Ämne: Bygga frekvensstyrd (inverter) bergvärmepump ?

[cyber]

HEJ !

Jag ska bygga en frekvensstyrd bergvärmepump som "expriment pump" / komplement om Niben går sönder.
Jag har en nästan ny Copeland ZR40. Denna tänkte jag köra med en Danfoss frekvensomriktare.

Någon som testat detta förut: Har några funderingar.

Vad ska man ha för expansionsventil (elektronisk blir det nog INTE nu)
Hur "sakta" vågar man köra kompressorn för att klara smörning samt oljeåterföring ?

Klarar en scroll att pumpa effektivt även om varvtalet sjuker lite ?
Tanken var aat prova att köra 60-100 % varvtal. Möjligen väljer jag R134a eftersom det har högre gashastighetet, effekten räcker för mig ändå. Möjligen ger R134a sämre COP.

Någon som har erfarenhet eller teorier ?

/Cyber

[ORAKLET]

134 ger dig högre cop inte lägre    Kör på 134, det skulle jag gjort direkt,  ingen hög hetgas och när du gjort bort dig och fått ett läckage kan du ju bara fylla på 

[xxargs]

Tänk om man hade grejor att experimentera med som du...

Är det måttliga mängder så hade jag varit bra sugen på att prova DME (dimetyleter) - den har en teoretisk COP som överstiger R12, arbetstryck något under R134a men ändå ger samma kapacitet som R134a vid samma deplacement på kompressorn (DME har högre förångningsvärme än R134a), vid läcka så kan det blåsa på till 3.7% i luft innan LEL - vilket är lite bättre än 2.1% för propan och energivärde och brännbeteende som metanol - ca 50% lägre än propan räknat på vikt.

det svåraste för privatperson är att få tag på ren DME, sedan måste man kolla hur det vill blanda sig med oljor. Troligen går det bra med samma oljor som för R134a - R410A då alla dessa köldmedie är en smula polära (och är hygroskopiska) och kräver smörjoljor som också är en smula polära som AB, POE oljor för att vilja blanda sig (och också därför inte vill blanda sig med opolär mineralolja)

som VP-oraklet skriver så har R134a den bästa teoretiska COP av alla dagens tillåtna HCF-kölmedier - endast R12 överträffar R134a när det gäller syntetiska köldmedier.
 
DME och R134a blandar sig utmärk med varandra och den blandningen används i stor utsträckning i CRC produkter som kylspray och tryckluft på burk och blandningen är ej brännbar då R134a agera som brandsläckningsmedel (samma roll som R125 har i R410A för att kunna sälja köldmediet som obrännbar då R32 som gör den egentliga kyljobbet är väldigt brännbar - R125 är urursel termodynamisk och drar ned hela blandningen teoretiska COP till den sämsta av alla dagens tillåtna köldmedier.)

När det gäller expansionsventil måste du troligen välja en som är avsedd för R134a då gasen i temperaturbulben som skall sättas på utgången från evaporatorn måste vara i något så när samma trycknivå som köldmediet. Du kanske får titta på expansionsventiler avsedda för bil-AC... annars kanske en servostyrd/stegmotorstyrd kran som exp.v och termistor på utgången av evaporatorn och en PID alternativt en PIC med mjukvara för jobbet.



 



 

[cyber]

Nice, jag förstår inte varför Ni påstår att R134a har högre COP än R407C. Att det klarar högre temperturer är jag införstådd med tack vare lägre hetgastemperaturer. Högra tryck ska det ju tydligen vara på gasen om det ska ge höga COP och då är väl R410a bäst. Däremot gillar jag INTE glid köldmedier. Då går det ju som sagt inte fylla på med bra resultat om det försvinner lite.

Ingen värmepumpstillverkare kör ju med R134a i vanliga standard maskiner för bergvärm ju, möjlöigen med något undantag.

/Cyber

[ORAKLET]

R134a har högre cop så är det.  Ingen har det i BVP för det kräver större kompressor för samma effekt än R407c.  Tillverkarna tänker bara på deg och sparar in här

[cyber]

Oki, det är ju gött. Jag trodde nämligen att det bara var "högtrycksköldmedier" ex. RA410a som kunde prestera bra COP med befintliga kompressorer. Men då spikar jag det att det får bli R134a, min kompressor är ju dessutom ca 30% för stor så det kan ju passa bra. Vill ju hålla ner effekten på maskinen för att få rejäla gångtider.   R134a är ju enligt mitt tycke o smak det enda riktiga köldmediet och inget "blask" av flera olika sorter som kan läcka ut i olika blandningar.

Förgan återstår bara hur mycket man vågar varva ner utan att få olja stående i systemet samt dålig smörjning av kompressorn (scroll). Jag ämnar använda en bärrte beg. standard scroll ZR40K3E.

/cyber

[ORAKLET]

Där kan jag tyvärr inte bidra med ngt alls min gode vän   inte en susning faktiskt, ON/OFF med tank

[xxargs]

Hmm, ZR40K3E-TFD  har 3.309 kubiktum, vilket blir 54.08 cc om jag räknat rätt - varvtal 50 Hz * 0.05408 liter per varv * 3600 =  9.73 m^3 i timmen - räknar man med att 80% av displacementet är aktivt så hamnar vi på 7.78 m^3 i timmen  och med detta insatt i coolpack med standardvärden (kompressorn isentropisk verkningsgrad 0.7) förutom att evaporatortemperaturen är satt 0 grader och kondenstemperaturen satt till +55 grader så får man värmeproduktion av 5.17 kW, upptagen elenergi 1.51kW och COP på 3.47, hetgas 75.7 grader C

ersätter man med R407C, så får man högre effekt men lägre COP , värme 7.61 kW, elström 2.34 kW och COP 3.33, hetgas 88.8 grader C
ersätter man med R290,  värme 7.04 kW, elström 2.094 kW och COP 3.43, hetgas 72.7 grader C
ersätter man med R290,  med hetgasväxlare med kondensatet med 60 % överföring för 100 grader hetgas så får man 7.38 kW värme, elström 2.111 kW, COP 3.56
ersätter man med R1270, värme 8.55 kW, elström 2.57 kW, COP 3.403 och hetgas 82.7 grader C
ersätter man med R404A, värme 7.99 kW, elström 2.674 kW, COP 3.048, hetgas, 73.9 grader C 
ersätter man (hypotetsikt) med R410A, värme 11.95 kW, elström 3.807 kW (motorn överlastad), COP 3.2 och hetgas 92.8 grader C
ersätter man (hypotetiskt) med R600a med 60% hetgasvärmeväxlare med kondensat, värme 2.87 kW, elström 0.793 kW, COP 3.725, hetgas 90 grader C.
ersätter man med DME (Dimetyleter), värme 5.23 kW, elström, 1.42 kW, COP 3.69, hetgas 86.4 grader C (approximativt uträknat - DME finns ej i coolpack)
ersätter man (hypotetiskt) med R32, värme 14,1 kW, elström 4,09 kW (motorn överlastad > 3 kW), COP 3.45, hetgas 124.5 grader C (approximativt uträknat - ren R32 finns ej i coolpack)
ersätter man med R12 (akademiskt), värme 5.185 kW, elström 1.483 kW, COP 3.572, hetgas 78.9 grader C
ersätter man med R22 (akademiskt), värme 8.429 kW, elström 2.456 kW, COP 3.511, hetgas 98,6 grader C



rangordning  högsta möjliga COP:  R600a, DME, R12, R290 med hetgasvärmeväxlare, R22, R134a, R32, R290 utan hetgasvärmeväxlare, R1270, R407C, R410A, R404A

rangordning högst kapacitet för given slagvolym:  R32, R410A, R1270, R22, R404A, R407C, R290 med hetgasvärmeväxlare, R290 utan hetgasvärmeväxlare, DME, R12, R134a, R600a 

Med DME skulle man kunna få COP ca 3.69 med i stort sett samma kapacitet som R134a (COP 3.47) medans med R410A får man COP 3.2 och med R404A bara COP 3.05

Nu kanske vän av ordning inte tycker att det är så stor skillnad på COP 3.05 (R404) och 3.69 (DME) att man behöver härja om COP, men skulle man köpa kyla så skulle COP bli 2.69 respektive 2.05 och den som betalar elräkningen för kyla kan nog inte undgå skillnaden att betala 31 % mer än som teoretiskt behövs (om man körde på DME) om man nu kör på R404 som köldmedie...

R32 ensamt skulle ge COP i klass med R134a, men har nackdelen att bli väldigt varm i kompressionen vid stora tryckdiff som 0-55 grader evap/kondensor temperaturer.

I det avseende möjlig COP kan man fundera på varför R410A och R404A fortfarande är tillåtet och inte straffskattas sönder då dessa förutom sämre potentiell 'verkningsgrad' också är riktiga fulingar rent GWP-mässigt med sin stora  innehåll av R125 (GWP 3400) och R143a (GWP 3900) då dessa är stabila och långlivade i atmosfären - R134a som används i bilar är ju snäll i jämförelse med dessa...

[cyber]

tack tack, för alla intresanta svar, men är R134a effektivt hela vägen eller bara teoretiskt i kompressorn.

Fungerar R134a bra i avseende på värmeöverföring i värmeväxlarna, eller blir dessa stora som "hus" om de skall bli effektiva ihop med R134a ?
När man tittar på COP och dimensionering måste ju hela värmepumpsaggregatet räknas med, inte bara teorin kring kompressionen.
Tanken är att använda 2 st befintliga värmeväxlare som arbetat med R407C och effekten ca 7,5 kw, går dessa bra öven till R134a denna gasen har säkert sämre värmeöverföringsegenskaper och gasflödet lär väl bli större vid samma givna effekt jämfört med R407c ?

/cyber

[xxargs]

För att få bra COP måste maskineriet omkring anpassas till gasen ifråga, och det blir alltid sämre resultat om man tvingar på R134a i ett 'trångt' system som är optimalt dimensionerat för R407C om värmeväxlaren är optimerad för just för R407C - tex. avseende transportflödena av suggasen - men är värmeväxlaren mer av generisk typstorlek och kanske en smula överdimensionerat redan från början så ger det förmodligen mindre skillnad...

Suggasen är förmodligen den delen som påverkas mest om det är onödiga strypningar medans kondensatmängden per tid är ungefär samma som R407C då den innehåller 52% R134a.

Med andra ord är den typen av frågor svårt att svara på utan att prova sig fram. värmeproduktionen med kompressorn är ju inte i samma klass med R134a som med R407C vilket gör att värmeväxlarna går med lägre effekt (~ 5kW) vilket gör att den egentligen är lite överdimensionerad ytmässigt sätt vid 5 kW och resultatet kanske är lika bra som när man körde R407C och 7.5 kW belastning.

Ett 'problem' är också kompressorns verkningsgrad då den förmodligen är optimal vid en viss motorbelastning och vid lättare belstning så kan motorn koppar och järnförluster bli lite större andel, men å andra sidan är läcktakten internt i kompressorn förmodligen betydligt mindre med R134a  då mindre absoluttryck ger mindre läckage i massa räknat vid tätytorna, samt lägre tryck ger lättare belastning på lagerytor mm. och lägre friktion i kompressorn.

 

[ace]

det minimala volymflödet du klarar med tanke på oljeåterföring är helt beroende på gashastighet (dimension rör och växlare),  förångningstemp(viskositet)  och förläggning rör (längder, horisontellt/vertikalt osv)
det varierar från system till system.

Jag vill varna för att prova en för stor kompressor i ett litet system...har sett allt för många anläggningar där motorströmmarna i stort sett är oförändrade ner till 40hz eller i olyckliga fall ännu lägre....och hetgaserna stiger vid varvtalssänkning  ..,,.---

i små anläggningar fungerar det alltid bättre med en för liten kompressor kopplad 230VAC som körs översynkront.

[lödläckan]

jag kör en ZR40 i en luft-vatten split med fast 50hz. Nu kör jag R407C. Har kört en vinter med R134a. Då fick jag sätta lågtryckpressostaten på undertryck för att inte få lågtryckutlösning, fick även spärra manuella återställningen, (automatisk återställning). Jag har sporlan exp.ventil med dysa 3 nu när jag kör 407 och justeringen i stort sätt fullt öppen. När jag körde 134 hade jag dysa 4och en termodel för R134a.

[xxargs]

Jag vill varna för att prova en för stor kompressor i ett litet system...har sett allt för många anläggningar där motorströmmarna i stort sett är oförändrade ner till 40hz eller i olyckliga fall ännu lägre....och hetgaserna stiger vid varvtalssänkning  ..,,.---

i små anläggningar fungerar det alltid bättre med en för liten kompressor kopplad 230VAC som körs översynkront.

Många missar på att bara för att man dragit ned på varvtalet så kan man inte minska på strömmen då strömmen bestämmer motorns momentförmåga och den behovet brukar inte minska med lägre varvtal utan snarare öka då momentpulsationen när kompressorn dras runt ökar vid lägre varvtal när den inte har lika mycket svänghjulshjälp av den roterande massa i kompressorn/motorn

med andra ord lika mycket koppar och järnförluster på mindre antal kolvslag och därmed mer extra värme per kolvslag pumpad gas => högre hetgastemperatur.

(sedan finns det idiotiska konstruktioner där hetgasen från kompressorn går in i elmotorn, som måste i sin tur hålla sig ett antal grader över hetgasen ur kompressorn innan den kan avge värme till köldmediet och höja den ytterligare några grader, och med tanke på att koppar har ca 30% högre resistans vid 90 grader gentemot rumstemperatur så ger designen knappast någon miljöpris... Dom flesta rotaykompressorer är byggda så...)

---

Skall man prova med 'för stor' kompressor så skall man göra det i samband med annan köldmedie med lägre tryck än vad kompressorn är byggd för - då kan man dra ned motorströmmen (lägre spänning över kompressorn) då man inte behöver lika mycket moment för att driva runt kompressorn och man får också spänningsmarginal om man vill köra på högre varvtal. Med köldmedie med lägre tryck så vill man gärna ha en del mer kompressorkapacitet volymmässigt - dock finns det gränser även där då mekaniska förluster i kompressorn stiger med högre varvtal och man får dynamiska förluster i gasflödena pga. pulsation, viskositet etc.
 

[cyber]

Spänningen ska ju följa frekvensen propotionellt vid "vanlig" frekvensreglering, då borde ju även strömmen sjunka. Pumpar man ex. halva mängden gas per tidsenhet (halva varvtalet) borde ju effekten oxo halveras och därmed värmeutvecklingen.. tänker jag galet ?? Givetvis blir det välk andra förluster hit och dit när man ändrar varvtalet, men strömningsförlusterna i kompressorn borde ju minska och därmet öka COP något.

Sen kan man ju fundera över om brinepump etc, oxo ska regleras ned vid varvtalsminskning på kompressorn. Man har ju mycket effekt att vinna på ett reducerat flöde i "vattenkretsen".

Nästa fundering i ordningen... Tål kompressorn frekvensreglering, ibland skapas ju "spök" strömmar i rotorn som äter upp lagren i förtid. Var ju vanligt i industrin när frekvensdrift sattes in. Hur det är idag vet jag inte. Vet bara att vissa fläktmotorer som frekvensregleras får lager fel vääldigt fort i vissa fall.

Nästa fundering: Jag har möjligheten att sätta 2 värmexäxlare i serie på kondensor / förångarsidan, skulle detta öka verkningsgreden eller bara ställa till med högre förluster i form av tryckfall ?
Växlarna är var för sig gjorda för "normal" bergvärme i 7KW storleken.

/cyber

[xxargs]

Spänningen ska ju följa frekvensen propotionellt vid "vanlig" frekvensreglering, då borde ju även strömmen sjunka. Pumpar man ex. halva mängden gas per tidsenhet (halva varvtalet) borde ju effekten oxo halveras och därmed värmeutvecklingen.. tänker jag galet ?? 

Det _här_ är komplicerat...

spänningen ökar vid högre varvtal men strömmen består om man önskar samma momentuttag.

sedan hänger inte ström och förbrukad effekt heller ihop utan beror också på fasvinkeln mellan ström och spänning, som i sin tur beror på momentbelastning och i sin tur ger cos(fi)-värdet.

Skall man kunna dra ned strömmen på en motor (för mindre kopparförluster) så måste kompressorn gå lättare och då får man möjligheten att sänka spänningen vid en given frekvens så att cos(fi) närmar sig 0.7 igen vid den lägre lasten (för lägre märklast vid lägre spänning och ström) - och gör man det på en R407C-kompressor så måste man byta till köldmedie med lägre tryck som R134a för att få en kompressor som förbrukar mindre moment.

Nästa fundering i ordningen... Tål kompressorn frekvensreglering, ibland skapas ju "spök" strömmar i rotorn som äter upp lagren i förtid. Var ju vanligt i industrin när frekvensdrift sattes in. Hur det är idag vet jag inte. Vet bara att vissa fläktmotorer som frekvensregleras får lager fel vääldigt fort i vissa fall.

Beror på hur ren spänning och ström frekvensomriktaren ger - är det sinusformat med låg övertonshalt så bör det inte ge lagerströmmar, är det frekvensomriktare med mer eller mindre upphackad fyrkantvåg så kan övertonerna på fyrkantvågen (själva flanken) kopplas kapacitivt från lindningen ut på kapslingen och hitta andra vägar i försöken att komma tillbaka till frekvensomriktaren via chassiestrukturer och skyddsjordar mm. och går lite av den strömmen via lagren så blir det snart gropar i lagerbanor och kulor. Minskas av en hårt kopplad balun (läs 3-fas avstörningsfilter) på ledarna till motorn, då magnetfältet i balunen ser till att det dras tillbaka lika många elektroner på dom andra faserna som trycks in av den första fasen så att inte några av dessa elektroner tar genvägen via motorkapslingen och jorden till frekvensomriktaren, då det är just den strömmen som raserar lager)

Nästa fundering: Jag har möjligheten att sätta 2 värmexäxlare i serie på kondensor / förångarsidan, skulle detta öka verkningsgreden eller bara ställa till med högre förluster i form av tryckfall ?
Växlarna är var för sig gjorda för "normal" bergvärme i 7KW storleken.

Med kompresson som du nämnde så kommer effektnivån ligga runt 5 kW med R134a istället för 7.5 kW med R407C så redan här har du fått en viss överdimmensionering. Skall man öka de aktiva ytan för större area för den högre gasvolymen per kWh för att bibehålla lågt tryckfall så skulle jag nog fundera på parallellkoppling - dock måste man fortfarande se till att gashastigheterna fortfarande är tillräckligt höga för att dra med sig oljan tillbaka till kompressorn...

Börja med en uppsättning, komplettera om du verkligen ser ett behov av detta.