Рассказ о том, как посетитель форума aparat2 решал проблему отопления своего дома

Предыстория

Посетитель форума aparat2 построил дом 2,5 этажа. На следующем этапе строительства нужно было провести отопление по всему дому.

Тепловой насос

Вначале aparat2 планировал отапливать дом и купил для этого б/у газогенерационный котёл на дровах мощностью 40 к.в. Но когда пришло время установки, его перестала радовать перспектива заготовки дров. Следующий вариант - недалеко от участка 1,5 км проходит труба природного газа низкого давления. Но, так как плотность заселения в посёлке маленькая, и тянуть трубу ради одного человека было дорого, то и этот вариант был отвергнут. Потом ему пришло другое решение - установить пару шкафов с батареей 80-литровых пропановых баллонов из 6 штук в каждом. Неудобство этого проекта заключалось в постоянной (раз в 3 недели) заправке газовых баллонов. Кроме того, почва на его участке мягкая и заезд тяжёлого транспорта мог окончательно испортить внешний вид и состояние почвы, а катать вручную баллоны не хотелось.

И, как всегда, проблему разрешил случай.

Идея теплового насоса

Несмотря на то, что aparat2 пробовал различные виды обогрева, он давно вынашивал идею теплового насоса. Но камнем преткновения было однофазное электричество и допотопный счётчик на 20 ампер максимальной нагрузки. Поменять эклектическое питание на трёхфазное или прибавить мощность в районе пока не было возможности.
Но вдруг помог случай – по плану поменяли счётчик на новый, 40 амперный.

aparat2 прикинул и решил, что этого хватит на частичный обогрев (2,5 этаж он не планировал использовать зимой), взялся зондировать рынок тепловых насосов. Запрошенные в одной фирме цены на однофазные ТН на 12 киловатт заставили задуматься:
Thermia Diplomat TWS 12 к.в.ч. 6797 ?
Thermia Duo 12 к.в.ч. 5974 ?

Чтобы запустить компрессоры требовалось не менее 45 ампер. Так как планировалось брать теплосъём со скважинной воды, не было уверенности в дебете имеющейся скважины. Чтобы не рисковать такой суммой он решил собрать ТН сам, благо какие-то навыки были из жизни. Работал когда-то менеджером по распространению вентиляционно-кондиционерного оборудования.

Концепция

aparat2 решил делать ТН из двух однофазных компрессоров по 24000 БТУ (7 кв/ч. по холоду). Поэтому получался каскад общей тепловой мощностью 16-18 киловатт при потреблении электричества при СОP3 около 4-4,5 кв/ч. Выбор двух компрессоров был обусловлен меньшими стартовым током на каждый агрегат, так как он не намечал их одновременный запуск. К тому же пока обжит только второй этаж, и он решил, что хватит одного компрессора. А если получится с одним насосом, можно будет смело делать отопление на весь дом.

Тепловой насос

aparat2 отказался от использования пластинчатых теплообменников. Во-первых, из соображений экономии, не хотел выкладывать за Данфос по 389 ? за штуку. А во-вторых, решил совместить теплообменник с ёмкостью теплоаккумулятора, то есть, увеличил инерционность системы, убив тем самым двух зайцев. К тому же aparat2 не хотел делать водоподготовку для нежных пластинчатых теплообменников, снижая тем самым КПД. А вода у него плохая, с высоким содержанием железа.

Первый этаж уже оснащён обвязкой тёплого пола с примерным шагом 15 см.
Второй этаж радиаторы (слава Богу, хватило скупости поставить их с 1,5 тепловым запасом ранее). Забор теплоносителя из скважины (12,5 м. Установлена на первый слой доломита. +5,9 замер на 03.2008). Утилизация отработанной воды в общедомовую канализацию (двух камерный отстойник + инфильтрационный грунтовый поглотитель). Принудительная циркуляция в контурах теплосъема.


Вот, принципиальная схема:

1. Компрессор (пока один).
2. Конденсатор.
3. Испаритель.
4. Терморегулирующий клапан (ТРВ)

Тепловой насос

От других устройств безопасности он решил отказаться (фильтр-осушитель, смотровое окно, ресивер). Для того чтобы подобрать компрессор и сделать расчёты системы он использовал информацию из интернета

Компрессор

Он купил слегка подержанный компрессор от 7 киловатной сплит системы какого-то Тепловой насоскорейского кондиционера. Компрессор оказался около 7,5 к.в. по холоду и около 9-9,5 кв. по теплу американской фирмы Текумсет. Компрессор на R22 фреоне, а это значит чуть больший коэффициент полезного действия. Температура кипения -10с, конденсации +55с.

Компрессор укреплён на стене кронштейнами L-300мм.

Конденсатор

aparat2 приобрёл бак из нержавейки примерно на 120 литров. Было решено разрезать его на две части, вставить змеевик из медной трубы фреоновода, и сварить его обратно. Заодно и вварить несколько технических дюймово-резьбовых соединений.

Формула расчёты площади поверхности трубы медного змеевика:
M2 = kW/0,8 x ∆t Тепловой насос
Где; M2 - площадь трубы змеевика в квадратных метрах,
kW – Мощность тепловыделения системы (с компрессором) в киловаттах,
0,8 – коэффициент теплопроводности меди/воды при условии противотока сред,
∆t – разность температуры воды на входе и выходе системы. У aparat2 это 35с-30с= +5˚С.

Итого получилось около 2²м. площади теплообмена змеевика. Он его чуть уменьшил, так как температура на входе фреона около +82˚С, на этом можно немного сэкономить. Но, как он писал ранее, не более чем 25% от размера испарителя.

Смоделированная система в CoolPack показала Cop 2,44 на штатных диаметрах труб теплообменника. И Cop 2,99 при диаметре на шаг выше. А это ему на руку, так как в будущем он рассчитывает присоединить и второй компрессор на эту ветку. Решил использовать медную трубу ½’ дюйма (или 12,7 мм наружного диаметра), от холодильника.

Тепловой насосПримечание:
Трубка со стенкой 0,8 мм очень нежная, если чуть передавишь, она заминается. Сложно работать. Поэтому он рекомендует брать трубку с толщиной стенки 1-1,2мм.
Фреоновод змеевика входит в конденсатор сверху, выходит снизу. Так конденсируясь, жидкий фреон будет скапливаться внизу и уходить без пузырьков.

Таким образом, он взял 35 метров трубы, свернул её в змеевик, намотав на удобный цилиндрический предмет (баллон). По краям зафиксировал витки двумя алюминиевыми рейками для прочности и равношаговости петель.

Концы вывел наружу с помощью сантехнических переходов на медную тубу на скрутку. Чуть рассверлил их с диаметра 12 на 12,7 мм, а вместо обжимного кольца после сборки намотал льна на герметике и зажал контргайкой.

ИспарительТепловой насос

Для испарителя не требовалось высокой температуры, и он выбрал пластмассовую ёмкость, типа бочки, на 127 литров с широкой горловиной.

Примечание:
Идеально подошла бы бочка на 65 литров. Но он побоялся, что труба ¾ очень плохо гнётся, поэтому взял размер побольше.

Затем он рассчитал и изготовил испаритель по такому же принципу, как и у конденсатора. Понадобилось 25 метров трубы ¾’ дюйма (19,2мм наружный) со стенкой 1,2 мм. Использовал отрезки UD профиля для монтажа регипса, как рёбра жёсткости. Он скрутил обычной медной электротехнической проволокой без изоляции.

Тепловой насосПримечание:
Испаритель затопленного типа. То есть жидкий фреон заходит в охлаждаемую воду снизу, испаряется и в газообразном состоянии поднимается вверх к компрессору. Так лучше для теплопередачи.

Переходы он взял пластмассовые от питьевой трубы PE 20*3/4’ с наружной резьбой, соединил их с бочкой контргайками и уплотнением из льна и герметика. Подачу и сток воды сделал из обычных канализационных труб и резиновых уплотняющих манжет, вставленных враспор.

Испаритель также был установлен на кронштейны L-400мм.

ТРВ

Приобрёл ТРВ фирмы Honeywell (бывшая FLICA). На его мощность потребовалась к нему дюза 3мм. И наличие выравнивателя давления.


Тепловой насосТепловой насос

Примечание:
ТРВ во время пайки нельзя перегреть выше +100с! Поэтому он обмотал его тряпочкой, пропитанной водой для охлаждения. После проделанной работы почистил налёт мелкой наждачной бумагой.

В конце работы припаял трубку, линии выравнивания как положено по инструкции монтажа ТРВ.

Сборка

Перед сборкой прикупил комплект для жёсткой пайки Rotenberg, а также 3 электрода с 0% содержанием серебра и 1 электрод с 40% содержанием серебра для пайки в стороне компрессора (вибростойкий). С их помощью собрал всю систему.


Тепловой насосТепловой насос

Примечание:
Он советует брать баллон Максигаз 400 (жёлтый баллон)! Он не многим дороже Мультигаза 300 (красный), но производитель обещает до +2200 С пламени. Но и этого недостаточно для ¾’ трубы. Паялось плохо, приходилось изловчаться, использовать тепловой экран, и т.д. Гораздо удобнее пользоваться кислородной горелкой.

К тому же надо впаять в систему заправочный пипсик - штуцер с ниппелем для подсоединения шланга (не помнит название). Его он впаял на входе в компрессор. Рядом видна входная труба выравнивателя ТРВ. Она впаивается после испарителя, термобаллона ТРВ, но до компрессора.

Редукционные тройники он не стал использовать, так как боялся уменьшения надёжности от дополнительных паечных швов вблизи компрессора.

Заправка фреоном

Перед заправкой фреоном собранную, но не Тепловой насосзаполненную водой систему надо вакуумировать. Лучше использовать вакуумный насос. Если такового нет в наличии, то умельцы приспосабливают обычный компрессор от старого холодильника.
Для данной системы достаточно 2 кг фреона. Ещё он приобрёл манометр для замера давления. Но не специальный фреоновый за 10 $, а обычный для насосной станции за 3,5 $.

Систему заправил с помощью внутреннего давления фреона в баллоне. Затем выждал пару дней, давление не упало. Значит, утечки нет. Для уверенности он промазал все соединения мыльной пеной - пузырей не обнаружил.

Примечание:
У него заправочный ниппель впаян сразу перед компрессором (для замера давление в этом месте при настройке). Нельзя заправлять жидким фреоном систему с работающим компрессором. Компрессор наверняка выйдет из строя. Только газообразной фазой - баллоном вверх!


Автоматика

Для этого необходимо однофазное пусковое реле, для тока около 40 А. Автоматический предохранитель С группы на 16А. Электрический щиток с DIN рейкой.Тепловой насос

Ещё он установил два реле температуры с капиллярными термодатчиками. Один поставил на воду на выходе из конденсатора. Выставил примерно на 40 градусов, чтобы отключал систему при достижении водой этой температуры. И на выход воды из испарителя на 0 градусов, чтобы аварийно отключал систему и не разморозил её случайно. Кроме внешнего вида и наглядности пользования у него есть и недостаток – запрограммированные значения сбиваются при кратковременных перебоях электроснабжения.

Пробный запуск

Перед запуском aparat2 закачал в систему примерно 6 бар давления из баллона. Затем кинул временный провод, подсоединил пусковой конденсатор. Предварительно наполнил ёмкости водой. Через сутки вода имела комнатную температуру около +15с.

И торжественно включил автомат. Его сразу же выбило. Ещё раз включил - то же самое. Пока он переключал, слышно, как двигатель гудит, но не запускается. Затем он перебросил клеммы на конденсаторе (их почему-то три). Включил снова автомат. И компрессор заработал.

Давление на всасывании сразу упало до 2 бар. Открыл баллон с фреоном, чтобы система заполнялась. По табличке рассчитал необходимое давление кипения фреона. Для параметров его системы необходимо +6˚С и выходе воды +1˚С, требуется температура кипения -4˚С. Фреон кипит при такой температуре при давлении 4,3 кг.см. (бар) (атмосфер).

Как он не пытался выставить точное это давление, ничего не получалось. Пока система не выведена на рабочий режим температур, регулировки лишь примерны.

Через минут пять подача достигла примерно +80 градусов. Пока не изолированная труба испарения покрылась лёгким инеем. Вода в конденсаторе через минут десять на ощупь уже нагрелась до +30 - +35. Вода в испарителе приблизилась к 0˚С. Чтобы чего-то не разморозить, он отключил систему.

Пробный запуск показал полную работоспособность системы. Аномалий не замечено. Потребуется дальнейшие регулировки ТРВ и давления фреона после подключения контура отопления и охлаждения скважинной водой.

На этом первый этап конструирования теплового насоса был закончен


Затраты на изготовление Теплового насоса примерной мощностью 9 кв/ч по теплу (цены актуальны для г.Риги).

Конденсатор:

Бак нержавейка 100 литров - 25 у.е.
Электроды нержавейка – 6 у.е.
Муфты нержавейка – 5 у.е.
Услуги сварщика (обед) – 5 у.е.
Медная труба 12,7 (1/2”)*0,8мм. 35 метров – 105 у.е.
Медная труба 10*1 мм. 1 метр – 3 у.е.
Переходы на медь (комплект) – 3 у.е.
Отвоздушиватель Ду 15 – 5 у.е.
Предохранительный клапан 2,5 бар – 4 у.е.
Кран сливной Ду 15 – 2 у.е.
Итого: 163 у.е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у.е)

Испаритель:

Бочка пласм. 120 литров - 12 у.е.
Медная труба 19.2 (3/4”)*1.2мм. 25 метров – 130 у.е.
Медная труба 6*1мм. 1 метр – 2 у.е.
Терморегулирующий вентиль Honeywell (дюза 3мм.) – 42 у.е.
Кронштейны L-400 2 штуки – 9 у.е.
Кран сливной Ду 15 – 2 у.е
Переходы на медь (комплект) – 3 у.е.
РВС труба 50-1м. 2 штуки – 4 у.е.
Резиновые переходы 75*50 2 штуки – 2 у.е.
Итого: 206 у.е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у.е)

Компрессор:

Компрессор мало б/у 7,2 к.в. (25500 бту) – 30 у.е.
Кронштейны L-300 2 штуки – 8 у.е.
Фреон R22 2 кг. – 8 у.е.
Комплект монтажный – 4 у.е.
Итого: 50 у.е.

Монтажный комплект:

Паяльная лампа ROTENBERG (комплект) – 20 у.е.
Электроды жёсткой пайки (40% серебра) 3 штуки – 3,5 у.е.
Электроды жёсткой пайки (0% серебра) 3 штуки – 0,5 у.е.
Манометр для фреона 7 бар – 4 у.е.
Шланг заправочный - 7 у.е.
Итого: 35 у.е.

Автоматика:

Реле пускателя однофазное 20 А – 10 у.е.
Щиток электрический встраиваемый – 8 у.е.
Предохранитель однофазный С16 А – 4 у.е.
Итого: 22 у.е.

Итого в целом 476 у.е.



Комментарии (3)
BALU5552

Ну молодец....что с человеком делает необходимость....Спасибо.

7 лет назад
0
0
    Евгений

    Добрый день. Подскажите есть ли возможность использовать кондиционер как тепловой насос, только взять теплообменик наружного блока и опустить в реку на глубину 3 метра.

    5 лет назад
    0
    0
      Роман

      Респект aparat2.Тепловой насос за 500 у.е.И зачем платить больше?Решено,покупаю ТН ACwell.Производитель китайский,но фирма занимается производством ТН с 1980 года.Цена за 10 квт - 2000 долларов.При такой цене смысл есть.Остальное соображу сам,образования хватит.

      5 лет назад
      0
      0