![[В стадии разработки]](../images/undercon.gif)
Тепловой насос (холодильная машина) воздух-вода для Российской зимы. Двухступенчатая ХМ
Приступаем к разработке и изготовлению в экспериментальных целях Двухступенчатой холодильной установки (Двухступенчатый ТН). Суть в том, что одностадийные компрессоры теряют производительность с понижением температуры кипения, а также из-за недоохлождения жидкого фреона после конденсатора теряется холодопроизводительность. Использовать дорогие компрессоры с ECO портом не хочется. Возникла идея использовать двухступенчатый ТН (ХМ) воздух-вода для нашей Российской зимы до -30 градусов холода.
Задача: Из двух дешевых компрессоров (Китай) собрать ТН (ХМ) воздух-вода по параметрам превосходящим японский Зубадан (ME Zubadan Invertor). Короче - смогут ли два китайца под управлением татарина обойти одного японца :).
Схема агрегата.
Заготовка и шасси агрегата.
20.08.2013г.
В принципе спаял и запустил.
Кипение нижнего (давление) -55.
На всасе нижнего компрессора (температура) -30.
В промежуточном ресивере -25.
Конденсация +25.
Ток большого компрессора (нижнего) 4,1А
Ток маленького (высокого) 3,1А.
Температура обоих компрессоров (корпус) около 80-90 градусов.
Итак некоторые замеры:
Вода залита в бак ГВС 80л. Правда "верх ногами", но не суть. В бак с водой
опущена "спираль" 15м. медной трубки диаметром 9.52, в качестве конденсатора
верхней ступени.
Старт.
0 секунд. Вода +36, кипение -46, промежуточный ресивер -12, конденсация +42, ток
нижнего 4.3А, ток верхнего 4.2А сумма 8.17А, ваттметр 1.75 кВт (сумма).
1мин 59 сек. Вода +37, кипен/ресив/конден -45/-11/+44. ток большого 4.3А,
мощность потребляемая 1.79кВт.
4:15. Вода +38, -45/-11/+45, ток большого 4.25А, мощность 1.78кВт.
Еще добавил немного фреона.
6:31, вода +39, -45/-10/+46, ток большого 4,38А, мощность 1,84кВт.
8:32, вода +40, -43/-9/+47, ток большого 4,4А, мощность 1,88 кВт.
10:27, вода +41, -42/-9/+48, ток большого 4.5А, ток маленького 5.1А, мощность
1,94кВт.
12:25, вода +42, -44/-8/+49, ток большого 4.45А, ток маленького 5.3А, мощность
1.9кВт.
14:20, вода +43, -43/-8/+50, ток большого 4.34А, ток маленького, 5.2А, мощность
1,96кВт.
16:24, вода +44, -43/-8/+50 - остановил эксперимент.
Вывод в принципе греет воду.
т.к. вода в баке стоит и не циркулирует, то возникло подозрение, что ее
температура разделилась. Бултыхнул воду несколько раз с перерывом в несколько
минут. Равновесная температура установилась около +42 градусов, т.е в принципе
имеется некоторое расслоение, но медная трубка в баке лежит по всему объему
(нагнетание в низу, жидкарь выходит через верхние витки, т.е. сильнее греем
внизу) поэтому особо сильно не должно разбегаться.
Так как компрессор герметичный и крутится он от электродвигателя однофазного,
а точнее двухфазного или конденсаторного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором. То для его успешной работы нужна фазосдвигающая
емкость. По паспорту 60 мкФ при потреблении 3 кВт, а у нас кушает около 1 кВт.
Недостаток однофазных (конденсаторных) электродвигателей в том, что при
изменении нагрузки от номинальной магнитное поле становится эллипсным. Грубо
говоря когда нагрузка уменьшается фазосдвигающий конденсатор нужно меньше когда
больше соответственно больше.
Если подобрать конденсаторы под текущий режим, то КПД электродвигателя,а также
компрессора в целом становиться наибольшим. Грабля в том, что постоянно
подбирать конденсаторы не получается режим плавает.
Пробовал 20 мкФ ток 5.3А 40 мкФ ток 4,2А, 60мкФ ток 5,3А. Значит середина около
40-50 мкФ.
Вывод установки с меняющимся режимом целесообразно строить на 3-х фазных
компрессорах, во избежании падения КПД электродвигателей.
Еще запуск.
вода около 36-37. Запустил.
0:0 вода +39, кипен-47/ресивер -13/конден +45, ток б.=4,7А ток м. 4.3А
потребление электро 1.7 кВт.
2:20 вода +40, -51/-15/+46 ток.б 4,15А, ток.м 4,4А, потребление 1,75кВт.
5:27 вода +41, -51/-15/+46 ток.б 4,1А, ток.м 4,4А, потребление 1,8кВт.
8:00 вода +42, -47/-13/+48 ток.б 4,15А, ток.м, потребление 1,8кВт.
долил немного фреона.
10:34 вода +43, -45/-11/+50 ток.б 4,3А, ток.м 4,9А, потребление 1,89кВт.
12:50 вода +44, -45/-9/+52 ток.б 4,35А, ток.м, потребление 1,95кВт.
14:40 вода +45, -47/-9/+53 ток.б 4,45А, ток.м 5.26А, потребление 1,97кВт.
20:15 вода +48, -47/-9/+54 ток.б 4,4А, ток.м 5,4А, потребление 1,98кВт.
24:33 вода +50, -47/-9/+56 ток.б 4,3А, ток.м, потребление 2,0кВт.
Перемешивание воды дало температуру +48...+48,5 градусов.
После доливки фреона ТРВ нижнего стало закрываться (уровень фреона перед ТРВ
стал меньше булькать), на всасе нижнего -33...-30. Всас верхнего +1...-1. Стало
быть ТРВ настроено на +9..+11 градусов перегрева.
Утеплил компрессоры фольгированным вспененным полиэтиленом толщиной 3мм.
При температуре воды +47, температура фильтра перед верхним ТРВ около +49 (будем
считать ее температурой жидкаря).
Температура поверхности нижнего компрессора(большого) +80, температура верхнего
+104.
Раскочегарил агрегат до конденсации +66.
Вода +60, кипение -40. Ток большого компрессора 5.5А, ток маленького 7.5А,
элетропотребление 2,5кВт.
Теоретический расчет.
Режим -40/+60 значит по воздуху -30 (DT=10) по воде +55.
Мощность по теплу 4кВт потребление 2.1 кВт КОП=1.9. (пока мы не достигли
теоретического КОПа и мощности, но и температура кипения у нас ниже -45)
Режим -30/+50 по воздуху -15 (DT=10*1.5=15) по воде +45. Мощность по теплу
5.1 кВт потребление 2,2 кВт КОП=2,28
Эксперимент на проток воды через бак.
Проток 18л за 3 мин 40 сек. вода на выходе 23.3..23.6, вода на входе +12.5.
потребление 1.93 кВт.
режим кипение -40, промежуточный -9, конденсация +38. температура обоих
компрессоров около 70-80 градусов.
проработал до 16:40.
Попробуем собрать КОП:
(вторая серия экспериментов) 18/(3*60+40)=0.082 0.082*4170*(23.3-12.5)=3693 Вт
кушаем 1.93 кВт, тепловой КОП=1.91 при -40 и конденсация +38.
нагрев без потока на 4 градуса с +49 (конденсация +59) до +53 (конденсация +62)
41:30 за 5 мин 24 сек.
80*4170*4/(5*60+24)=4.12 кВт потребляем от 2.5 кВт до 2.6 кВт. тепловой
КОП=1.585 при кипении -40 и конденсации +59.
По предварительным данным в ходе экспериментов однозначно превзошли Zubadan по рабочему режиму -40 / +60 и по расчетному значению КОП при режиме -30 (-25 на улице). Получилось, что достигнут КОП при -40, примерно такой же как у ZUBADAN при -30. По цене пока сравнивать рано, но агрегат без воздухоохладителя обошелся примерно за 50-60 тыс.руб. к нему приделан водогрейный бак с ТЭН (на всякий случай) на 80л. за 2990 рублей в него помещена медная трубка 15м. стоимостью около 2000 руб.
Zubadan - работает до -25 на улице. MUZ-FD50VABH-E1 - стоит 3390*32=108480
рублей.
Выдает 6 кВт тепла и потребляет 1.61 кВт при +7 (Температура воздуха +20 значит
конденсация +30,+35)
смотрим таблицу при -25
падение 0.8 по теплу и рост 1,92 по потреблению получим 4,8 кВт тепла и 3,09 кВт
потребим энергии КОП=4,8/3,09=1,55.