Компрессор для теплового насоса


    Компрессоры для тепловых насосов

    Обычно в тепловых насосах используются объемные компрессоры, которые можно разделить на следующие конструктивные  типы:

    • Поршневые
    • Роторные
    • Спиральные
    • Винтовые

    Компрессоры, в которых конечное давление перекачиваемой среды достигается в одном процессе сжатия, называются одноступенчатыми компрессорами. Соответственно компрессоры, в которых конечное давление достигается в нескольких последовательных процессах сжатия, между которыми охлаждается хладагент, называются многоступенчатыми компрессорами.

    Так же существует ряд других классификаций, однако мы рассмотрим 4 основных типа, перечисленных выше, которые чаще всего используются в тепловых насосах.

    Поршневые компрессоры

    В поршневых компрессорах процесс сжатия происходит в цилиндре, в котором поршень движется в возвратно-поступательном движении.

    Поршневой компрессор Bristol

    Этот тип компрессоров обычно используется в тепловых насосах и холодильных машинах средней и большой мощности.  Он применим как к тепловым насосам воздух-вода так и к геотермальным тепловым насосам.

    Преимущества

    • Высокая эффективность
    • Долговечность

    Недостатки

    • Высокий уровень шума и вибраций
    • Высокая стоимость

    Роторные компрессоры

    В этом типе компрессора процесс сжатия осуществляется с помощью вращающихся элементов, через которые газ протекает непрерывно. Самой распространённой конструкций применяемой в тепловых насосах является эксцентриковые роторные компрессоры с вращающимся поршнем.

    Строение роторного компрессора

    Усовершенствованная модель имеет два поршня на одном валу. Благодаря этому удалось достичь меньших показателей вибрации и более высокого КПД. Именно такая конструкция используется в большинстве тепловых насосов типа воздух-вода мощностью до 15 кВт как у европейских так и у азиатских производителей.

    Преимущества

    • Компактность и лёгкость
    • Низкий уровень шума
    • Невысокая цена

    Недостатки

    • Низкая надёжность
    • Невысокий КПД

    Спиральные компрессоры

    В компрессоре спирального типа сжатие рабочей среды происходит при взаимодействии двух спиралей. Одна спираль остаётся неподвижной, а другая — совершает эксцентрические движения без вращения, благодаря этому обеспечивается перенос рабочей среды из полости всасывания в полость нагнетания.

    Спиральный компрессор scroll Copeland

    Наибольшее распространение в тепловых насосах получила технология Scroll  в основу, которой положена конструкция из архимедовых спиралей и вала с эксцентриком.

    Принцип сжатия в спиральном компрессоре типа scroll

    Как правило, такими компрессорами оснащают тепловые насосы типа грунт-вода или воздушные тепловые насосы средней мощности.

    Преимущества

    • Низкий уровень шума
    • Высокая эффективность
    • Долговечность

    Недостатки

    Винтовые компрессоры

    Принцип работы компрессора данного типа на вращении двух роторов с винтами. Вращение происходит в различные стороны, за счет чего и происходит сжатие рабочей среды.

    Строение винтового компрессора

    Такие компрессоры чаще всего используются в теплонасосных установках большой мощности. Часто они применяются в многоступенчатых холодильных агрегатах.

    Преимущества

    • Высокая эффективность
    • Надёжность

    Недостатки

    • Высокий уровень шумов
    • Применимы только в установках большой мощности

    Область использования основных типов компрессоров для тепловых насосов

    Все вышеперечисленные компрессоры уже много лет успешно применяются в тепловых насосах различной мощности и назначения.

    solarsoul.net

    Спиральные компрессоры в тепловых насосах

      В начало / статьи / Спиральные компрессоры в тепловых насосах

    Для работы при высоких температурах конденсации и низких температурах кипения газа в тепловых насосах используются спиральные компрессоры, которые способны нагревать воду даже при экстремально низкой температуре окружающей среды. Как правило, компрессоры этого типа функционируют на холодильном агенте R407c. Это обеспечивает широчайший температурный диапазон (от +20 до -35 °С, а у морозостойких вариантов – и до -55 °С), а также значительную производительность по теплу: от 4,9 до 48 кВт.

    Такой внушительный список возможностей пока что не имеет аналогов среди компрессоров других типов. При этом мощность электрического двигателя спиральных устройств составляет от 2 до 20 лошадиных сил – то есть, всего 1,5-15 кВт (разумеется, если не рассматривать специальные промышленные агрегаты повышенной сложности).

    Итак, спиральный компрессор обладает такими особенностями, как: - широчайший рабочий диапазон; - плавный ход, за счет которого даже при уменьшении числа движущихся частей можно обеспечить более плавный ход, чем у приборов на поршневой основе; - значительная эффективность, которую можно сравнить с эффективностью полугерметичных устройств, и заметное превосходство над герметичными вариантами в условиях низких температур;  - высокая надежность – за счет меньшего числа конструктивных элементов и движущихся частей (ничего не перетирается);

    - меньшие размеры: спиральные устройства занимают менее трети опорной поверхности полугерметичной модели похожих характеристик, а их вес составляет примерно четверть от ее веса (о поршневых агрегатах можно даже не говорить).

    www.agrovodcom.ru

    Самодельный тепловой насос из компрессора

    Самодельный тепловой насос из компрессора

    Тепловой насос — штука интересная, но дорогая. Примерная стоимость оборудования + устройства внешнего контура от 300$ до 1000$ за 1кВт мощности. Зная «рукастость» российского люда, легко предположить, что уже не один тепловой насос, сделанный своими руками, работает на просторах нашей необъятной и  разноклиматической родины. И это действительно так. Чаще всего встречаются самодельные аппараты, которые изготовили «холодильщики». И это понятно, ведь тепловой насос и морозильная камера работают по одному и тому же принципу, просто система тепловых установок ориентирована на сбор тепла, а не на его отведение и компрессор используется большей мощности.

    О принципе работы читайте тут.

    Что может стать источником тепла для теплового насоса

    Тепло для обогрева помещения можно отбирать у воздуха  на улице. Но тут неминуемо возникнут сложности при эксплуатации: слишком велики колебания температуры даже среднесуточные, не говоря уже о том, что нормальную эффективность тепловой насос показывает при температуре выше 0oC. А как много регионов у нас имеют зимой такую картину? Весной, да и то не ранней, и не на всей территории, и не постоянно.

    Источником тепла для вашего дома с отоплением от теплового насоса может стать любая среда

    Намного более приемлемой выглядит источник тепла, расположенный в воде. Если рядом есть речка, озеро или приличной глубины пруд — это просто здорово: можно трубопровод просто утопить. Важно только чтобы там рыбаки с донками не рыбачили.

    Еще один неплохой вариант — колодец. Но тут, как с колодцем: есть вероятность, что упадет уровень воды и придется вам искать другой источник. Но пока все нормально, работать будет неплохо: средняя температура воды в подземных горизонтах 5-7oC. Этого для работы теплового насоса более чем достаточно.

    Вы будете, возможно, удивлены, но использовать можно и канализацию. И неплохо использовать: там температуры выше, чем в колодцах. Трубопровод можно будет разместить в сточной яме или колодце, но при условии, что весь он будет покрыт водой постоянно. И трубу нужно будет выбрать химически стойкую.

    Горизонтальный подземный коллектор — дело чрезвычайно трудоемкое: снять грунт придется с нескольких соток на глубину ниже точки промерзания. Это очень большие объемы, которые в одиночку или даже с помощником не осилить. И, как показала практика, в наших климатических условиях такие системы малоэффективны: слишком суровы зимы.

    С вертикальными коллекторами дело не лучше: без бурильной техники обойтись вряд ли удастся.  Количество и глубина скважин зависят от грунта: разброс возможного съема тепла с метра скважины очень большой. От 25 Вт/м в сухом щебенистом и песчаном грунте, до 80-85 Вт/м во влажных щебенистых и песчаных почвах или в граните. Соответственно и разница в длине скважин в 3 раза и выше.

    Вот схема отопления дома тепловым насосом. При использовании, как в описываемом примере, двух скважин и при отсутствии замкнутого контура, расстояние между двумя клодцами должно быть не менее 20 метров. И нужно учесть направление потока, чтобы холодная вода от насоса не снижала температуру в «донорской» скважине

    В описываемом примере самодельного теплового насоса источник тепла — колодец с хорошей скоростью поступления воды. Вода прибывает настолько быстро, что покрывает расход на бытовые потребности и ее хватает для переноса нужного количества тепла (была рассчитана необходимая скорости подачи воды, и соответственно подобран насос). Но источником тепла для этой модификации может служить любой из описанных выше, кроме воздуха. Определившись с источником тепла, можно будет изготовить тепловой насос для отопления дома своими руками.

    Тепловой насос вода-вода из компрессора кондиционера своими руками

    Этот тепловой насос из кондиционера несложно изготовить своими руками, но вам понадобиться помощь хорошего мастера по ремонту холодильной техника.  Для изготовления вам нужно приобрести:

    • Рабочий компрессор от кондиционера. Это может быть новый, купленный в магазине, но вполне подойдет б/у, главное чтобы он был рабочим и ресурс его еще не был выработан. Уточните, с каким хладагентом он работает: вам нужно будет заправлять систему.
    • Гибкая медная труба двух диаметров (сечение небольшое, типа тех, что используются в холодильниках) с толщиной стенки не менее 1 мм. Больший диаметр используем для изготовления змеевика конденсатора (12 метров), меньший — делаем змеевик для испарителя (10 м).

      Запчасти для изготовления теплового насоса

    • Металлопластиковая труба для теплообменников (12 м + 10 м). В нее засовываем медные трубы, и по ним циркулирует теплоноситель. Так что внутренний диаметр должен быть прилично больше наружного диаметра меди.
    • Терморегулирующий вентиль (ТРВ).
    • Термоизоляционная поролоновая труба (12 м + 10 м). Внутренний диаметр такой, чтобы можно было засунуть металлопластиковую трубу.
    • Шаблон для изготовления змеевика — толстостенная труба (можно газовый баллон).
    • Фреон для заполнения системы.
    • Каркас для монтажа составляющих.
    • Контролирующая аппаратура: датчик давления фреона и температуры, устройство защиты от холостого хода насоса, электропускатель, таймер.

    Все эти составляющие с платой за работу холодильщика (за сборку и пайку, заливку фреона) составили примерно 600$. Плюс затраты личного времени на обустройство входного контура и сборку.

    Теперь приступаем к изготовлению самого теплового насоса.

  • Первыми можно сделать змеевики. Сначала медные трубы вставляете в металлопластиковые, сверху на металлопластик надеваете термоизоляцию. На шаблон наматываете витки трубы. Стараетесь расстояние между ними делать одинаковым.
  • На каждый конец МП трубы устанавливается соединительный фитинг-тройник. Его надеваете на медную трубку. Получается, что из МП медь торчит. Устанавливаете  фитинг. Способ зависит от выбранного вами типа (о металлопластиковых трубах и фитингах читайте тут). Теперь нужно добиться герметичности: пространство между фитингом и медью заливаете высокотемпературным герметиком.  Так обрабатываете все четыре края.

    Это готовые теплообменники с установленными фитингами

  • На раме закрепляете выбранный компрессор (был использован б/у на 1,2 кВт потребляемой мощности, а производительность по холоду 3,8 кВт). Для установки использованы автомобильные сайлент-блоки.
  • Уделите больше внимания виброизоляции и шумопоглощению: если устройство будет стоять в доме, они без дополнительных мер по их нейтрализации прилично действуют на нервы.

  • Теперь нужно будет установить и соединить теплообменники с компрессором. Для этого желательно пригласить «холодильщика», владеющего техникой капиллярной сварки (еще неплохо бы, чтобы он разбирался в тепловых насосах, а то вам долго придется объяснять, что и к чему). Он же заполнит систему фреоном и отрегулирует его. Если вы не обладаете достаточными знаниями и навыками, самому это будет сделать в высшей степени проблематично. А работа с фреоном вообще может закончиться травмой. Потому ищите хорошего спеца и доверьте эту часть работы ему.

    На раме установить нужно компрессор, затем собирать всю схему

  • В описываемом примере воду качают из колодца. Водоносный горизонт расположен на глубине 4 метров. Один насос поднимает ее и подает в тепловой насос, во вторую скважину вода сбрасывается. Но можно организовать и замкнутый контур, тогда нужно будет рассчитать мощность циркуляционного насоса.

    Это после работы «холодильщика»

  • Дальше подключаем внешний контур и отопительный.
  • К входу испарителя через тройник подключаем воду из внешнего источника.
  • К выходу металлопластиковой трубы через аналогичный тройник воду отводим.
  • Таким же образом подключаем отопительный контур к змеевику конденсатора.
  • Включаем систему. Должно все работать. Но для нормальной работы необходимо будет еще контролировать наличие движения теплоносителя в первичном и отопительном контуре, температуру в них, контролировать давление фреона, чтобы можно было отследить утечку. Вообще, системе нужна надежная автоматика, а пока ее не подобрали можно поставить обычный пускатель. Но нужно помнить, что после любого отключения компрессор запускать можно только после того, как выровняется давление фреона в системе (10-15 мин).

    Не самый презентабельный вид, но работает

  • Из опыта эксплуатации сделанного своими руками теплового насоса

    Как показала практика использования, производительность представленного варианта не слишком высокая: 2,6-2,8. Говорить о супер эффективности данного теплового насоса не приходится: на площади 60 м2 при -5oC на улице, сам он поддерживает +17oC. Но система считалась и монтировалась под котел, радиаторы для входящей температуры +45oC больше выдать просто не могут. Система в доме работала старая и количество радиаторов не увеличено. Но пока в холода догревались печкой.

    Если в конструкцию добавить регенеративный теплообменник, это повысит эффективность на 10-15%. Учитывая то, что затраты невелики можно делать. Понадобиться две медные трубки по 1,5 метра. Одна диаметром 22 мм, вторая — 10 мм. На более тонкую для увеличения площади теплообмена, наматывается 4-х жильный проводник (длина 3-4 метра, диаметр 4 мм), концы его припаиваются к трубке, чтобы не разматывались. Трубка с намотанной проволокой аккуратно вставляется в трубку большего диаметра. Ее нужно установить между компрессором и испарителем. Доработка незначительная, но довольно ощутимо повышает эффективность. Правда при определенных условиях небезопасная: в компрессор может попасть теплый фреон, что приведет к выходу его из строя.

    Доработка схемы: можно добавить регенеративный теплообменник, что поднимет производительность примерно на 15-20%

    Второй вариант повышения эффективности, более безопасный и не менее эффективный — встроить дополнительный теплообменник для подогрева воды или гликоля.

    На что обратить внимание, если вы решили делать тепловой насос своими руками. Есть несколько вещей, о которых узнать можно только на опыте:

      • Пусковые токи конкретно этой установки были очень даже приличными. Не всегда ресурсов сети хватало для запуска установки. Потому, если делать серьезную установку, лучше брать трехфазный компрессор, и подводить, соответственно, трехфазный ввод. Да, недешево, но для стабильного старта однофазного компрессора требуется электронный стабилизатор приличной мощности, что тоже дешевым не назовешь
      • Тепловой насос на готовой радиаторной системе не даст нормальной температуры в помещении. Они рассчитаны на другую температуру теплоносителей, которую эти установки, тем более самодельные, дать в состоянии крайне редко. Потому или модернизируйте систему (добавив как минимум столько же секций радиаторов), или устанавливайте водяные полы.
      • Если в колодце есть три кольца воды, это не значит, что дебет у него большой. Нужно знать, сколько он в состоянии давать воды при постоянном ее отборе.

    Итоги

    Несомненно, стоимость этого теплового насоса из кондиционера в разы ниже готовых заводских вариантов, даже китайского производства. Но нюансов тут море: нужно позаботиться об источнике тепла, и подаваемого тепла должно быть достаточно, правильно рассчитать длину теплообменников (змеевиков), установить автоматику, обеспечить гарантированное питание, и т.д. Но если вы в состоянии обо всем этом позаботиться, то это, несомненно, выгодно.  Позволим дать вам совет: в первый год очень желательно иметь резервное отопление, а испытания и первый пуск лучше проводить еще летом, чтобы было время на доработку агрегата и доведение его до ума.

    Фотогалерея (9 фото):

    06.05.2016

    Твитнуть

    k-systems.ru

    Самодельные тепловые насосы для отопления

    Повышение эффективности системы отопления дома является одной из главных задач его хозяина, поскольку расходы по этой статье в российских климатических условиях весьма значительны. Поэтому задача использования энергии окружающего пространства для отопления весьма интересна, постоянно развивается и остается предметом внимания, особенно в сообществе «самоделкиных». Собрать тепловой насос своими руками вполне доступно подготовленному человеку, поскольку особых сложностей эта работа не представляет, и необходимости в изготовлении деталей сложной конфигурации нет.

    Принцип действия устройства

    Он основан на сборе тепла из окружающего пространства и использовании его для системы отопления дома с целью уменьшения затрат на эту функцию. Аппараты такого типа имеются во многих домах, это холодильники, сплит – системы и кондиционеры. Некоторые из них имеют двойное назначение, выполняя по выбору пользователя либо отопление, либо охлаждение помещений в зависимости от потребности.

    Теоретической основой таких машин является обратный цикл Карно. Но, не вникая в подробности, просто опишем процесс работы такого устройства.

    Рис.1. Принципиальная схема работы теплового насоса в сети отопления

    Рабочим телом в таких устройствах, как и в холодильниках, является фреон или аммиак, который компрессором нагнетается в нагревательный контур. При этом давление внутри системы резко повышается, поскольку выход теплоносителя перекрыт дросселем. Полученным теплом согревается теплоноситель в системе отопления дома, как правило, температура достигает уровня 64оС. Горячий поток дополняет циркулирующий в основной отопительной сети, снижая потребление топлива. При определенном давлении дроссель открывается, и рабочее тело поступает в камеру испарителя. При этом его температура снижается. Дополнительное тепло получается из регистра сбора тепла. Далее цикл повторяется, как и в устройстве холодильника.

    Расчет параметров системы

    Мощность, которую потребует самодельный тепловой насос, можно рассчитать из соотношения:

    R = (k * v * T)/860, где

    R – мощность, необходимая для обогрева помещения

    k – коэффициент для учета тепловых потерь зданием (1 – качественно утепленное помещение, 4 – дощатый барак);

    v – общий объем помещения, подлежащего отоплению;

    T – наибольший перепад температур внешнего мира и внутридомового пространства;

    860 – коэффициент перевода результата расчета в кВт из ккал.

    В качестве примера приведем расчет для дома 200 квадратных метров с высотой потолков 2,8 метра:

    R = 1 * 200*2,8 * (22 — -25)/860 = 560 * 47 /860 = 30,6 кВт.

    Целесообразно использовать теплонасос с запасом мощности 10 – 12%, то есть – порядка 35 кВт.

    Нужно обратить внимание на такой показатель, как разность наружной и внутренней температур. Если брать подогретый воздух из окружающего пространства с температурой порядка 7оС, показатель разности составит (22 – 7) 15 градусов, а мощность теплонасоса составит 9,8 кВт. Сравните два этих показателя и почувствуйте разницу при использовании тепла окружающего пространства.

    Состав оборудования

    Внешний контур

    Для внешнего контура агрегата отопления дома понадобятся трубы. Наибольшей теплопроводностью обладают изделия из металла (но не из нержавеющей стали), поэтому для системы сбора тепла лучше применять их.

    Рис.2. Сбор тепла в земле с использованием скважины для самодельного теплонасоса

    На рис.2 показан геотермальный тепловой насос своими руками с использованием деталей старого кондиционера и холодильника. Глубина скважины для сбора тепла геотермальных вод составляет порядка 60 – 120 метров. На приведенной схеме не показана обсадная труба, однако ее применение обязательно, поскольку обсадка защищает стенки скважины от разрушения. Регистр сбора внешнего тепла должен находиться внутри обсадной трубы.

    Рис.3. Поверхностный сбор внешнего тепла

    Сбор пространственной энергии для отопления дома может производиться не только через глубинную скважину, но и с использованием горизонтальной системы труб, заглубленных не менее, чем на величину промерзания грунта.

    Достаточный результат дает сбор тепла из водоема, поскольку на дне температура воды всегда составляет 4 градуса тепла, поскольку именно в таком состоянии она имеет наибольшую плотность. Привлекательной стороной является значительно меньший объем земляных работ.

    Используются для сбора тепла и системы, нагревающиеся под воздействием солнца. Такие блоки устанавливаются чаще всего на крыше дома и предназначаются для нагрева воды или воздуха. Они существенно повышают температуру в испарителе теплонасоса, повышая эффективность системы отопления дома.

    Рис.4. Использование гелиоколлектора в системе обогрева здания теплонасосом

    Испаритель

    Этот узел представляет собой емкость, в которой располагается теплообменник, несущий в себе носитель тепла, собранного наружным контуром. Конструктивное решение этой детали может быть различным, но чаще всего его выполняют из медных труб.

    Рис. 5. Форма теплоэлемента испарителя должна обеспечивать максимальный контакт с хладагентом

    Изготавливая тепловой насос своими руками, часто используют пригодные для эксплуатации узлы и детали из старого холодильника или кондиционера, а также вышедшей из строя сплит – системы.

    Компрессор

    На самодельных теплонасосах чаще всего применяют компрессоры из имеющейся в наличии старой техники. Когда система агрегата собрана и испытана, можно подумать о замене компрессора из старого холодильника на другой, более или менее мощный. Выбирая компрессор, лучше всего обратить внимание на узлы из сплит –  систем, отличающиеся повышенной мощностью и надежностью. Современные агрегаты, как правило, оснащаются блоками автоматического управления и регулировки, что значительно упрощает управление этими агрегатами.

    Рис.6. Компрессор для теплового насоса

    Конденсатор

    К выбору этого элемента системы нужно подойти особенно тщательно, поскольку он представляет собой сосуд, работающий под давлением. Предпочтительно использовать старый газовый баллон. Его придется разрезать, чтобы поместить туда теплообменник, а затем снова сварить.

    Дроссели

    В теплонасосах это устройства для сброса давления из конденсатора в испаритель. Деталь легко найти в магазинах или мастерских по ремонту бутовой техники, поскольку они очень долговечны в работе.

    Рис.7. Дроссель для теплонасоса

    Тепловые насосы Френетта

    Эти устройства чрезвычайно просты и эффективны. Однако для их изготовление важна точность исполнения каждой детали и тщательная балансировка всей системы ротора.

    Рис.8. Схема теплового насоса Френетта

    При работе такого теплонасоса нагревается масло, и передача тепла в систему отопления дома производится через радиатор. Возможны вертикальные и горизонтальные схемы устройства.

    Тепловой насос френетта своими руками для отопления дома можно изготовить, только имея доступ к металлообрабатывающему оборудованию и хорошую слесарную подготовку.

    Рис.9. Вариант исполнения самодельного теплонасоса

    Заключение

    Использование энергии окружающего пространства заслуживает внимания, позволяя сократить расходы на отопление дома. При использовании теплоты геотермальных вод или грунтового подогрева воздуха быстро не окупится в связи с большими трудовыми и финансовыми затратами, однако экономичность процесса не подвергается сомнениям.

    Кроме того, имеется возможность использовать теплонасосы как сплит – системы, повышая комфортность проживания, а применение блока автоматического управления облегчит управление устройством.

    Советуем почитать: тепловой насос вода — вода

    Возможно вам также будет интересно почитать: Пользуясь сайтом oBurenie.ru вы автоматически соглашаетесь с политикой конфиденциальности для использования любых доступных средств коммуникации таких как: комментарии, чат, форма обратной связи и т.д.

    oburenie.ru


    Смотрите также