Маломощные ТН вода-вода

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Всем привет, расскажу свою приобщения к клубу любителей тепловых насосов.
Пару лет назад, насмотревшись видео и поверхностно по веткам данного форума решил построить себе тепловой насос. Описанный ниже путь не правильный по моему мнению, хотя и привёл к условно рабочему варианту с КОП=5(без учета насосов), повторять не рекомендуется)
Исходные вводные были для дома до 100м2 с хорошим утеплением, вода из скважины около 8,6 градусов цельсия, объем до 1 куба в час (чем меньше тем лучше для скважины).
На теплообменники были взяты 120м трубы 1/4(~11т.р. в 2023м), по 4 нитки в параллель 15 метров на испаритель и конденсатор, т. е. 1,2м2 теплообменной площади. Исходя из разных источников, средний коэффициент 0,85м2/К, соответственно планировал изначально снимать аж 5квт, а на конденсаторе получать все 6квт, и методом каких-то абстрактных рекомендаций с ютьюба купил компрессор 3,9кВт.
Сейчас конечно понимаю что ожидания были сильно завышены, особенно касаемо подобранного компрессора и его производительности, но тогда недостаток знания привел к тому, что я безуспешно пытался выжать из компрессора невыживаемое и расстраивался, чего это оно никак не может выдать нафантазированные мною киловаты.
Ещё одной особенностью моей реализации был выбор диаметра трубы кожухотрубного ТО. В поисках максимального съема тепла я создал в солидворкс модель данного ТО и провёл серию расчетов с разной длиной теплообменника, а так же в разных трубах (пнд 25, 32). Для пнд трубы 25 15 метров расчетный теплосъем в sw получился около 5квт (вода 8 вход 2,718 выход, расход 0,828, кипение 2, напор 2,488), для 32й трубы теплосъем получался немного ниже и я решил впихнуть в 25ю. С этим впоследствии были некоторые проблемы и наверное если бы делал такой ТН ещё раз то контур конденсатора лучше бы делать в 32й трубе т. к. прогнать больше 700 литров в час оказалось очень проблематично из за высокого гидравлического сопротивления, особенно если на пути воды окажется место пайки 4х труб 1/4 в одну развальцованную трубу 3/8.
накидал компоновку в скетчап:

Для корпуса купил стальную бочку 200л от какого-то сока, в нём всё и собрал. Единственное фото живого экземпляра в момент пусконаладки, вокруг творческий срач, слабонервным лучше не смотреть)


В общем какой итог: система работала, но есть ряд минусов, из за которых я её демонтировал и буду строить новый ТН, который в данной теме и хочу обсудить. Минусы, ну или допущенные косяки при проектировании:
1. система на кожухотрубных ТО конечно крайне неудобная, таскать её тяжко из за габаритов, подводка воды неудобная
2. компрессор подобран наобум, исходная ориентация "так делал кто-то в интернете на ютьюб и там вроде работает" не очень здравый подход. В целом хоть система с данным компрессором и вышла на рабочий режим съем 3,2квт, отдача тепла 3,9квт (мониторил по двум новым поверенным теплосчетчикам), но это я понял только сильно позже, а хотелось бы рассчитать заранее
3. 25я пнд для конденсатора маловата, максимум удалось выжать 700 литров в час расход DC насосом 25\6, пробовал даже ставить туда вместо циркуля ручеёк с напором 60 метров, в итоге максимум расход 1000 литров и шум соответствующий. В целом для 4квт в притык хватало, больше уже не снять.
4. при пайке 4х труб 1/4 в одну 3/8 очень сложный узел получается, похоже у меня там остался непропай и фреон потихоньку уходит, это одна из причин демонтажа.

 

В части контроллера у меня был микс из простенького контроллера zl-r200a на запуск и остановку компрессора и насосов, одновременно в параллель были накинуты ntc датчики температуры самодельного контроллера на stm32 в связке по rs485 с esp32, который уже скидывал все метрики в яндекс. облако для онлайн контроля и последующего анализа. Собственно вот один из эпизодов работы, там был баг с некорректным переводом ntc в температуру, tbe и tae ушли в минус на графике хотя по факту они были в плюсе, температура после испарителя (tae) скакала в районе 2-7. Это то же один из непонятных фактров, с которым ещё предстоит разобраться, почему такая лютая осцилляция ТРВ и соответственно остальных параметров. ТРВ с внешним уравниванием (sanhua), трубка подключена по инструкции (после термобаллона через 10см примерно), дюза N2 с производительностью до 5.1квт, подобрана по калькулятору sanhua, перегрев около 5к, кипение 2-6к с частотой периода 1 минута.
Есть у меня подозрение одно: трубку уравнивания я подключал к заправочному порту на выходе из испарителя, и походу я оттуда в спешке не выкрутил ниппель, соответственно уравнивающая трубка как бы подключена но как бы и нет. Как определюсь что мне делать с остатками фреона в системе (R22, сливать в атмосферу жалко, а эвакуировать эти остатки пока не ясно как и куда) то разберу и будет понятно, тут ли косяк

 

Добрый день. Тоже интересна данная тема постройки. Сейчас изучаю тему по пластинчатым теплообменникам. Не могу найти с пластинами толще 0.5 мм. У меня планируется тепловой насос на фреоне R410. Пока склонен изготовить теплообменник из подключённых в параллель 3 трубок диаметром 12 мм длиной по 30 метров (на конденсатор). скатать все эти трубки в виде змеевика и запихать это чудо в корпус из двух водопроводных труб диаметром примерно 200мм (внутренняя стенка) и 300мм (наружняя стенка). Мощность компрессора 3.1квт.

 

Эвакуировать можно с помощью старого компрессора от холодильника.
В интернете посмотри, там много есть видосов на эту тему

 

А зачем толщина больше? Этой толщины достаточно, теплообменники работают десятилетиями...

 

Ищу больше, не знаю есть ли они с более толстыми пластинами.
Просто общался с людьми, говорят есть проблемы при эксплуатации с тонкими пластинами. От частных перепадов высокого давления их рвет. Вот и ищу не знаю, что.

 

А можно как-то расшифровать данные параметры указанные на графике? (Я дилетант в этом вопросе)

 

Итак, что бы продолжить дальше строить ТН необходимо провести разбор ошибок и подвести математическую основу расчетов в порядок. Все что я постараюсь здесь описать и так уже известно всем холодильщикам и строителям тепловых насосов, но повторение мать учения, может кому-то будет полезно.
Начать хотелось бы с компрессора. В моём случае речь идет про ротационный компрессор GMCC (Toshiba) PH225X2C-4FT, на основе которого и был первый ТН. При поиске подходящего донора в интернет-магазинах нам продавец (или производитель) указывает абстрактные характеристики типа Холодопроизводительность ASHRAE (Ткип.= 7,2°C Тконд.= 54,4°C) - 3970 Вт. Так же в параметрах иногда проскакивает объем сжатия, в данном случае 22.4см3. От объема сжатия зависит ключевой параметр компрессора - объемная производительность, .т.е. количество хладагента, который данный компрессор может перекачать через себя в определенных условиях работы. Т. к. условия работы у компрессора могут быть разные, то соответственно и объемная производительность это переменная величина, а не константа как объем сжатия. Зависимость такая: чем больше перепад давлений всасывания и нагнетания тем меньше объемная производительность, и тем компрессору сложнее перекачивать хладагент (растет ток потребления, падает холодопроизводительность, падает КОП).
Возвращаемся к компрессору, как мы помним на сайте мы видели холодопроизводительность 3970вт в условиях работы Т кипения (всасывание) = 7,2С, температура конденсации (54,4С, нагнетание). Эти условия работы не совсем подходят для теплового насоса, например для условий работы 0-30\35 (т кипения 0, конденсация от 30 до 35 градусов) нам необходимо пересчитать холодопроизводительность, что бы получить более реальные цифры. Как это сделать? Ответ: ориентируясь на более ответственных продавцов\производителей, который к своим компрессорам прикладывают ещё и диаграммы работы в разных режимах. Например ротационный компрессор panasonic с объемом сжатия 22,5см3 и холодопроизводительностью 3835вт, т. е. одноклассник исходного компрессора gmcc со схожими параметрами. Вот пример такой диаграммы:

здесь мы видим примерно линейные графики зависимости холодопроизводительности (capacity), массового расхода (flow rate), а так же потребляемой мощности компрессора (ток, мощность). Условия работы правда здесь не все что нам нужны, нет например графиков для т кипения 35, 30, а только для 40-60, но в целом проявив воображение и художественные навыки можно понять, как и где будет проходить график. Для примера нарисовал оранжевым график для кипения 30, из него теперь можно узнать объемную производительность для искомых нами условий работы 0-30\35, это примерно 69кг в час. Тут надо сделать уточнение, что исходные графики приведены производителем для температур переохлаждения 8,3К и перегрев около 25К что то же не совсем наш целевой вариант, но в целом описанная метода предварительного расчета объемной производительности даёт хоть что-то, от чего можно отталкиваться в дальнейших расчетах ТН.
Пример дальнейшего расчета ТН вода-вода:
t_кипения = 4 °C
t_конденсации = 29 °C
Массовый расход хладагента ṁ = 80 кг/ч = 80 / 3600 ≈ 0.02222 кг/с
Хладагент: R22
Шаг 1: Находим энтальпии в характерных точках цикла (R22)
1. Точка 1 (Выход испарителя): Перегретый пар.
Давление кипения при +4°C: Pкип ≈ 5.67 бар
Примем стандартный перегрев 5К. Температура t₁ = 9 °C.
Энтальпия: h₁ ≈ 410 кДж/кг
2. Точка 4 (Вход испарителя): Парожидкостная смесь после ТРВ.
Энтальпия после ТРВ равна энтальпии перед ТРВ (h₃).
Найдем h₃. Давление конденсации при +29°C: Pконд ≈ 11.6 бар
Примем стандартное переохлаждение 5К. Температура t₃ = 29 - 5 = 24 °C.
Энтальпия переохлажденной жидкости (h₃) при 24°C ≈ 230 кДж/кг
Следовательно, h₄ = h₃ ≈ 230 кДж/кг
Шаг 2: Расчет удельной холодопроизводительности (q_и)
q_и = h₁ - h₄
q_и = 410 - 230 = 180 кДж/кг
Шаг 3: Расчет общей холодопроизводительности (Q_и)
Q_и = ṁ * q_и
Q_и = 0.02222 кг/с * 180 кДж/кг = 4.0 кДж/с = 4000 Вт
ОТВЕТ:
Холодопроизводительность испарителя составит 4.0 кВт.
Дополнительно (для полноты картины):
Удельная работа компрессора: h₂ - h₁ (для h₂ ~ 430 кДж/кг) ≈ 20 кДж/кг
Теоретическая мощность компрессора: N_инд = 0.02222 * 20 ≈ 0.444 кВт = 444 Вт
Тепловая мощность конденсатора: Q_к = Q_и + N_инд ≈ 4000 + 444 = 4444 Вт

Пересчитав все то же на Ткип 0, Тконд=30 получим Q_и = 3,44кВт, Q_к=4,05кВт.
Пересчитав все то же на Ткип 0, Тконд=35 получим Q_и = 3,23кВт, Q_к=3,81кВт.
Собственно говоря вот эти цифры я и получил на счетчиках тепла на воде из скважины(Q_и) и на втором счетчике тепла на подогреваемом контуре(Q_к, от 4кВт в начале цикла до 3,81кВт в конце), теория сошлась с практикой.

 

Tbe, tae - before evaporator, after evaporator: температуры до испарителя и после испарителя,
tbс, taс - before condenser, after condenser: температуры до конденсатора и после конденсатора,
tho - hot output, выход горячей воды из теплообменника. Дельта по горячей воде держалась 5 градусов, т. е. thi=tho-5.
температуры холодной воды автоматически не измерял т. к. отсутствовал внятный способ герметично впихнуть ntc датчики в трубопровод, там за этим следили датчики теплосчетчика, на входе была вода 8,89 (tci), на выходе 4,66 (tco), расход 677

 

Ок

 

Ну на мой взгляд получилось: тепла с перекачиваемой воды вы отняли 4квт примерно, и мощность компрессора 1.2квт. Значит 5квт мощности на выходе вы получили...
Так или нет?

 

Ну и судя по графику кипели в минусе. Итог: нужен испаритель в 2 заза мощнее. Это моë мнение. Можите кидать тапками

 

У меня опыта пока постройки теплового насоса нет, я только разбираюсь и готовлюсь к постройке свого. Поэтому если я не прав укажите пожалуйста на ошибку. Мне тоже потом понадобится эта информация.

 

Ошибочка. Чуть меньше 3квт от воды получили. + мощность компрессора. И того 4квт тепловой мощности на выходе.

 

Если ПТО подобран правильно и эксплуатация в соответствии с проектными параметрами - никаких проблем нет