Приветствую. Пришло время рассказать вам про мой самодельный тепловой насос из кондиционера. Как для электронщика тема холодильных машин достаточно новая, но примерно за месяц изучения теории удалось добиться некоторого результата.
Все началось с того, что заморочился установками сплит систем по комнатам дома. Летом ищем прохлады, а в межсезонье обогреватель. И задумался, а почему бы не подключиться к паровому отоплению. Климат у нас достаточно теплый, редко когда зимой -10 и то на день два. Если постоянно поддерживать в батареях 40С, то уже более менее достаточно. К примеру в доме с газовым котлом 7.5Квт 40-50С выход из котла, в доме уже 24С при 5С на улице. При этом котел работает половину времени, интервалы между воспламенение примерно равны. То-есть постоянные 3,8квт тепла нужно поддерживать.
Тепловые насосы имея такой высокий кпд имеют один минус, дельта температур внутри и снаружи должна быть в идеале 10С. Если температура падает до -5С, то кпд падает до примерно 90%. В минусовую погоду тепловой насос бесполезен, но что если отбирать тепло не у воздуха, а у воды. Лет 20 назад у нас вырезали центральное водоснабжение и вынуждены были пробурить скважину. На данный момент скважина без насоса производит 0,45м3\ч и температура воды ровно 15С. Если взять в идеале комфортную температуру 25С в помещении, то скважина вполне способна поддержать дельту 12-15С. Так и родилась идея собрать тепловой насос вода-вода.
Идея теплового насоса настолько вдохновила, что буквально на следующий день передо мной лежал разобранный кондиционер советского производства БК2000. Этот агрегат способен производить 3.3кВт тепла при потреблении 1кВт электроэнергии, 2,3кВт получаем из воздуха, ну в моем случае из воды. Это не могло не радовать, но на фоне радости вопросы росли и росли. Это мой первый испытательный аппарат, что бы наглядно разобраться как работает тепловой насос. Работы с ним еще предостаточно , любая критика принимается, поддержка приветствуется, особенно финансовая :-).
Что такое тепловой насос и из чего он состоит?
Если простыми словами, то это машина для переноса тепла из одного контура в другой. Достигается это за счет разницы температуры кипения хладагента при разных давлениях. Состоит тепловой насос из компрессора, конденсатора, испарителя и дозирующего устройства.
Как работает тепловой насос?
Компрессор нагнетает высокое давление в районе 16-22кг\см2 для хладагента R22 в теплообменник конденсатор. Тут происходит отдача тепла, то есть допустим давление в магистрали 16кг\см2. По таблице это температура конденсации 45С, так как у нас температура конденсатора 35С, то начинается процесс теплоотдачи, при этом хладагент переходит из газообразной фазы в жидкую.
Далее уже жидкий хладагент поступает через фильтр на дозирующее устройство. Это может быть термо регулирующий вентиль (ТРВ) или капиллярная трубка. Задача дозирующего устройства создавать перепад давлений на нагнетании и всасе. Капиллярная трубка создает перепад давления за счет маленького диаметра пропускного канала, работа капилярки напрямую зависит от давления на нагнетании. ТРВ же регулирует разницу давлений по температуре выхода испарителя и является более точным узлом. Температура повысилась, он приоткрылся и наоборот.
Испаритель работает как конденсатор, только на оборот. Хладагент поступает жидким под низким давлением и начинает испаряться, так как температура испарения ниже, чем температура окружающей среды. Хладагент начинает поглощать тепло.
Из чего изготовлен тепловой насос вода-вода.
Теперь когда более менее понятно из чего состоит тепловой насос, можно подробней рассказать о каждом узле.
Компрессор. Из кондиционера извлек компрессор ФГрВ-2.2 холодопроизводительностью 2,3Квт, потребление около 1кВт, хладагент R22, ток около 5А.
Компрессор имеет дополнительные выходы для охлаждения обмоток двигателя масло паровой смесью, я их закольцевал. Если система рабочая, буду дорабатывать. На всасе компрессора есть докипатель, оставлю его на месте.
Сохранил схему подключения, что бы случайно не перепутать три одинаковых контакта.
Конденсатор изготовлен из трубок конденсатора того же БК2000. Долго резал ножом полоски вдоль трубок, а потом между трубок забивал алюминий отверткой во внутрь, так что бы не повредить трубки.
Перед установкой в кожух провел процесс опрессовки при 25Кг, на всякий случай в миску с водой. Хорошо пузырьки не пошли нигде.
Трубки сложил в колбу, концы пропустил через лист железа и запаял все оловом. Длина трубки около 11м. Колбу изготовил из огнетушителя с приваренным самодельным фланцем. На вход выход приварены приварыши с резьбой 1 дюйм.
Испаритель изготовлен по тому же принципу, только из трубы 50мм и длина змеевика 4м. Резьба 3/4.
В самодельном тепловом насосе решил применять ТРВ, так как нужна регулировка температуры из-за того что температура со скважины может меняться и нужна корректировка для точной работы. Да и для компрессора полезно, что бы жидкий фреон не качнул.
ТРВ взял универсальный 1,5-22кВт, еще к нему купил дюзу на 4кВт.
Чем спаять стыки медных трубок?
Все стыки спаивал высокотемпературным припоем п-14 с флюсом. Работал обычной горелкой за 150Р с цанговым зажимом на которой написано 1300С (китайских скорей всего). Газ нужен хороший, а то не работает совсем. Не плохо, если второй горелкой подогревать. Нарезал трубки специальным ножиком для трубок и расширял расширителем.
Заправка фреоном и вакуумизация
Для компрессора гиблая тема, если в магистраль попал воздух и влага и поэтому необходима вакуумизация. Позволить вакууматор я себе не смог, но в качестве опыта подготовил старенький поршневой компрессор от холодильника, припаял два клапана шредера для подсоединения.
Не уверен что он обеспечит должную вакуумизацию, но это лучше чем ничего совсем. Для заправки и вакуумизации заказал манометры со шлангами.
Заказал 800г R-22. Этого должно хватить с запасом. До этого купил маленькие электронные весы.
Характеристики самодельного теплового насоса
Что бы узнать что у меня получилось придумал нагрузку в виде двух емкостей общим объемом около 120л, все это прокачивалось в конденсатор насосом производительностью 1140л/ч, замерено счетчиков. Изначальная температура воды 17С, окружающий воздух 23С.
За первые 20 мин. работы вода прогрелась до 22С, за 40 мин. до 28С, за час до 31С, а за два часа вода прогрелась до 40С.
Такой результат очень меня обрадовал. Компрессор потребляет 1кВт, а вода греется как в хорошем 3 кВт бойлере.
Вывод по тепловому насосу!
Если я правильно посчитал, то холодопроизводительность получилась 1кВт, а теплопроизводительность конденсатора получилось всего 2000кВт. И никаких 3 квт мне не получить, пока не переделаю конденсатор с испарителем. И поэтому теперь конденсатор станет испарителем, а новый конденсатор я изготовлю из новой трубки длиной 15М. Столько же в конденсаторе родной системы. А пока не переделал, есть время еще над всем подумать и собрать достойный аппарат.
Видео о тепловом насосе
Если вам понравилась статья и моя работа, прошу подписывайтесь, что бы знать что будет дальше. А так же добавляйте в закладки что бы не потерять этот материал. Задавайте свои вопросы в низу страницы, что бы все смогли потом найти ответ.
С ув. Эдуард