Ämne: Högre flöde med lägre delta t eller lägre flöde med större delta t

[PerJ]

Så här ser jag på det hela med glide köldmedier som R407c.

För det första så har inte VB temperaturen någon inverkan på om köldmediet blir ”fullkondenserat” som det kallas på forumet, detta anser jag vara en myt.

Det som bestämmer om man får fullständigt kondenserat köldmedium efter kondensorn är anläggningens köldmediefyllning. För lite köldmediefyllning i kondensorn så kommer en del av köldmediet att lämna kondensorn genom vätskeledningen till expansionsventilen i gasfas. Köldmedium i gasfas som lämnar kondensorn har inte kondenserat och därmed har den inte lämnat av sin värme som då går tillbaka till förångaren via expansionsventilen utan att gjort någon nytta. Det är därför många anläggningar har ett synglas i vätskeledningen för att se om kommer gas/vätskeblandning istället för ren vätska till expansionsventilen.
Det man ska komma ihåg om man använder synglaset som referens är att man inte ser hur stor underkylningen blir. Fyller man bara tills det slutar ”brista” i synglaset så är ofta fyllningen fortfarande lite för låg eftersom man inte får optimal underkylning på vätskan ut ur kondensorn, för liten kondensorfyllning.

Kylprocessen i ett IlogP diagram, (se bifogat)

Kompressorns suger gas från förångaren vid ett tryck av 4,6 bar(a). Detta tryck innebär att den sista vätskedroppen har kokat av vid en temperatur av 0°C (Punkt F), suggasen in i kompressorn håller +5°C, dvs suggasen är överhettad 5 K (K=Kelvin, använder jag för temperaturdifferans). (punkt G)  Överhettningen sker normalt i förångaren på enklare aggregat. Överhettningen har man för att säkerställa att inget oförångat köldmedium lämnar förångaren och sänker verkningsgraden och i värsta fall kan orsaka kompressorhaveri.

Kompressorn höjer trycket på gasen till 19,8 bar(a), i detta exempel, som motsvarar en kondenseringstemperatur (dew) på 50 °C och en kondenseringstemperatur (bubble) på 45,4 °C. i Detta fall är gliden 4,6 K (50-45,4). Vid kompressionen höjs även temperaturen på gasen till ungefär 82 °C (punktA). Gasen är då 32 K överhettad.

Gasen går sen in i kondensorn där den först kyls från 82°C till 50°C (Punkt B) där börjar köldmediet att kondensera, mer energi bortförs och man rör sig åt vänster i diagrammet. Vid punketen C så har all gas övergått till vätska (under förutsättning att tillräckligt med köldmedium finns i anläggningen). När sista gasmolekylen har kondenserat så håller köldmediet 45,4°C. Kyler man sedan vätskan ytterligare åt vänster så underkyler man vätskan tex till 43,4 °C och då har man en underkylning av 2 K.(punkt D)

Trycket sänks på vätskan med hjälp av expansionsventilen från 19,8 bar(a), till 4,6 bar(a), köldmediet börjar koka vid ca -4,2 grader vid punkten (E) för att sedan ta upp mer värme för att sedan vara fullständigt förångat vid punkten F och nu är cykeln sluten. Här finns en intressant detalj, Köldmediet kokar vid -4,2 grader som lägst och 0°C som högst i förångaren. Tittar man i köldmedietabellen så ser man att gliden vid 4,6 bar(a) är ca 6,3 K, alltså 2 K större än vad vi har i förångaren. Detta beror på att redan efter expansionsventilen så har de mest lättflyktiga delarna kokat av innan gas/vätskeblandningen går in i förångaren.

Kondenseringstrycket respektive förångningstrycket (i bar) bestäms av inkommande värmebärar respektive köldbärartemperaturer samt av värmeväxlarnas storlek i förhållande till effekten som de belastas med.

Radiatorsystemets DT:s inverkan på effekt och verkningsgrad:

För att se hur olika flöden i radiatorsystemet slår på verkningsgraden så beräknade jag ett system som består av en Copeland ZH26 kompressor, en kondensor från Alfalaval CH51-40H, som fylls med så mycket köldmedium att vi har 2 K differans mellan VBin och utgående vätska till expansionsventilen, samt ett radiatorsystem. Radiatorsystemet temperaturer beräknades så att effekten är konstant på raddarna i alla tre driftfall nedan:

DT4 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 42,3 °C
VBut 46,3 °C
Kondensering dew 49,2 °C
Vätsketemp 44,3 °C
Värmeeffekt kompressor 9,9 kW
COP 3,71

DT8 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 40,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 50,1°C
Vätsketemp 42,5 °C
Värmeeffekt kompressor 10,1 kW
COP 3,71

DT12 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 38,8 °C
VBut 50,8 °C
Kondensering dew 51,5°C
Vätsketemp 40,8 °C
Värmeeffekt kompressor 10,25 kW
COP 3,68

Som vi ser så skiljer inte effekter och COP särskilt mycket beroende på vilket DT man har på radiatorkretsen. Det som sedan tillkommer är cirkulationspumpens energiförbrukningen på varma sidan som kraftigt stiger vid låga DT och som sänker anläggningens totala COP.

Ska man komma mycket längre måste man köra värmepumparna i labbmiljö, mot ett riktigt radiatorsystem för att få alla parametrar att samverka till ett system.

PerJ

[Castrol]

Jag var kanske otydlig. Det jag menade var att kompressorn arbetat upp ett tryck som ger kondensering mellan 80-74,4ºC (glide), och då kommer aldrig något annat än en fullständig kondensering vara ett problem eftersom min VB retur håller så mycker lägre temp.

men fundera lite nu igen ! 
har du en kondenseringstemp på 80-74.4 så har du garanterat en högre difftemp än 7 grader eller ?
är vb retur 35 grader så har du en diff på ca 30 grader över kondensorn, vilket betyder att du har 30 grader diff över elementen.

Inte alls ( Om jag förstår dig rätt). Bara för att gasen kondenserar vid mellan 80-74,4 ºC innebär ju inte det med automatik att köldmediet klarar att värma mitt radiator vatten till 74,4 ºC. Det beror ju på hur stort energi innehåll köldmediet har i förhållande till mitt vattenflöde genom kondensorn. Snarare blir det en ordentlig underkylninng av köldmediet innan det lämnar kondensorn. Dvs kondensering av köldmediet sker ned till 74,4. Då har köldmediet övergått till vätska som håller 74,4 ºC. Denna värska underkyls sedan ytterliggare ned till min radiator temp. ex 44 ºC.

För mig låter detta rimligt, men jag är inte någon expert.

[Carl N]

Det är värmebärarens temperatur som i huvudsak bestämmer kondenseringstemp och kondenseringstryck, inte kompressorn. Om vi tar en frekvensstyrd kompressor och ökar på varvtalen så flödet av köldmedia ökar och därmed ökar också diff VB, men trycket i kondensorn ökar knappast alls, bara så mycket som temperaturökningen på värmebäraren medger.

[tracker]

Jag var kanske otydlig. Det jag menade var att kompressorn arbetat upp ett tryck som ger kondensering mellan 80-74,4ºC (glide), och då kommer aldrig något annat än en fullständig kondensering vara ett problem eftersom min VB retur håller så mycker lägre temp.

men fundera lite nu igen ! 
har du en kondenseringstemp på 80-74.4 så har du garanterat en högre difftemp än 7 grader eller ?
är vb retur 35 grader så har du en diff på ca 30 grader över kondensorn, vilket betyder att du har 30 grader diff över elementen.

Inte alls ( Om jag förstår dig rätt). Bara för att gasen kondenserar vid mellan 80-74,4 ºC innebär ju inte det med automatik att köldmediet klarar att värma mitt radiator vatten till 74,4 ºC. Det beror ju på hur stort energi innehåll köldmediet har i förhållande till mitt vattenflöde genom kondensorn. Snarare blir det en ordentlig underkylninng av köldmediet innan det lämnar kondensorn. Dvs kondensering av köldmediet sker ned till 74,4. Då har köldmediet övergått till vätska som håller 74,4 ºC. Denna värska underkyls sedan ytterliggare ned till min radiator temp. ex 44 ºC.

För mig låter detta rimligt, men jag är inte någon expert.

var tar effekten vägen ?
blir det en underkylning så kan du inte ha en så hög kondenseringstemp.

[tracker]

för att se hur olika flöden i radiatorsystemet slår på verkningsgraden så beräknade jag ett system som består av en Copeland ZH26 kompressor, en kondensor från Alfalaval CH51-40H, som fylls med så mycket köldmedium att vi har 2 K differans mellan VBin och utgående vätska till expansionsventilen, samt ett radiatorsystem. Radiatorsystemet temperaturer beräknades så att effekten är konstant på raddarna i alla tre driftfall nedan:

DT4 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 42,3 °C
VBut 46,3 °C
Kondensering dew 49,2 °C
Vätsketemp 44,3 °C
Värmeeffekt kompressor 9,9 kW
COP 3,71

DT8 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 40,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 50,1°C
Vätsketemp 42,5 °C
Värmeeffekt kompressor 10,1 kW
COP 3,71

DT12 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 38,8 °C
VBut 50,8 °C
Kondensering dew 51,5°C
Vätsketemp 40,8 °C
Värmeeffekt kompressor 10,25 kW
COP 3,68

normalt är det väl att man dimensionerar växlaren så att vätsketempen är samma som VB in . annars är det en för liten växlare så att systemet ej går optimalt.

är effekten konstant på raddarna så borde väl tillförd energi vara konstant antar jag, hur kan då värmeeffekten från kompressorn vara olika ?

[Avensis]

DT8 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 40,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 50,1°C
Vätsketemp 42,5 °C
Värmeeffekt kompressor 10,1 kW
COP 3,71


Som vi ser så skiljer inte effekter och COP särskilt mycket beroende på vilket DT man har på radiatorkretsen. Det som sedan tillkommer är cirkulationspumpens energiförbrukningen på varma sidan som kraftigt stiger vid låga DT och som sänker anläggningens totala COP.

PerJ

Vad händer med COP om VBin går rakt in i en acktank och kompressorn måste arbeta med nya VBin, nu från ack, på t.ex 44,5 °C. i stället för 40,5 °C (framledning ut från ack samma som VBut förut) Effekt till raddarna skall vara samma som förut.

[PerJ]

för att se hur olika flöden i radiatorsystemet slår på verkningsgraden så beräknade jag ett system som består av en Copeland ZH26 kompressor, en kondensor från Alfalaval CH51-40H, som fylls med så mycket köldmedium att vi har 2 K differans mellan VBin och utgående vätska till expansionsventilen, samt ett radiatorsystem. Radiatorsystemet temperaturer beräknades så att effekten är konstant på raddarna i alla tre driftfall nedan:

DT4 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 42,3 °C
VBut 46,3 °C
Kondensering dew 49,2 °C
Vätsketemp 44,3 °C
Värmeeffekt kompressor 9,9 kW
COP 3,71

DT8 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 40,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 50,1°C
Vätsketemp 42,5 °C
Värmeeffekt kompressor 10,1 kW
COP 3,71

DT12 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 38,8 °C
VBut 50,8 °C
Kondensering dew 51,5°C
Vätsketemp 40,8 °C
Värmeeffekt kompressor 10,25 kW
COP 3,68

normalt är det väl att man dimensionerar växlaren så att vätsketempen är samma som VB in . annars är det en för liten växlare så att systemet ej går optimalt.

är effekten konstant på raddarna så borde väl tillförd energi vara konstant antar jag, hur kan då värmeeffekten från kompressorn vara olika ?

Vätsketempen på köldmediet kan inte kylas till samma temperatur som VBin eftersom det måste finnas en temperaturdifferans som driver energitransporten mellan medierna, det krävs en temperaturdifferans i växlaren för att få ett energiflöde från köldmedie till värmebäraren, tyvärr. Så 2 K differans är i verkligheten ganska bra.

Du såg den lilla förenklingen jag gjorde för att minska passningsräkningen en del i balanseringen radiatorer-kondensor-kompressor. Jag räknade inte om radiatortemperaturerna efter den verkliga kondensoreffekten. DT8K är rätt räknat, effekten vid DT12 är 1,5 % högre och trycker upp radiatortemperaturerna några tiondelar, vilket sänker COP med någon hundradel. Alltså raddarna är räknat med konstant effekt, men effekten på kompressorn varierar någon procent.

PerJ

[PerJ]

DT8 K på radiatorsystemet ger följande data
VBin 40,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 50,1°C
Vätsketemp 42,5 °C
Värmeeffekt kompressor 10,1 kW
COP 3,71


Som vi ser så skiljer inte effekter och COP särskilt mycket beroende på vilket DT man har på radiatorkretsen. Det som sedan tillkommer är cirkulationspumpens energiförbrukningen på varma sidan som kraftigt stiger vid låga DT och som sänker anläggningens totala COP.

PerJ

Vad händer med COP om VBin går rakt in i en acktank och kompressorn måste arbeta med nya VBin, nu från ack, på t.ex 44,5 °C. i stället för 40,5 °C (framledning ut från ack samma som VBut förut) Effekt till raddarna skall vara samma som förut.

Om man räknar på samma kondensor/kompressor får man följande data

VBin 44,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 51,6°C
Vätsketemp 46,5 °C
Värmeeffekt kompressor 9,8 kW
COP 3,51

I detta fall blir underkylningen endast 0,5 K.

Samma sak kan man få i ett system där enstaka radiatorer "kortsluter" och höjer returen. Men vi pratar om en ökning av energiförbrukningen om ca 5%

Har man ntern-extern cirkulationspump så bör inte flödet genom VP vara allt för mycket högre än flödet över radiatorerna.

Har man acktank med cirkpump över radarna och cirkpump över VP så bör de köras på ungefär samma DT för bäst funktion.

PerJ

[tracker]

OK, men hur jag än mäter på min pump så är vb in samma som vätesketemp ut, jaa sånär som på ngn tiondel kanske.
hur kan det komma sig ?

[Avensis]

Vad händer med COP om VBin går rakt in i en acktank och kompressorn måste arbeta med nya VBin, nu från ack, på t.ex 44,5 °C. i stället för 40,5 °C (framledning ut från ack samma som VBut förut) Effekt till raddarna skall vara samma som förut.

Om man räknar på samma kondensor/kompressor får man följande data

VBin 44,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 51,6°C
Vätsketemp 46,5 °C
Värmeeffekt kompressor 9,8 kW
COP 3,51

I detta fall blir underkylningen endast 0,5 K.

Samma sak kan man få i ett system där enstaka radiatorer "kortsluter" och höjer returen. Men vi pratar om en ökning av energiförbrukningen om ca 5%

Har man ntern-extern cirkulationspump så bör inte flödet genom VP vara allt för mycket högre än flödet över radiatorerna.

Har man acktank med cirkpump över radarna och cirkpump över VP så bör de köras på ungefär samma DT för bäst funktion.

PerJ

Tack för svaret.
Jag vill försämra ytligare.

Det visar sig att VBut till ack måste vara 52,5 °C för att en framledningstemp på 48,5 skall shuntas ut från den samma ack. Vad blir då COP med VBin 44,5 och VBut 52,5?

[PerJ]

OK, men hur jag än mäter på min pump så är vb in samma som vätesketemp ut, jaa sånär som på ngn tiondel kanske.
hur kan det komma sig ?

Hur närma 0 K man i verkligheten kommer är en ekonomisk/dimensioneringsfråga. Ju närmare 0 K i temperaturdifferans desto bättre.

Sen har man det där problemt att mäta temperatur noggrant, tex i detta fallet mäter vi temperaturendifferansen mellan två mätpunkter. Skulle man ha 0,5 K fel åt varsit håll så kommer man i verkligheten ha 1 K underkylning trots att man mater 0 K.

Men som sagt ju närmare 0 K desto bättre...

PerJ

[PerJ]

Vad händer med COP om VBin går rakt in i en acktank och kompressorn måste arbeta med nya VBin, nu från ack, på t.ex 44,5 °C. i stället för 40,5 °C (framledning ut från ack samma som VBut förut) Effekt till raddarna skall vara samma som förut.

Om man räknar på samma kondensor/kompressor får man följande data

VBin 44,5 °C
VBut 48,5 °C
Kondensering dew 51,6°C
Vätsketemp 46,5 °C
Värmeeffekt kompressor 9,8 kW
COP 3,51

I detta fall blir underkylningen endast 0,5 K.

Samma sak kan man få i ett system där enstaka radiatorer "kortsluter" och höjer returen. Men vi pratar om en ökning av energiförbrukningen om ca 5%

Har man ntern-extern cirkulationspump så bör inte flödet genom VP vara allt för mycket högre än flödet över radiatorerna.

Har man acktank med cirkpump över radarna och cirkpump över VP så bör de köras på ungefär samma DT för bäst funktion.

PerJ

Tack för svaret.
Jag vill försämra ytligare.

Det visar sig att VBut till ack måste vara 52,5 °C för att en framledningstemp på 48,5 skall shuntas ut från den samma ack. Vad blir då COP med VBin 44,5 och VBut 52,5?

Om man räknar på samma kondensor/kompressor får man följande data

VBin 44,5 °C
VBut 52,5 °C
Kondensering dew 54°C
Vätsketemp 46,5 °C
Värmeeffekt kompressor 9,9 kW
COP 3,38

I detta fall blir underkylningen 3 K.

Men nu är det något fel i anläggningen, man ska inte tappa temperatur mellan värmepumpen och framledningen till radiatorerna...

PerJ

[tracker]

jaa, visst är det svårt att mäta så ett visst mätfel blir det ju.

[Avensis]

COP 3,38

I detta fall blir underkylningen 3 K.

Men nu är det något fel i anläggningen, man ska inte tappa temperatur mellan värmepumpen och framledningen till radiatorerna...

PerJ

Inget fel inte. Bara hur en CTC med shunt fungerar i mitt system: 
Kallt returvatten går direkt in i den varma ack'en. Inte till VP:an. Delta T är 8°
Pumpen tar utblandad vatten från ack'en.  in_temp är högare än vad den kunde varit.
Pumpen värmer vattnet 8 grader och ger det tillbaks till acken.
Vattnet i acken värms upp till 4-5 grader högre än framledningen.
Shunten shuntar ut rätt framledning ved att inblanda kallt returvatten efter behov.

Jag har tidigare skrivit om att modifiera mitt VP-system då jag menade att COP försämras onödigt. Du har visat mej hur mycket det här påvärkar COP och man måste vara väldigt lite upptagen av optimering för att inte göra förbättringar.

Med några enkla modifieringar kan jag i teorin förbättra COP med nästan 10%. 10% är väldigt mycket.

Tack för det teoretiska.
Dom praktiska grejerna kommer att göras till sommaren.

Avensis

[Castrol]

Detta var en av de mer intresanta diskussioner som jag läst på detta forum.

Per J har jag tolkat dig rätt:

1 Rekomendationen att hålla en dT på 7-8 ºC på vb sidan har inget med högsta COP att göra. Enligt dina uträkningar får du ju bättre COP med lägre deltaT.

2 Fullständig kondensering sällan är ett problem, regleringen i vp ser till att hålla rätt över & undertryck för optimal över och underkylning utifrån temp på vb och kb.