Pompa di calore acqua sanitario R134a autocostruita

[PierGSi]

Ciao,

sto costruendo una pompa di calore a scopo sperimentale, lo scambio gas-acqua avviene tramite serpentina di rame diam 8mm spessore 1mm (10 metri totali, indicativamente) avvolta stretta in modo da entrare attraverso la flangia di un boiler 80 litri originariamente elettrico.

Il compressore (6cc inverter con campo di modulazione da 1600 a 4500 rpm) è posto in basso, il vapore attraverso una linea da 8 mm lunga circa 3 metri raggiunge il boiler posto ad una altezza di 2 m, percorre la serpentina immersa in acqua entrando in alto ed il liquido condensato (si spera) esce dal basso attraverso un tubo di diametro 6mm per tornare al ricevitore, passa quindi in uno scambiatore con l'altro lato in controcorrente tra evaporatore ed aspirazione del compressore quindi elettrovalvola, valvola di espansione termostatica e scambiatore ad aria interno per estate ed esterno per inverno (ciascuno ha una propria valvola solenoide e termostatica, l'esterno vorrei provare a sbrinarlo con il gas caldo).

Tra scambiatore ed aspirazione c'è una piccola "capacità" per far evaporare eventuale liquido residuo.

Son riuscito ad alloggiare anche l'originale anodo di magnesio a protezione della serpentina, pensavo di (sempre se il tutto funziona in maniera accettabile) ispezionarlo dopo un anno di servizio.

Mi chiedevo se, pur coibentando la linea di mandata, ci sia il rischio di iniziare a condensare prima di arrivare allo scambiatore immerso in acqua e, visto che vorrei sbrinare a gas, se servano accorgimenti tipo una valvola di non ritorno tra scarico compressore ed ingresso del condensatore (che è molto più in alto, tra parentesi).

 

Grazie,

Pier.

[Alessio Menditto]

A che temperatura pensi arrivi l’acqua?

E in quanto tempo ?

Modificato: 26 giugno 2022 da Alessio Menditto

[PierGSi]

44 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

A che temperatura pensi arrivi l’acqua?

E in quanto tempo ?

Mi andrebbe bene raggiungere 55 gradi nella parte alta, partendo da 25 gradi, in 5-6 ore. In che problematiche potrei incorrere?

 

Grazie,

Pier.

[Alessio Menditto]

Tu devi ragionare come fosse elettrica, nel senso: un boiler da 80 litri, attaccato ad una resistenza elettrica di (esempio) 1500 watt, quanto ci mette a scaldare 80 litri da 25 a 55 gradi?

Non lo so, però so che il tuo compressore, se va bene, sono 150/200 watt, diciamo 7 volte meno della resistenza elettrica.

Quindi, purtroppo, se i conti devono tornare, e devono tornare, la tua pdc (al netto di tutto) sicuramente ci mette 7 volte in più della resistenza elettrica, non si sfugge altrimenti il bilancio dell energia non torna, per non parlare poi che appena prelevi acqua calda, ne entra della fredda e ti manca sempre la potenza per cercare di scaldare quella che entra.

A questo 1/7 della potenza della tua pompa, paragonata sempre al boiler elettrico, puoi aggiungere la quota parte del calore recuperato dal ciclo frigorifero, che è una miseria.

Modificato: 26 giugno 2022 da Alessio Menditto

[PierGSi]

Ciao,

 

metto il datasheet del compressore COMPRESSORE , quel che mi perplime in realtà è lo scambio termico effettivo della serpentina in considerazione delle spire abbastanza vicine per mancanza di spazio, la posizione della stessa che raggiunge almeno 3/4 di altezza dove l'acqua è più calda e gli effetti dati da incrostazioni che sicuramente si verificheranno nel corso del tempo.

Non vorrei essere costretto, per restare nel limite di condensazione indicato nel diagramma di inviluppo, a lavorare spesso in prossimità del regime minimo o peggio dover parzializzare le ventole evaporatore per abbassare la resa (rischiando anche di creare problemi di stabilità alla valvola termostatica).

Sono altresì curioso di vedere la temperatura di aspirazione, visto lo scambiatore. 

Il tempo di 5-6 ore per 30°C di delta T se non ho sbagliato qualcosa dovrebbe essere pessimistico, calcolato con 25°C ambiente ed il compressore alla minima capacità.

 

 

[Alessio Menditto]

9 minuti fa, PierGSi ha scritto:

per restare nel limite di condensazione

Ma quale sarebbe questo limite?

[PierGSi]

21 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Ma quale sarebbe questo limite?

+65C condensazione, poi lo scarico (trovo ragionevole stare max 100-110°C) ed aspirazione max 30°C.

 

[Alessio Menditto]

47 minuti fa, PierGSi ha scritto:

per abbassare la resa

Beh intanto ci devi arrivare a 65 gradi, partendo da 25, nell’intervallo 25/35 il sistema rende poco di suo perché condensa troppo basso, da 40 a 55 sarà il momento migliore, da 55 in su comincia a soffrire.

 

Il fatto è che 80 litri sono tanti per un motorino da 200 watt…sei sempre sotto di 1/6, 1/7 della potenza che avrebbe il boiler originale.

[PierGSi]

15 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Beh intanto ci devi arrivare a 65 gradi, partendo da 25, nell’intervallo 25/35 il sistema rende poco di suo perché condensa troppo basso, da 40 a 55 sarà il momento migliore, da 55 in su comincia a soffrire.

 

Il fatto è che 80 litri sono tanti per un motorino da 200 watt…sei sempre sotto di 1/6, 1/7 della potenza che avrebbe il boiler originale.

 

Finisco la parte elettronica, poi mancano da saldare un paio di tubi, vuoto e carica.

Entro un paio di settimane spero di riuscire ad iniziare i test e faccio sapere SE e come funziona il tutto.

 

Ciaoo

 

 

[Alessio Menditto]

Tienici informati, se con un assorbimento di 200 watt scaldi 80 litri anche solo lontanamente simile ad un assorbimento di 1500, possiamo proporre il tuo marchingegno per il Nobel della fisica !

[PierGSi]

Il 26/6/2022 alle 16:31 , Alessio Menditto ha scritto:

Tienici informati, se con un assorbimento di 200 watt scaldi 80 litri anche solo lontanamente simile ad un assorbimento di 1500, possiamo proporre il tuo marchingegno per il Nobel della fisica !

1500W non so da dove sia uscito. Per la cronaca, la resistenza originariamente installata è da 1200W ma si tratta di un dato a mio avviso poco importante ai fini della discussione.

L'obiettivo è di fatto riassunto nella riga sotto

 

"Mi andrebbe bene raggiungere 55 gradi nella parte alta, partendo da 25 gradi, in 5-6 ore"

 

Per tale prestazione è sufficiente una potenza  più contenuta, ma a prescindere da questo trovo miope e poco costruttivo parlare esclusivamente di potenza elettrica assorbita su una macchina frigorifera, senza conoscerne il contesto operativo per giunta.

 

Ciao,
Pier.

[Alessio Menditto]

Perché il frigorifero, come il boiler elettrico, semplicemente è attaccato alla rete elettrica, e quando entrambi si accendono assorbono corrente, e consumano watt elettrici , tutto qui.

 

Ed entrambi (nel tuo caso usando il frigorifero al contrario, ma sempre frigorifero è) producono calore, che nel tuo caso devono portare 80 litri di acqua da 22 a 55 gradi.

Se io sto nel quadro elettrico dei contatori, quando tu userai o il boiler o il tuo frigorifero al contrario, io vedrò SOLO un assorbimento, o di 1200 watt puri consumati dal boiler, o di circa 200 watt consumati dalla pdc, siamo d’accordo fino a qui?, altrimenti è inutile proseguire.

 

Se siamo d’accordo, la differenza è che al netto dei watt elettrici assorbiti, il frigorifero POMPA il calore latente dell’aria e LO SOMMA ai watt elettrici ( è questo il guadagno termico che una pdc ha SEMPRE nei confronti di una resistenza elettrica), la mia perplessità ( e ripeto sarei felicissimo di sbagliare!!!) è che per ottenere lo stesso lavoro di 1200 watt elettrici nella stessa unità di tempo, a te mancano 1000 watt di calore latente NON elettrico, e se posso esprimere il mio parere, mi sembra un po’ difficile che li ottieni.

 

Questo dovevo per spiegare il paragone elettrico, anche e soprattutto per chi legge, poi tu hai anticipato che a te va bene ottenere questo risultato in 5 o sei ore, e allora i conti tornano, e però se tornano dove è la novità da una qualsiasi pdc che già c’è ?

 

Se invece tu vuoi solo fare un esperimento, fai benissimo a farlo, ma siccome mi sembrava volessi confrontarti, io ho sollevato obiezioni tecniche (ne avrei altre sullo scambiatore ma evito), se invece vuoi fare solo un elenco di cose che fai e non ti interessano le obiezioni, non dico più niente.

[PierGSi]

Il 28/6/2022 alle 03:32 , Alessio Menditto ha scritto:

 

Se io sto nel quadro elettrico dei contatori, quando tu userai o il boiler o il tuo frigorifero al contrario, io vedrò SOLO un assorbimento, o di 1200 watt puri consumati dal boiler, o di circa 200 watt consumati dalla pdc, siamo d’accordo fino a qui?, altrimenti è inutile proseguire.

 

Se siamo d’accordo, la differenza è che al netto dei watt elettrici assorbiti, il frigorifero POMPA il calore latente dell’aria e LO SOMMA ai watt elettrici ( è questo il guadagno termico che una pdc ha SEMPRE nei confronti di una resistenza elettrica), la mia perplessità ( e ripeto sarei felicissimo di sbagliare!!!) è che per ottenere lo stesso lavoro di 1200 watt elettrici nella stessa unità di tempo, a te mancano 1000 watt di calore latente NON elettrico, e se posso esprimere il mio parere, mi sembra un po’ difficile che li ottieni.

 

Direi che ottenere 1200W termici lato condensante è di fatto impossibile con le superfici di scambio e componenti scelti. Questo a prescindere dal compressore, a meno di accettare il cop di una resistenza :)) 

 

Il 28/6/2022 alle 03:32 , Alessio Menditto ha scritto:

 

Questo dovevo per spiegare il paragone elettrico, anche e soprattutto per chi legge, poi tu hai anticipato che a te va bene ottenere questo risultato in 5 o sei ore, e allora i conti tornano, e però se tornano dove è la novità da una qualsiasi pdc che già c’è ?

 

Se invece tu vuoi solo fare un esperimento, fai benissimo a farlo, ma siccome mi sembrava volessi confrontarti, io ho sollevato obiezioni tecniche (ne avrei altre sullo scambiatore ma evito), se invece vuoi fare solo un elenco di cose che fai e non ti interessano le obiezioni, non dico più niente.

 

Il progetto è nato, innanzitutto a scopo sperimentale, e poi per sfruttare energia elettrica "surplus" prodotta da fotovoltaico, disponibile nell'arco della giornata, che altrimenti verrebbe sprecata. Non pretendo 1000W termici con -10 esterni, a fianco ci sono caldaia a gas + valvola a tre vie.

 

Le obiezioni sono più che gradite, purchè non basate su presupposti...che non ci sono, o congetture.

 

Ciao,
Pier.

Modificato: 1 luglio 2022 da PierGSi

[Alessio Menditto]

Beh certo, e fai benissimo a sperimentare, le mie obiezioni erano pratiche appunto sulle potenze in gioco, ma forse ti era sfuggito che nelle tue considerazioni il range di lavoro del frigorifero è da 40 a 55 gradi circa, da 22 a circa 40 gradi di temperatura acqua, i tempi si allungano perché la termostatica non è alimentata a sufficienza perché la pressione è troppo bassa.

[PierGSi]

31 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Beh certo, e fai benissimo a sperimentare, le mie obiezioni erano pratiche appunto sulle potenze in gioco, ma forse ti era sfuggito che nelle tue considerazioni il range di lavoro del frigorifero è da 40 a 55 gradi circa, da 22 a circa 40 gradi di temperatura acqua, i tempi si allungano perché la termostatica non è alimentata a sufficienza perché la pressione è troppo bassa.

 

Si, il problema potrebbe essere reale anche se, in verità stando alle specifiche Danfoss, la T2 range -10/+40 garantisce oltre l'80% di capacità a +25 di condensazione e tra -10 e +10 di evaporazione. Quindi, in teoria, con l'orificio scelto ( 00 ) ci sto dentro senza problemi. Temo casomai all'opposto difficolta di trovare un punto di lavoro stabile con il compressore a giri ridotti che mi porterebbero ad adottare uno 0X.

Se proprio dovesse essere ingestibile l'accoppiata valvola meccanica/condensazione a bassa temperatura/compressore a velocità variabile nessuno vieta, vista la natura sperimentale ed ovviamente senza alcuna fretta, di provare anche con una valvola stepper. I trasduttori di pressione e temp. gas surriscaldato sono già previsti e montati.

 

 

Modificato: 1 luglio 2022 da PierGSi

[Alessio Menditto]

23 minuti fa, PierGSi ha scritto:

con il compressore a giri ridotti che mi porterebbero ad adottare uno 0X.

Io però, non volermene, non capisco perché dovrebbe andare a giri ridotti, quello che a me sfugge ma forse ho capito male io e chiedo scusa, è se per te la variabile tempo è ininfluente.

Cioè tu hai 80 litri di acqua a 22 gradi che devi scaldare, già parti basso di condensazione, poi per avvicinarti un po’ (giusto per avere un paragone) al boiler originale, ti mancano 1200 watt minimo, che in buona parte saranno forniti all acqua col calore elettrico degli avvolgimenti del compressore, che più è meglio è, ma se va al minimo neanche questo calore hai.

Potrá modulare verso la fine ma qui tu avrai sempre bisogno di tutta potenza altrimenti i tempi si allungano sempre di più.

Modificato: 1 luglio 2022 da Alessio Menditto

[PierGSi]

10 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Io però, non volermene, non capisco perché dovrebbe andare a giri ridotti, quello che a me sfugge ma forse ho capito male io e chiedo scusa, è se per te la variabile tempo è ininfluente.

Cioè tu hai 80 litri di acqua a 22 gradi che devi scaldare, già parti basso di condensazione, poi per avvicinarti un po’ (giusto per avere un paragone) al boiler originale, ti mancano 1200 watt minimo, che in buona parte saranno forniti all acqua col calore elettrico degli avvolgimenti del compressore, che più è meglio è, ma se va al minimo neanche questo calore hai.

Potrá modulare verso la fine ma qui tu avrai sempre bisogno di tutta potenza altrimenti i tempi si allungano sempre di più.

 

 

Il sistema nasce per convertire in calore energia elettrica fotovoltaica che altrimenti verrebbe sprecata, non possiamo conoscere quanto sia il surplus e da qui la necessità di modulare. Potrei avere a disposizione anche solo 100W. Se ne avanzano a sufficienza, o se ho fretta, andrà al massimo.

 

Ma oltre a questo, con T di condensazione basse, in teoria (e ci tengo a trovare riscontro in questo), l'aumento di COP dovrebbe compensare, non completamente ma in parte, il minor calore "elettrico e meccanico" prodotto. Più velocità compressore fa aumentare capacità, rapporto di compressione e peggiora il rendimento isoentropico. T

 

[Alessio Menditto]

Ma il frigorifero mette insieme tante contraddizioni, il rendimento del compressore diminuisce all aumentare della differenza di pressione alta /bassa, la termostatica al contrario aumenta il suo rendimento quando tra ingresso e uscita c’è tanta differenza, il bilancio dei rendimenti è molto complicato con queste contraddizioni, per quello io semplificavo ponendo come fine scaldare acqua da 22 a 55 nel più breve tempo possibile.

[PierGSi]

Approfittando di un ritaglio di tempo ho completato l'impianto, fatto vuoto e messo il gas. Nei primi 10 min di funzionamento ho perfezionato la carica fino ad avere la spia piena, il quantitativo di 500g è coerente con le dimensioni dell'impianto ed il volume del ricevitore. Il gruppo ha aumentato la temp. dell'accumulo da 28 a 46 gradi in 2 ore con il compressore a velocità decrescente per mantenere l'assorbimento, che naturalmente aumenta con la temp. di condensazione, entro i 200-250W. 

Lo scambiatore rigenerativo garantisce un notevole sottoraffreddamento, la temp di aspirazione del compressore, lo scarico ed il carter rientrano nei limiti, da vedere cosa succede condensando a +65°C ed evaporando a -10°C.

Unica nota stonata, il compressore a caldo riparte solo cortocircuitando aspirazione e scarico, ma del resto è un Low Starting Torque concepito per capillare....

Pensavo di aprire per una decina di secondi la solenoide di sbrinamento, e solo in seguito comandarne l'avviamento.

 

 

			[°C]
ORA	W IN	MODULAZ COMPRES (1-9)	ACQUA	SCARICO	ASPIRAZ	LIQUIDO ALIMENT. VALVOLA ESP	EVAP1	EVAP 2	LIQUIDO USCITA CONDENSATORE	SCATOLA COMPRESS	BASSA PRESSIONE	USCITA EVAP1	USCITA EVAP 2	ALTA PRESSIONE
17:55	100	1	28
18:17	~220	5	30	60	26	32	19	-	39	45	9	15	-	41
18:55	~230	4	37	69	29	35	18	-	43	56	10	17	-	46
19:55	~210	3	46	77	32	40	18	-	50	63	12	18	-	53
Energia elettrica assorbita			440 Wh	(220W)
Energia termica			1600 Wh(800W)

[click0]

visto che hai un accumulo, magari temperatura acqua in tre valori ? (alta, media, bassa posizione)

 

PS non vorrei sbagliare, (ottimo esercizio), ma il condensatore è realizzato doppia parete?

[PierGSi]

5 ore fa, click0 ha scritto:

visto che hai un accumulo, magari temperatura acqua in tre valori ? (alta, media, bassa posizione)

 

PS non vorrei sbagliare, (ottimo esercizio), ma il condensatore è realizzato doppia parete?

 

Non saprei come inserire altri sensori, già così è stato difficile. La sonda è indicativamente tra 1/3 e metà altezza, in un tubo di rame che entra dalla flangia sotto.

Il condensatore è un semplice tubo di rame spessore 1 mm, intendo ispezionarlo tra qualche tempo per capire se interessato da fenomeni di corrosione.

[click0]

magari quando è velato di calcare ?!

[PierGSi]

Il 3/7/2022 alle 19:02 , click0 ha scritto:

magari quando è velato di calcare ?!

 

Boh, c'è un dosatore di polifosfati in ingresso alla rete. Sono curioso di vedere se la serpentina si corrode/incrosta.

 

Al momento va bene comunque, ho implementato un firmware ON-OFF termostato con isteresi molto basilare che abilita durante i periodi di produzione solare il termostato ed accende, al bisogno, il compressore al minimo e  le ventole a velocità moderata per tenere l'evaporazione sui 13°C.

Per l'avviamento mette in corto scarico ed aspirazione (attraverso lo scambiatore) per  10 secondi, quindi apre la solenoide linea liquido e comanda l'avviamento alla frequenza richiesta. Dopo altri 5 secondi il bypass si chiude ed inizia il ciclo frigorifero.

 

Funziona egregiamente, stamattina in 1 ora ha ripristinato da 47°C a 54°C assorbendo 200/220W comprese ventole, adesso dopo una doccia la temperatura è a 51°C. Mi preoccupa un po' la temperatura di aspirazione che, per via dello scambiatore, è 35+ °C con acqua a 55°C. Ma lo scarico si mantiene entro i 90°C e la cassa del compressore sotto i 60°C, avvolgimenti ed olio non dovrebbero soffrire.

 

Piuttosto, devo dare un giro di materassino isolante al boiler in quanto pessimo, disperde troppo già con queste temperature ambiente elevate.

 

[mrgianfranco]

Il 1/7/2022 alle 18:31 , PierGSi ha scritto:

Il progetto è nato, innanzitutto a scopo sperimentale, e poi per sfruttare energia elettrica "surplus" prodotta da fotovoltaico

Chi meglio della resistenza di un boiler può aiutare qualcuno a estinguere ogni tipo di surplus di energia!sarà che son un tipo semplice e le cose stile frigorifero di Doc. Emmett Brown non le concepisco granchè bene tuttavia potresti recuperare l 'energia persa con un bel accumulo FV

[PierGSi]

Il 5/7/2022 alle 12:53 , mrgianfranco ha scritto:

Chi meglio della resistenza di un boiler può aiutare qualcuno a estinguere ogni tipo di surplus di energia!sarà che son un tipo semplice e le cose stile frigorifero di Doc. Emmett Brown non le concepisco granchè bene tuttavia potresti recuperare l 'energia persa con un bel accumulo FV

In verità, ho tutte e tre le cose 😋