря на дороговизну.
При скрупулёзном подсчете оказывается, что самодельный змеевик из честно купленной меди оказывается в итоге дороже покупного пластинчатого при таких же теплопередающих характеристиках.
Оправдывает применение змеевиков доступность халявной меди или например опасность замораживания воды в теплообменнике. Змеевик можно починить, а паяный ПТО нет.

 

А вообще-то температурный напор и дельту по теплоносителю постоянно путают в расчетах.
А ведь эти величины абсолютно разные по смыслу, по дельте теплоносителя и расходу можно прикинуть мощность и никак не получится рассчитать площадь теплообмена.
Другое дело, что иногда в жидкостных теплообменниках эти величины бывают близки друг к другу и ошибка в расчетах явно не выпирает наружу. Но иногда отличаются в разы, особенно в воздушниках.

 

Dekabrino
Огромное спасибо. В общем все понятно. Если я хочу обеспечить работу при -20 и кипении -30, то дельта сокращается примерно на 33%, соответственно на столькоже надо увеличить испаритель. Неужели здесь линейная зависимостЬ? Мне кажется гидравлика сильно не пострадает. Конечно сопротивление увеличится, но и диаметры труб следующей модели кондиционеров больше, значит и скорость потока упадет с уменьшением сопротивления.
Еще раз спасибо. И стоит-ли всеже менять каппилярку на ТРВ?

 

Лучше не заменять деление вычитанием, а умножение сложением.
Можно крупно просчитаться.

Если надо уменьшить напор с 15 до 10 градусов, то да, на 33% меньше, но если посмотреть с другой стороны, то в 1,5 раза меньше.
Следовательно площадь надо увеличивать тоже в 1,5 раза, а это заметьте уже не на 33, а на целых 50%

Зависимость производительности испарителя от площади при отрицательных температурах почти линейная,
но с -7 град и выше к плюсовым температурам имеется перегиб на графике, из-за так называемых "свойств влажного воздуха"

Вот это как раз и плохо для возврата масла из испарителя в компрессор, поэтому надо творчески отнестись к расположению их относительно друг к другу.

Я бы поменял, меньше забот будет при настройке режимов работы

 

Если я правильно понял то для расчета испарителя в моём случае получается: берём темп. кипения +10 это средняя темп. фреона и разницу температуры воды то есть 15+10=25/2=12,5градусов тогда дт=12,5-10=2,5градуса и при противотоке испарителя типа труба в трубе 0,8*2,5=2 и потом делим 7,7/2=3,85м2 то есть нужно примерно 4м2 испарителя высчитывая таким же методом конденсатор 40-30=35гр. дт=40-35=5гр. 0,8*5=4 8,4/4=2,1м2 если я чего-то не понял или где-то допустил ошибку то пожалуйста исправьте. Спасибо

 

Зная средний температурный напор можно определить нужную площадь теплообмена для 7,7 кВт мощности в этом случае, или наоборот, зная площадь теплообменника легко определить какой напор получится.
Теперь надо подобрать компромисс между оптимальный напором и площадью.

Пусть средний температурный напор 2,5 градуса, как Вы насчитали.
Но это довольно маленькая и труднодостижимая величина, ну да пусть.
Для "трубы в трубе" площадь теплообмена получается 3,85 м2 при условии, что скорость воды относительно стенки трубы теплообменника не менее 0,7 м/сек.
Для змеевика в бочке с водой, эта цифра будет от 6 м2 до 10 м2 в зависимости от интенсивности перемешивания. Это 100-200 погонных метров 5/8 (15,8 мм) медной трубы.
Самый тоскливый случай, это когда в пластиковую бочку с совсем уж неторопливо протекающей водой засовывают свернутый змеевик из медной трубы. В этом случае необходимо уже как минимум 20 м2 а то и все 30 м2 площади теплообмена. Для 5/8 трубы (15,8 мм) это целых 500 погонных метров.
А засовывают рационализаторы-изобретатели туда в лучшем случае только метров 30-50 погонных, медь ведь ныне в цене, а это только 1/10 необходимого для 7,7 кВт на 2,5 градусах напора.
Теперь понятно, что даже такие относительно небольшие мощности (5-10 кВт) при напоре всего 2-3 градуса примитивными змеевиками в бочках освоить получается очень накладно (из-за цены медной трубы) Поэтому так никто и не делает, кроме начинающих мастерить свой первый теплообменник.
Для пластинчатого теплообменника с его высоким коэффициентом теплопередачи достаточно всего
0,6-0,8 м2 площади теплообмена при напоре 2,5 градуса чтобы получить 7,7 кВт.
Если конечно обеспечить необходимые расходы теплоносителя и выдержать перепад давлений.
Но стоит он 300 евро, а медная труба 100-150 руб/метр, вот мозг и кипит от подсчетов мифической выгоды.
Получается, что напор в 2,5 градуса для змеевика почти недостижим, даже 200 метров трубы никто в бочку и не подумает засунуть, это по стоимости уже превысит цену ППТО, не говоря уж о 500 метрах
Стало быть для самодельного змеевика средний напор будет не менее 10 градусов, а то и больше, при входящей воде +15 градусов и перегреве 6 градусов (меньше обычный ТРВ не позволит) кипение будет в районе нулевой отметки.
Если входящая вода холоднее, скажем +8 и ниже, то кипеть будет уже стабильно при отрицательной температуре, с постепенным обмерзанием змеевика.
Я не агитирую исключительно за пластинчатые теплообменники. Использовать можно абсолютно любой доступный. Но не стоит ждать чуда, размеры его должны соответствовать желаемой мощности и температурному напору.
Иначе напор сам подстроится под площадь теплообмена, с ухудшением СОР, а если диапазона изменения температуры будет нехватать, то снизится и мощность.

 

В зависимости от расхода теплоносителя возможны разные варианты.
Например, если протекает 1,32 м3/час воды с температурой на входе +15, на выходе +10, то кипение будет около +7 градусов, перегрев 6 градусов, температура паров фреона на выходе испарителя +13, тогда
средний логарифмический напор (15-13) - (10-7) / ln (15-3)/(10-3) = 2,5 градуса
Правда здесь не учитывается, что в зоне перегрева фреона теплопередача несколько хуже.
Площади под этот напор и мощность 7,7 кВт для пластинчатого достаточно 0,7-0,8 м3 ,скажем СВ27Н-30 от Лаваля за 330 евро подойдет, или от Данфоса В3-027-30 за 250 евро.
"Труба в трубе" потребует уже 3,85 м2 при этом напоре, ну и так далее.

 

Всё понятно, я тоже уже сидел и ломал голову и как вы правильно заметили это мой тоже 1 т. н.,и поскольку получаются такие размеры решил использовать пластинчатые т. о. а так как здесь на них цены бешеные придётся ехать в болгарию от нас недалеко .http://www.4asti.eu/product_info.php?cPath=254_880&products_id=81004901&osCsid=70e423fbbd86b6ecb676ac1993b8d407 или заказать из германии http://www.dieterhoeven.de/index.php?site=products/wt/52_20_wp01 но есть такой вопрос можно ли поставить теплообменник на размер больше заместо 8квт к примеру 10-12квт соответственно оба вместе и на испаритель и на конденсатор, чтобы в дальнейшем можно было увеличить мощность поменяв только компрессор и трв (неохота 2 раза платить за п. т. о.)или ето негативно скажется на всей системе ?

 

Увеличение размеров теплообменника негативно может сказаться только на Вашем кошельке.
При этом правильный расчет магистралей, уклонов и т. п. никто не отменял в любом случае.

Количество тепла перекачиваемого тепловым насосом от одной среды к другой в единицу времени определяется массой проходящего по системе фреона в ту-же единицу времени. Зависит от удельной холодопроизводительности применяемого фреона и объемной производительности компрессора.
Теплообменники должны обеспечить передачу этого количества тепла сначала от одной среды к кипящему фреону, затем от конденсирующегося фреона к другой среде.
Оптимальный размер теплообменника складывается при попытках удовлетворить сразу нескольким противоречивым требованиям, например таким как необходимость вписаться в диапазон изменения теплового напора/площади теплообмена, пропускной способности по теплоносителям/потерям давления и т. д.

Если площадь теплообменника занижать, то сначала будет расти температурный напор, но возможный диапазон его изменения в ТН невелик, всего несколько градусов, после того, как он упрется в верхний предел начнет падать мощность, при дальнейшем уменьшении размеров теплообменника нарушится работоспособность всего агрегата.

При увеличении размера теплообменника температурный напор будет снижаться, зависимость носит характер показательной функции, то есть при стремлении площади теплообмена к бесконечности температурный напор стремится к нулю.
Ясно, что начиная с какого-то уровня наращивание площади становится абсолютно бессмысленным, сначала для снижения напора на три-четыре градуса достаточно увеличение площади всего в полтора-два раза, а затем даже увеличивая площадь в десятки и сотни раз получим снижение напора на какие-то доли градуса, не считая возникающих проблем по гидравлике.
Завышение площади в 1,5 раза кроме улучшения характеристик вследствие снижения температурного напора никаких дополнительных проблем, кроме финансовых, не вызовут, а в 2-3 раза больше от оптимума уже нецелесообразно из-за возрастания стоимости в те-же 2-3 раза, а снижения температурного напора на величину может даже менее одного градуса.

Теплообменники по указанным ссылкам для R410, дорогие из-за высокого рабочего давления 45 бар, если не планируете использовать этот фреон, то можно брать подешевле.

С подбором теплообменника по указываемой в прайсах мощности осторожнее.
Недобросовестные продавцы часто завышают. Указывают при стандартных условиях вода 12/7 кипение +2, не упоминая про перегрев и переохлаждение.

В зависимости от величины перегрева паров в испарителе и переохлаждения жидкого фреона перед подачей в испаритель температурный напор для этих стандартных условий может меняться от 3,5 до 7,5 градусов, то есть в 2 раза.
Проверяйте характеристики на сайтах непосредственных производителей этих ТО, в соответствии со своими планируемыми параметрами работы ТН.

 

Здравствуйте делаю для себя ТН, так как пока не очень силен в холодильной техники потихоньку постигаю эту науку. Перечитал ветку два раза так и не понял как подобрать ППТО как в том анекдоте про студентов,
Есть компрессор CR42K6-PFZ-302, скважина 8гр, теплые полы, дом 120кв

И подходят ли ППТО вода-вода для ТН или нужен ППТО фреон-вода а то в каталогах нигде не нашел фреон- вода