Фрагменты программы дополнительного профессионального образования (ДПО) «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров» : Пресса об УКЦ : АНО ДПО «Учебно-консультационный центр «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Фрагменты программы дополнительного профессионального образования (ДПО) «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров»

Журнал «Мир климата» продолжает публикацию фрагментов нового курса учебно-консультационного центра «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» — «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров».

Данная статья содержит часть программы ДПО, посвященную холодоснабжению поверхностных воздухоохладителей центральных кондиционеров (холодоноситель — фреон).

В системах центрального кондиционирования, в которых предусмотрено охлаждение приточного воздуха в теплый период года, холодоносителем может выступать не только вода, поступающая от холодильного центра, но и различные фреоны. Воздухоохладители таких центральных кондиционеров называются теплообменниками с непосредственным кипением фреона. В случае когда центральный кондиционер работает на охлаждение приточного воздуха, теплообменник с непосредственным кипением фреона играет роль испарителя.

Источником холода в подобных системах является компрессорно-конденсаторный блок (наружный блок). Оттуда хладагент в жидкой фазе подается в теплообменник с непосредственным кипением фреона (внутренний блок).

Принципиальная схема работы компрессорно-конденсаторного блока в режиме охлаждение
Принципиальная схема работы компрессорно-конденсаторного блока в режиме «охлаждение»
Условные обозначения:
ВС – змеевик теплообменника (конденсатора);
С – компрессор;
SR1 – реле высокого давления;
SR2 – реле низкого давления;
МС – электродвигатель компрессора;
RTV – тепловое реле перегрузки электродвигателя вентилятора;
DL – распределитель жидкой фазы;
VQ – четырехходовой клапан;
SC – регулятор частоты вращения вентилятора;
RLL – запорный клапан жидкостной линии;
RG – запорный клапан линии всасывания;
VA – предохранительный клапан;
VL – осевой вентилятор;
RTC – тепловое перегрузочное реле электродвигателя компрессора;
SL – отделитель жидкой фазы;
BT – датчик температуры наружного воздуха;
TS – термостат;
DX – испаритель внутреннего блока.
В компрессорно-конденсаторном блоке установлены элементы, работающие под высоким давлением: компрессор, теплообменник, ресивер, отделитель жидкости, а также элементы системы управления и предохранительные устройства.

Мощность теплообменника центрального кондиционера должна соответствовать холодопроизводительности компрессорно-конденсаторного блока, иначе невозможно будет обеспечить устойчивую и надежную работу всей системы в целом.

При работе компрессорно-конденсаторного блока с теплообменником непосредственного кипения фреона необходимо установить на жидкостной линии фреонопровода дополнительные элементы, которые будут входить в узел обвязки. Эти элементы поставляются дополнительно.

В соответствии с фазовым состоянием хладагента и его давлением фреонопроводы подразделяются на следующие группы линий:

  • жидкостные линии:
    • высокого давления, по которым жидкий хладагент подается от конденсатора к узлу обвязки (регулирующему вентилю);
    • низкого давления, по которым жидкий хладагент подается от регулирующего вентиля к испарителю;
  • газовые линии:
    • линии нагнетания, по которым газообразный хладагент с высоким давлением подается от компрессора к конденсатору;
    • линии всасывания, по которым газообразный хладагент низкого давления подается от испарителя к компрессору.

Охлаждение конденсаторов компрессорно-конденсаторных блоков может быть воздушным или водяным. Воздушное охлаждение, в свою очередь, может осуществляться осевыми или центробежными вентиляторами.

 

Применение осевых вентиляторов позволяет снизить стоимость компрессорно-конденсаторного блока, существенно уменьшить потребление электроэнергии (только за счет вентиляторов) и улучшить шумовые характеристики. Однако осевые вентиляторы создают сравнительно небольшой напор, поэтому блоки с ними, как правило, устанавливают вне помещений — на открытой площадке, на крышах зданий.

Компрессорно-конденсаторные блоки с центробежными вентиляторами имеют более сложную конструкцию. Они предназначены для установки внутри здания: на чердаке, в подвале, в подсобном помещении, на техническом этаже. Центробежные вентиляторы создают напор до 200–250 Па, воздух для охлаждения конденсатора забирается с улицы и выбрасывается наружу по сети воздуховодов. При выборе места установки блока очень важно обеспечить свободный подвод и выход воздуха, исключая возможность его попадания с выхода на вход вентилятора.

Компрессорно-конденсаторные блоки с водяным охлаждением более просты и компактны. Они дешевле блоков с воздушным охлаждением. Однако возможности их применения ограничены из-за необходимости подвода проточной воды.

Определяя место расположения компрессорно-конденсаторного блока, необходимо предусмотреть свободный доступ к нему для проведения монтажных, пуско-наладочных и эксплуатационных работ. Необходимо учитывать, что при работе в режиме «охлаждение», конденсаторная часть блока «сбрасывает» в окружающую среду большое количество теплоты.

Компрессорно-конденсаторные блоки могут работать не только в режиме «охлаждение», но и в режиме теплового насоса.

Работа компрессорно-конденсаторного блока в режиме «охлаждение»

В режиме «охлаждение» (рис. 1) газообразный фреон — хладагент высокого давления — по линии нагнетания из компрессора С через четырехходовой клапан VQ поступает в теплообменник ВС, выполняющий роль конденсатора. Обдув конденсатора воздухом производится вентилятором VL, скорость которого варьируется регулятором SC в зависимости от температуры змеевика конденсатора, которая измеряется датчиком температуры ВТ, так, чтобы обеспечить постоянство давления конденсации.

Из конденсатора ВC жидкий хладагент по жидкостной линии через узел обвязки поступает к испарителю внутреннего блока (теплообменник с непосредственным кипением фреона). От внутреннего блока газообразный хладагент низкого давления по линии всасывания через четырехходовой клапан VQ и отделитель жидкостной фазы SL поступает вновь в компрессор.

Защиту компрессора по давлению осуществляют реле высокого SP1 (H) и низкого SP2 (L) давления. Защита компрессора от перегрева обеспечивается тепловым перегрузочным реле электродвигателя RTC и термостатом TS по температуре газообразного фреона на выходе из компрессора.

Работа компрессорно-конденсаторного блока в режиме теплового насоса

При работе компрессорно-конденсаторного блока в режиме теплового насоса газообразный хладагент высокого давления по линии нагнетания из компрессора С через четырехходовой клапан VQ подается к теплообменнику непосредственного кипения фреона DX внутреннего блока, играющего в этом случае роль конденсатора.

Далее через узел обвязки жидкий хладагент по жидкостной линии поступает в змеевик теплообменника ВС, играющего роль испарителя. Датчик температуры ВТ при этом используется для определения момента включения режима оттаивания.

Из теплообменника ВС (испарителя) газообразный хладагент низкого давления по линии всасывания поступает в четырехходовой клапан VQ и далее в отделитель жидкостной фазы SL и компрессор С.

Факторы, влияющие на подбор и монтаж фреонопроводов

Принципиальная схема работы компрессорно-конденсаторного блока в режиме теплового насоса
Принципиальная схема работы компрессорно-конденсаторного блока в режиме теплового насоса
Условное обозначения:
ВС – змеевик теплообменника (испарителя);
С – компрессор;
SP1 – реле высокого давления;
SP2 – реле низкого давления;
МС – электродвигатель компрессора;
RTV – тепловое реле перегрузки электродвигателя вентилятора;
DL – распределитель жидкой фазы;
VQ – четырехходовой клапан;
SC – регулятор частоты вращения вентилятора;
RLL – запорный клапан жидкостной линии;
RG – запорный клапан линии всасывания;
VA – предохранительный клапан;
VL – осевой вентилятор;
RTC – тепловое перегрузочное реле электродвигателя компрессора;
SL – отделитель жидкой фазы;
BT – датчик температуры наружного воздуха;
TS – термостат;
DX – конденсатор внутреннего блока.
При подборе и монтаже фреонопроводов каждой линии необходимо учитывать определенные факторы.

Первый — это потери давления хладагента в соединительных трубках, которые уменьшают холодо- и теплопроизводительность системы.

Температура кипения и температура конденсации зависят от давления и наоборот. Причем зависимость давления и температуры в рассматриваемом диапазоне практически линейная. Поэтому потери давления хладагента в соединительных трубках принято оценивать потерями температуры кипения или конденсации, выраженными в градусах Цельсия.

Потери давления на линии всасывания приводят к тому, что давление всасывания становится ниже, чем давление в испарителе. В этом случае производительность компрессора падает, снижается расход хладагента и уменьшается холодопроизводительность центрального кондиционера.

Падение давления на линии нагнетания вынуждает компрессор работать с давлением более высоким, чем давление конденсации. Производительность компрессора и холодопроизводительность центрального кондиционера при этом также снижаются, хотя и в меньшей степени.

Максимальные потери давления в линиях нагнетания и всасывания, выраженные через потери температуры, не должны превышать 1ºС.

Потери давления в жидкостной линии практически не влияют на холодопроизводительность и потребляемую электрическую мощность. Тем не менее из-за опасности вскипания жидкого хладагента потери давления в жидкостной линии также должны быть минимальными по следующим причинам:

  1. Увеличение потери давления приводит к нагреву хладагента из-за трения его о стенки труб (переход механической энергии в тепловую).
  2. Из-за уменьшения давления хладагента может оказаться, что температура хладагента в трубе станет выше температуры конденсации, соответствующей новому, более низкому из-за потерь, давлению.

В обоих случаях начинается кипение хладагента не в испарителе, а в трубопроводе высокого давления перед регулятором потока. В этих условиях теряется полезная холодопроизводительность — охлаждение воздуха происходит не в помещении, а в окружающем трубопровод пространстве. При этом чрезвычайно важно отметить, что, регулятор потока не может устойчиво работать на смеси жидкости и газа, так как резко уменьшается расход хладагента через регулятор.

 

Второй фактор, который необходимо учитывать при подборе и монтаже фреонопроводов, заключается в проблеме возврата масла в компрессор. Компрессор, как и любой работающий механизм, нуждается в смазке. Для смазки элементов компрессора применяются специальные масла, способные работать в среде хладагента. Перед заправкой хладагента масло заливается в картер компрессора в количестве примерно 10 % от объема заправляемого хладагента.

При работе компрессора, и особенно в момент его включения, масло выбрасывается с газообразным хладагентом в линию нагнетания. Количество выбрасываемого масла зависит в первую очередь от типа компрессора, окружающих условий и режима работы.

Масло, попавшее в линию нагнетания, может вернуться в компрессор, только пройдя весь контур охлаждения. Если по каким-либо причинам этого не происходит, при отсутствии смазки компрессор может выйти из строя. Кроме того, масло должно возвращаться в компрессор небольшими порциями, чтобы не происходило гидравлического удара на впускном клапане.

Известные и широко используемые смазочные масла хорошо смешиваются с жидкими хладагентами, поэтому в жидкостных линиях проблемы, связанные с возвратом масла, не возникают.

В газовых линиях смешения газообразного хладагента и масла не происходит. Масло может перемещаться по стенкам фреонопровода под действием газового потока.

На горизонтальных участках линий нагнетания и всасывания перенос масла может обеспечиваться при относительно низких скоростях газообразного хладагента. Тем не менее целесообразно предусмотреть небольшой уклон трубопроводов в направлении движения газового потока. Обычно этот уклон принимают равным 0,5 о.

На вертикальных участках трубопроводов перенос масла можно обеспечить только потоком газообразного хладагента. Скорость газового потока на вертикальных участках должна быть не менее 5 м/с на всех режимах работы центрального кондиционера, в том числе и в режиме уменьшенной холодопроизводительности.

Поскольку холодопроизводительность и расход хладагента взаимосвязаны, то существует минимальная холодопроизводительность, при которой обеспечивается подъем масла в вертикальных трубопроводах линии всасывания и линии нагнетания для заданного диаметра трубопровода.

Третий фактор, который необходимо учитывать при подборе и монтаже фреонопроводов, — перетекание хладагента. При включении компрессорно-конденсаторного блока часть жидкого хладагента может остаться в жидкостной линии, конденсаторе или испарителе. Когда компрессорно-конденсаторный блок выключен, жидкий хладагент начинает перетекать к самым холодным элементам системы.

Если испаритель расположен выше компрессорно-конденсаторного блока, то оставшийся в испарителе хладагент под действием силы тяжести может стечь вниз и смешаться с накопившимся внизу маслом. Кроме того, жидкий хладагент может заполнить выпускные клапаны компрессора.

В этом случае рекомендуется на выходе из испарителя поставить маслосъемную петлю, препятствующую перетеканию хладагента.

В дальнейших выпусках журнала мы продолжим публиковать фрагменты программы ДПО «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров».

 Журнал „Мир климата“ № 67