IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Kun nyt foorumin IVLP-keskustelu näyttää siirtyvän yhä enemmän suorituskykyyn ja sen optimointiin lämmöntuotossa on hyvä valottaa asian ydinkysymystä, nimittäin IVLPin lauhduttimen toimintaperiaatetta. Ohessa on kaavakuva aiheesta ja tässä on lyhyt teksti mistä on kysymys aivan kaikissa markkinoiden IVLPeissä.

IVLPin lauhduttimessa on kaksi piiriä: kylmäainepiiri (R4xxx) ja vesipiiri. Tavoitteena on siirtää lämpöä kylmäaineen lauhtumisessa max määrä piiristä toiseen (ts punaisesta vihreään). Lämmönvaihtimen vastakkaiskierrolla taataan max siirtotehokkuus fyysisesti: punainen kiertää vihreää vastaan. Tämän jälkeen jokainen lämmönvaihdin toteuttaa sisäistä yleistä lämmönsiirtokaavaansa:

Q = U * A * LMTD

missä...

- Q on siirtyvä kokonaislämpömäärä
- U on fyysisen lämmönvaihtimen tehokkuuskerroin
- A on fyysisen lämmönvaihtimen kosketuspinta-ala kylmä- ja vesipiirin välillä
- LMTD on logaritmisesti painottava siirtoaineiden lämpötilan keskiarvo

Kun IVLP on ostettu ja pihalla puhaltamassa U- ja A-kohtiin ei voi enää vaikuttaa koska sen lauhditin on se mikä on. Sen toiminnassa enää vain LMTD voi muuttua, jonka sisältö tarkemmin on (vastakkaiskierrossa):

LMTD = [ (T1-t2) - (T2-t1) ] / ln[ (T1-t2) / (T2-t1) ]

missä T- ja t ovat lämpötiloja...

- T1 on kylmäainepiirin tuloputki
- T1 on kylmäainepiirin lähtöputki
- t1 on vesipiirin tuloputki
- t2 on vesipiirin lähtöputki

Jos LMTD:hen kokeilee vähän eri käytännön arvoja huomaat nopeasti, että se kasvaa sitä paremmin mitä kylmäainepiirin ja vesipiirin lämpötilan saa kauemmaksi toisistaan. Ts mitä korkeampi kuumakaasun tulolämpötila (T1) ja kylmempi veden tulolämpötila (t1) sitä enemmän lämpöä siirtyy piiristä toiseen.

Lämpökerroin (COP) taas käyttäytyy niin, että jos kuumakaasun tuloputken lämpötilaa (T1) aletaan nostaa, niin COP alkaa laskea: jokaiselle siirretylle lämpöyksikölle kirjoitetaan aina kalliimpi hintalappu eli sähköä palaa kompurassa enemmän mitä korkeampi T1 on.

Näiden ympäristötekijöiden summa on sitten se, että miten optimaalisesti IVLP käytännössä lämpöä siirtää vesimassaan lauhduttimensa kautta.

Itse fyysisistä lämmönvaihtimista markkinoilla voi sen verran tarkentaa, että levylämmönvaihtimissa yleensä on korkeampi hyötysuhde (sekä U * A ettö LMTD) kuin kuparisissa kierreputkirakenteissa: lämmönsiirron kosketuspinta-ala maksimoituu kylmäaineen ja vesipiirin välissä paremmin.

Toivottavasti, tämä selventää kaikkien virittelijöiden ajatuksia edes hiukan...

ps: kaikille CoolPack:n ystäville - edellisen kaavan U = k ja LMTD = dT ko mallinnussoftan lämmönvaihtimen mitoituksessa kuten Teukan kertomuksistakin voit todeta.


Lähde:
* http://en.wikipedia.org/wiki/Log_mean_temperature_difference

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Heitänpä nyt tähänkin saman, minkä Teukan projektiinkin kirjoitin.

Eli miten oleellista on tavalla tai toisella varmistaa, ettei kylmäaine karkaa liian aikaisin T2-putkea pitkin ulos vaihtimesta? Kannattaako paluuputki vetää jyrkästi ylös liitännän jälkeen vai olisiko peräti paras kääntää koko vaihdin ylösalaisin tai vähintäänkin kyljelleen?

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Edelliselle sanoisin, että järjestelmässä jossa kompressori tekee melkoisesti työtä kylmäaineen liikutteluun, ei taida enää
painovoiman vaikutus olla kovin merkittävä. Varsinkaan kun siihen pätkään lauhduttimen jälkeen ja ennen paisuntalaitetta
ei mahdu määräänsä enempää nestettä, se on täysi kun se on täysi.

Itse mietiskelin minkälainen lämmönvaihdin olisi oikeasti paras ratkaisu. Tulevaa projektia varten on jo kerättynä muutamia
erilaisia erillisiä vesi-lauhduttimia, mutta jäin vaan miettimään olisiko kutenkin paras sijoittaa putkikierukkalauhdutin pystyyn
vesipytyn sisälle, hyödyntäen pytyn koko sisäkorkeuden, jolloin sen sisäänmenevän kuumakaasun lämpö saataisiin nostamaan
pytyn ylälämpöä korkeammaksi.

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Nyt mennään vähän väärään suuntaan päättelyissänne: yleensä ILPon sisäyksikön lauhditinkenno on oikein suunniteltu niin, että se takaa kohtuullisella varmuudella kylmäaineen alijäähtymisen ts takuuvarman nesteytymisen.

Pistän oheen tuon olomuodon standardin muunnoskuvan, johon olen leimannut lauhduttimen tulo- ja lähtöputket T1 ja T2 paikoilleen. Luovuttaessaan lämmön kylmäaine liikkuu siis pisteestä a -> d. Tarkemmin katsottuna käy näin:

* a -> b: kylmäaine luovuttaa tulistumislämpönsä pois (n 20% tms)
* b -> c: kylmäaine muuttuu täydellisestä kaasusta (laatu=1) täydelliseksi nesteeksi (laatu=0) luovuttaen latentin lämpönsä kennosta pois fyysisen olomuodon muutoksessa
* c -> d: kylmäaine alijäähtyy vielä nesteenä kennon loppupätkillä pikkuisen ennen hyökkäystä ulos

Nestemäinen kylmäaine ei ole myöskään kovin hyvä juttu lauhduttimessa: nestekerros estää & eristää kaasun kosketuksen paljaisiin lauhduttimen metalliputkiin ja alentaa sitä kautta koko lauhtumisprosessin tehoja. En suosittelisi kääntelemään siis kovin villisti sisäyksikön kennoa yms.

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Just niin. Mitä minä ajattelin tuosta poikkeavaa?

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Tuolla toisaalla olen tarkastellut putkesta kierretyn lauhduttimen mitoitusta, koska itse taisin tekaista vähän liian pienen. Se on kuitenkin toiminut, kun asentelin siihen lisäksi vanhan kiertovesipumpun, jolloin virtauksen kasvu kompensoi sen liian pienen koon. Aluksihan se oli vain luonnollisella kierrolla ja toimi silloinkin.

Mitoituksen kanssa ei liene niin kovin nuukaa, jos tekee siitä jopa liian suuren. Tällöinhän se varmasti riittää siihen, että kylmäke nesteytyy kunnolla, eikä tarvitse olla niin julma kiertokaan. Tulistuslämmön osuus arvioidaan yleensä olevan 10-15 %, jolloin siitä saa viitteen yläosan mitoille, jos haluaa sen jalomman lämmön omaan talteen.

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Teukka: kiertopumpun puuttuminen on voinut aiheuttaa muitakin ongelmia lauhduttimen stabiiliin toimintaan. Eli olisipa aika kiva saada joskus vertailukäyräsi myös vesipumpun toimiessa lämpötilojen vaihtumisesta.

SWEPin omien lähteiden mukaan tuo lämmön irtautuminen lauhduttimessa kolmeen osaansa jyvittyy näin:

* tulistuslämpöä 15 - 25% kun lämpötilan laskua 20 - 50 C astetta (a -> b)
* latenttia lämpöä 70 - 80% (b -> c)
* alijäähtymisen lämpöä 2 - 5% (c -> d)

ILPon lauhduttimet yleensä siis irrottavat erittelemättä yhtenä könttänä kaiken tämän osaksi sisäilman lämpöä, vaikka toisinkin voisi olla vähän hienostuneemmilla laitealustoilla...

Sinänsä lauhduttimen ylimitoittamisessa ei liene mitään riskiä vaan päin vastoin: jokaista kylmäkkeen kupplimispisteen (se punainen täplä) alle saavutettua -1 C alijäähtymistä kohti yleensä kokonaissysteemin COP jopa paranee n. 0,5 - 2%.

Alimitoitettu lauhdutin (= liian lyhyet putket) taas voikin johtaa ongelmiin: kylmäkkeen kokema ahtautuminen lauhduttuminen lähtöputkesta voi aiheuttaa sille epästabiilia flash -kaasuuntumista samaan tapaan kuin varsinaisessa paisuntaventtiilissä. Näin ollen, oikein mitoitettua alijäähtymistä voi pitää "vakuutuksena", joka takaa prosessin tasaisuuden ja tehokkuuden.

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Yhtenä erityissovelluksena yleisestä IVLPin lauhduttimsesta on nk tulistuslämmönvaihdin, joka kerää tarkan suunnitelunsa ansiosta ainoastaan kuukaasun huippulämmön veteen talteen. Myös tämän lauhdutintyypin kytkemistä tavallisen ILPon osaksi on käsitelty foorumillamme toisaalla:

* http://lampopumput.info/foorumi/index.php?topic=3549.0

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus


Erään VILPin (Ultimate 9000E suunnittelua) mallikohtainen lauhduttimen keskustelun löydät täältä:

* http://lampopumput.info/foorumi/index.php?topic=4950.0

Juttu jaettiin täältä koska tässä ketjussa ei perehdytä merkkikohtaisiin yksityiskohtiin.

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Teukka: kiertopumpun puuttuminen on voinut aiheuttaa muitakin ongelmia lauhduttimen stabiiliin toimintaan. Eli olisipa aika kiva saada joskus vertailukäyräsi myös vesipumpun toimiessa lämpötilojen vaihtumisesta.

Kyllähän se oli heti alunperin selvää, että pumpun kanssa homma toimii eri tavalla. Mittailin kesällä muutamia kertoja systeemin toimintaa ja lämpeneminen oli hitaan jämäkkää. Näkyy, että COP putoaa, kun lämpötila nousee. Sovitin teorettisen käyrän mitatun päälle antamalla COPille sopivia arvoja.

P.S:lauhdutinhan on jonkin verran alimitoitettu.

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Kestääkö Outokummun kieppikupari n. 1mm seinämällä R410A paineen putkivaihtimen sisäputkena ja varaajaan asennettuna kierukkana, kun putken koko on 3/8 tai 1/2 tuumaa. Vai onko tarkoitukseen jokin erityinen kieppikupari?

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

Joppe112 sanoi:

Lämpökerroin (COP) taas käyttäytyy niin, että jos kuumakaasun tuloputken lämpötilaa (T1) aletaan nostaa, niin COP alkaa laskea: jokaiselle siirretylle lämpöyksikölle kirjoitetaan aina kalliimpi hintalappu eli sähköä palaa kompurassa enemmän mitä korkeampi T1 on.

Klikkaa laajentaaksesi...

Mikä määrää T1 lämpötilan? Lauhduttimen vesipiirin lämpötila t2 vai t1 ja t2 keski(lämpötila)arvo vai ei mikään näistä?

Vesipiirin delta-t:hen voi vaikuttaa kiertovesipumpun nopeutta säätämällä. Lähinnä ajan takaa kannattaisiko vesipiirin delta-t pitää hyötysuhteen näkökulmasta suurena vai pienenä? Ja onkohan sovelluksen kylmäaineella merkitystä asiaan?

Vs: IVLPin lauhduttimen tehokkuus

leiko sanoi:

Mikä määrää T1 lämpötilan?

Klikkaa laajentaaksesi...

Paisuntaelin (eli virtaama sen läpi), höyrystimen teho ja muu toiminta, kompuran ominaisuudet ja lauhtumislämpötila nyt ensimmäisenä tulevat mieleen.

Joka tapauksessa kyseiseen lämpötilaan vaikuttaa moni eri tekijä.

Perustekijä on tietenkin lauhtumislämpötila, eli missä lämpötilassa kylmäaine nesteytyy (sikäli kun kyse ei ole pelkästään tulistuslämmön keräämisestä lauhduttimessa). Tämän päälle tulee sitten tulistuminen höyrystimessä ja lisätulistuminen kompuran toimesta.