Что такое переохлаждение в холодильной технике
Конденсаторы воздушного охлаждения
Стабильная работа
В точке А пары R22, имеющие температуру 70 С, переходят из нагнетающего патрубка компрессора в конденсатор (давление 14 бар). На промежутке А-В перегрев снижается и в точке В появляются первые капли жидкости хладагента (температура 38 С) при прежнем давлении. На промежутке В-С по-прежнему наблюдается конденсация молекул газа, но паров становится меньше и появляется больше жидкости. Давление и температура остаются прежними. В точке С конденсируются последние молекулы газа и кроме жидкости в контуре ничего нет. Температура и давление остаются прежними (38 С и 14 бар соответственно). На промежутке С-D хладагент полностью сконденсировался и жидкость продолжает охлаждаться, поскольку поддается действию воздуха, нагнетаемого вентилятором, который охлаждает конденсатор. На выходе из конденсатора (точка D) R22 находится в жидкой фазе. Температура снизилась до 32 С и давление сохранилось на уровне 14 бар.
Промежуток А-В является зоной снятия перегрева в конденсаторе. Температура хладагента снижается с 70 до 38 С. В точке В наблюдается появление первых капель R22. Промежуток В-С считается зоной конденсации. Температура R22 остается на уровне 38 С при давлении 14 бар. Последним пределом конденсации является точка С. На следующем промежутке С-D R22 снижается с 38 до 32 С – зона переохлаждения хладагента в конденсаторе.
На протяжении всего процесса перемещения R22 показатель манометра остается постоянным – на уровне 14 бар.
Перепад температур в конденсаторах с воздушным охлаждением вычисляется следующим образом: Δθ =(tas — tae),
где К находится в пределах 5-10 К. в данном случае значение равняется 6 К.
Разница температур на выходе из конденсатора находится в том же пределе, и в данном примере равняется 7 К. Температурный напор (tk- tae) сосредоточен в пределах 10-20 К. Обычно его значение составляет порядка 15 К, но в данном случае оно равняется 13 К.
Стоит отметить, что величина температурного напора выступает очень важной для данного конденсатора, поскольку является постоянной величиной.
Если использовать показатели из рассмотренного нами примера и взять температуру подаваемого в конденсатор извне воздуха 30 С, то температура конденсации будет следующей:
tk= tae + Δθполн=30+13=43 С
Для R22 показания манометра будут соответствовать 15,5 барам, для R404A- 18,5 бар и для R134a-10,1 бар соответственно.
Следует отметить, что значения?? одинаково справедливы для конденсаторов установок искусственного климата и конденсаторов торгового холодильного оборудования.
Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением
Известно, что температура конденсации воды при нормальном атмосферном давлении составляет 100 С. С точки зрения теплофизики стакан воды при температуре 20 С считается переохлажденным на 80 К.
Переохлаждение, измеряемое на выходе из конденсатора (ресивере), определяется как разность между температурой конденсации и температурой жидкости. Переохлаждение в приведенном примере (рис 2.5) будет следующим П/О=38-32=6 К.
Величина переохлаждения хладагента в конденсаторах с воздушным охлаждением должна находиться в промежутке от 4 до 7 К. Если она вышла за границы указанного предела, то это свидетельствует о нестабильности рабочего процесса. Далее проведем анализ возможных случаев аномального переохлаждения.
Различные виды аномального переохлаждения
Конструкторы, выбирающие размер конденсатора с воздушным охлаждением, учитывают ту особенность, что переохлаждение на выходе должно находиться в пределах 4-7 К. Но что же происходит в конденсаторе, если данная величина выходит за пределы допустимого диапазона?
Переохлаждение ниже допустимой нормы
При стабильной работе холодильного контура, молекулы пара перестают конденсироваться в точке С. На промежутке С-D жидкость продолжает охлаждаться и данный отрезок заполняется жидкой фазой для того, чтобы величина переохлаждения стала допустимой (4-7 К).
Если в конденсаторе находится недостаточное количество хладагента, то участок С-D не полностью залит жидкостью и имеется только небольшой отрезок, который полностью ею занят (Е- D). Для того чтобы обеспечить нормальное переохлаждение, длины отрезка оказывается недостаточно.
Если измерить значение переохлаждения в точке D, то оно окажется меньше допустимого (в данном случае 3 К). Если хладагента в установке находится недостаточное количество, то его будет меньше поступать на выходе из конденсатора и степень его переохлаждения также будет меньше.
Если в контуре холодильной установки присутствует значительная нехватка хладагента, то на выходе из конденсатора будет поступать парожидкостная смесь. Ее температура станет равной температуре конденсации, а это означает, что переохлаждение равно 0 К.
tB=tD=tK=38 С. Показатель переохлаждения П/О=38-38=0 К
Можно сделать следующий вывод: недостаточная заправка хладагентом приводит к снижению переохлаждения. Следовательно, если ремонтник холодильного оборудования имеет соответствующую квалификацию, то он никогда не станет добавлять в установку хладагент, предварительно не удостоверившись, что в ней нет утечек и что переохлаждение слишком низкое.
По мере поступления хладагента в контур, увеличивается и уровень жидкости в нижней части конденсатора, что способствует увеличению переохлаждения.
Переохлаждение выше допустимой нормы
tB=tD=tK=29 С. Показатель переохлаждения П/О=38-29=9 К
Ранее говорилось о том, что недостаток хладагента в контуре приводит к снижению переохлаждения. Сейчас же рассмотрим случай, когда чрезмерное его количество оседает в нижней части конденсатора.
Зона конденсатора полностью занята жидкостью, которая продолжает увеличиваться. Далее она может распространиться на весь участок С-D. Ее количество, контактирующее с холодным воздухом, увеличивается, а вместе с тем возрастает и величина переохлаждения (рис.2.8 П/О=9 К).
Подводя итоги, стоит отметить, что величина переохлаждения является лучшим показателем работы классической холодильной установки. Проводя анализ часто встречаемых неисправностей, мы видим, как легко объяснить результаты проведенных измерений. Если переохлаждение составляет менее 4 К, то хладагент в конденсаторе находится в недостаточном количестве, а если больше 7 К — то в избытке.
У Вас недостаточно прав для добавления комментариев.
Возможно, вам необходимо зарегистрироваться на сайте.
Степень переохлаждения жидкости на выходе из конденсатора — одна из важнейших характеристик работы холодильного контура. Под переохлаждением понимается разность между температурой конденсации жидкости при данном давлении и температурой этой жидкости в настоящий момент времени при этом же давлении.
Что такое переохлаждение в конденсаторе
Как известно, в конденсаторе хладагент охлаждается за счёт обдува конденсатора наружным воздухом. При этом сначала происходит охлаждение горячего газообразного хладагента до температуры конденсации, далее следует сама конденсация и, наконец, происходит охлаждение полученной жидкости. То, насколько жидкость охладится после завершения процесса конденсации — и есть переохлаждение в конденсаторе.
Нормальная величина переохлаждения в конденсаторе — от 4 до 7 К.
Переохлаждение в конденсаторе ниже нормы
Если фактическое переохлаждение в конденсаторе ниже нормы (менее 4 К), то это означает, что в конденсаторе при том же давлении оказалось меньше жидкости и больше газа, что в свою очередь говорит о недостатке хладагента в системе.
Это же рассуждение справедливо и в обратную сторону — чем меньше хладагента в холодильном контуре, тем меньше хладагента в жидкой фазе будет в конденсаторе и тем ниже окажется величина переохлаждения. При значительной нехватке хладагента в холодильном контуре в конденсаторе и вовсе не окажется жидкого хладагента. Едва успев сконденсироваться, хладагент тут же поступит в дроссель. Переохлаждение в такой системе будет равно нулю.
Переохлаждение в конденсаторе выше нормы
Напротив, высокое значение переохлаждения говорит об избытке хладагента в холодильном контуре. В этом случае конденсатор в буквальном смысле слова залит жидкостью, которая успевает сильно переохладиться при обдуве конденсатора наружным воздухом.
Что влияет на величину переохлаждения в конденсаторе
Стоит отметить, что величина переохлаждения может быть отрегулирована путем изменения интенсивности обдува конденсатора наружным воздухом. То есть — изменением скорости вращения вентилятора наружного блока кондиционера. Чем выше скорость, тем интенсивнее обдув и тем большего переохлаждения можно добиться.
Наконец, повлиять на величину переохлаждения может и неправильная конструкция наружного блока кондиционера. Как известно, жидкость тяжелее газа, поэтому в нижней части конденсатора под действием гравитационных сил накапливается именно жидкость. Если обдув конденсатора выполнен по ходу движения хладагента, то добиться эффективного переохлаждения будет проблематично.
Дело в том, что воздух, проходя через конденсатор, будет нагреваться. Подходя к той части конденсатора, где осуществляется переохлаждение жидкости, воздух будет уже достаточно горячим, а горячим потоком, очевидно, трудно выполнить переохлаждение.
Таким образом, хладагент и воздух в конденсаторе должны двигаться навстречу друг другу (противоток). Это обеспечит проток наиболее холодного воздуха через конденсатор в зоне переохлаждения и более эффективное регулирование переохлаждения в конденсаторе.
Методика заправки кондиционеров фреоном
Заказать звонок
Менеджеры компании ответят на все Ваши вопросы, подберут необходимое оборудование и подготовят коммерческое предложение.
Какие существуют методы заправки кондиционеров, какие наиболее эффективны и какие подойдут именно вам?
Заправка кондиционера фреоном может осуществляться несколькими способами, каждый из них имеет свои преимущества, недостатки и точность.
Выбор метода заправки кондиционеров зависит от уровня профессионализма мастера, необходимой точности и используемых инструментов.
Также необходимо помнить о том что не все хладагенты можно дозаправлять, а лишь однокомпонентные (R22) или условно изотропные (R410a).
Многокомпонентные фреоны состоят из смеси газов с различными физическими свойствами, которые при утечке улетучиваются неравномерно и даже при небольшой утечке их состав изменяется, поэтому системы на таких хладагентах необходимо полностью перезаправлять.
Заправка кондиционера фреоном по массе
Каждый кондиционер заправлен на заводе определённым количеством хладагента, масса которого указана в документации на кондиционер (также указана на шильдике), там же указана информация о количестве фреона которое надо добавить дополнительно на каждый метр фреоновой трассы (обычно 5-15 гр.)
При заправке этим методом необходимо полностью освободить холодильный контур от оставшегося фреона (в баллон или стравть в атмосферу,экологии это нисколько не вредит- об этом читайте в статье о влиянии фреона на климат )и отвакуумировать. После залить в систему указанное количество хладагента по весам или с помощью заправочного цилиндра.
Преимущества этого метода в высокой точности и достаточной простоте процесса заправки кондиционера. К недостаткам относятся необходимость эвакуации фреона и вакуумирования контура, а заправочный цилиндр, к тому же имеет ограниченный объём 2 или 4 килограмма и большие габариты, что позволяет использовать его в основном в стационарных условиях.
Заправка кондиционера фреоном по переохлаждению
Температура переохлаждения – это разница между температурой конденсации фреона определённой по таблице или шкале манометра (определяется по давлению считанному с манометра, подсоединённого к магистрали высокого давления непосредственно на шкале или по таблице) и температурой на выходе из конденсатора. Температура переохлаждения обычно должна находится в пределах 10-12 0 C (точное значение указывают производители)
Значение переохлаждения ниже данных значений указывает на недостаток фреона- он не успевает достаточно охладиться. В этом случае его надо дозаправить
Если переохлаждение выше указанного диапазона, значит в системе переизбыток фреона и его необходимо слить до достижения оптимальных значений переохлаждения.
Заправить данным способом можно с помощью специальных приборов, которые сразу определяют величину переохлаждения и давление конденсации, а можно и с помощью отдельных приборов- манометрического коллектора и термометра.
К достоинствам этого метода относится достаточная точность заправки. Но на точность данного метода влияет загрязнённость теплообменника, поэтому до заправки данным методом необходимо очистить (промыть) конденсатор наружного блока.
Заправка кондиционера хладагентом по перегреву
Перегрев- это разница между температурой испарения хладагента определённой по давлению насыщения в холодильном контуре и температурой после испарителя. Практически определяется путём измерения давления на всасывающем вентиле кондиционера и температуры всасывающей трубки на расстоянии 15-20 см от компрессора.
Перегрев обычно находится в пределе 5-7 0 C (точное значение указывает производитель)
Переохлаждение выше нормы говорит о недостатке хладагента- систему нужно заправлять до достижения требуемой величины перегрева.
Данный метод достаточно точен и его можно существенно упростить, если использовать специальные приборы.
Другие методы заправки холодильных систем
Если в системе есть смотровое окошко, то по наличию пузырьков можно судить о нехватке фреона. В этом случае заправляют холодильный контур до исчезновения потока пузырьков, делать это нужно порциями, после каждой ждать стабилизации давления и отсутствия пузырьков.
Также можно заправлять по давлению, добиваясь при этом температур конденсации и испарения указанных производителем. Точность этого метода зависит от чистоты конденсатора и испарителя.
Здесь можно посмотреть таблицу зависимости температуры испарения фреона от давления.
Проверить нехватку хладагента в простых системах можно контролируя заполненость испарителя хладагентом- в нормально заправленном кондиционере температура всей поверхности испарителя должна быть одинаковой, если есть участки с более высокой температурой, это значит фреона не хватает и его надо дозаправлять.
А вот один из самых профессиональных видеоуроков по заправке кондиционеров от компании Rothenberger.
Анализ VRF-систем. Система переохлаждения хладагента
Сегодня на рынке присутствуют VRF-системы оригинальных японских, корейских и китайских брендов. Ещё больше представлено VRF-систем от многочисленных OEM-производителей. Внешне все они очень похожи, и складывается ложное впечатление, что все VRF-системы одинаковы. Но «не все йогурты одинаково полезны», как говорилось в популярной рекламе. Мы начинаем серию статей, направленных на изучение технологий получения холода, которые используются в современном классе кондиционеров — VRF-системах. Первое, с чего мы начнём — система переохлаждения хладагента.
Напомним, что VRF-системы (Variable Refrigerant Flow — системы с переменным расходом хладагента), являются сегодня самым динамично развивающимся классом систем кондиционирования воздуха. Мировой рост продаж систем класса VRF ежегодно увеличивается на 20–25 %, вытесняя с рынка конкурирующие варианты кондиционирования. Благодаря чему происходит этот рост?
Во-первых, благодаря широким возможностям систем Variable Refrigerant Flow: большой выбор наружных блоков — от мини-VRF до больших комбинаторных систем. Огромный выбор внутренних блоков. Длины трубопроводов — до 1000 м (рис. 1).
Во-вторых, благодаря высокой энергоэффективности систем. Инверторный привод компрессора, отсутствие промежуточных теплообменников (в отличие от водяных систем), индивидуальный расход хладагента — всё это обеспечивает минимальное энергопотребление.
В-третьих, положительную роль играет модульность конструкции. Нужная производительность системы набирается из отдельных модулей, что без сомнения очень удобно и повышает общую надёжность в целом.
Именно поэтому сегодня VRF-системы занимают как минимум 40 % мирового рынка систем центрального кондиционирования и эта доля с каждым годом растёт.
Система переохлаждения хладагента
Какая максимальная длина фреоновых трубопроводов может быть у сплит-системы кондиционирования? Для бытовых систем производительностью до 7 кВт холода она составляет 30 м. Для полупромышленного оборудования эта цифра может достигать 75 м (инверторный наружный блок). Для сплит-систем данное значение максимально, но для систем класса VRF максимальная длина трубопроводов (эквивалентная) может быть и значительно большей — до 190 м (суммарная — до 1000 м).
Очевидно, что VRF-системы принципиально отличаются от сплит-систем с точки зрения фреонового контура, и это позволяет им работать при больших длинах трубопроводов. Это отличие заключается в наличии специального устройства в наружном блоке, которое называется переохладитель хладагента или subcooler (рис. 2).
Прежде чем рассмотреть особенности работы систем VRF, давайте обратим внимание на схему фреонового контура сплит-систем и поймём, что происходит с хладагентом при больших длинах фреоновых трубопроводов.
Холодильный цикл сплит-систем
На рис. 3 изображён классический цикл фреона в контуре кондиционера в осях «давление–энтальпия». Причём это цикл для любых сплит-систем на фреоне R410a, то есть от производительности кондиционера или марки вид данной диаграммы не зависит.
Начнём с точки D, с начальными параметрами в которой (температура 75 °C, давление 27,2 бара) фреон попадает в конденсатор наружного блока. Фреон в данный момент — это перегретый газ, который сначала остывает до температуры насыщения (около 45 °C), затем начинает конденсироваться и в точке А полностью переходит из состояния газа в жидкость. Далее происходит переохлаждение жидкости до точки А (температура 40 °C). Считается, что оптимальная величина переохлаждения равна 5 °C.
После теплообменника наружного блока хладагент поступает на устройство дросселирования в наружном блоке — терморегулирующий вентиль либо капиллярную трубку, и его параметры меняются до точки B (температура 5 °C, давление 9,3 бара). Обратим внимание, что точка В находится в зоне смеси жидкости и газа (рис. 3). Следовательно, после дросселирования в жидкостный трубопровод поступает именно смесь жидкости и газа. Чем больше величина переохлаждения фреона в конденсаторе, тем больше доля жидкого фреона поступает во внутренний блок, тем выше КПД кондиционера.
На рис. 3 обозначены следующие процессы: В–С — процесс кипения фреона во внутреннем блоке с постоянной температурой около 5 °C; С–С — перегрев фреона до +10 °C; С –L — процесс всасывания хладагента в компрессор (происходят потери давления в газовом трубопроводе и элементах фреонового контура от теплообменника внутреннего блока до компрессора); L–M — процесс сжатия газообразного фреона в компрессоре с повышением давления и температуры; М–D — процесс нагнетания газообразного хладагента от компрессора до конденсатора.
Потери давления в системе зависят от скорости фреона V и гидравлической характеристики сети:
Что будет происходить с кондиционером при увеличении гидравлической характеристики сети (вследствие повышенной длины или большого количества местных сопротивлений)? Повышенные потери давления в газовом трубопроводе приведут к падению давления на входе в компрессор. Компрессор начнёт захватывать хладагент меньшего давления и, значит, меньшей плотности. Расход хладагента упадёт. На выходе компрессор будет выдавать меньшее давление и, соответственно, упадёт температура конденсации. Пониженная температура конденсации приведёт к пониженной температуре испарения и обмерзанию газового трубопровода.
Если повышенные потери давления будут происходить на жидкостном трубопроводе, то процесс даже более интересный: так как мы выяснили, что в жидкостном трубопроводе фреон находится в насыщенном состоянии, а точнее, в виде смеси жидкости и пузырьков газа, то любые потери давления будут приводить к небольшому вскипанию хладагента и увеличению доли газа.
Последнее повлечёт за собой резкое увеличение объёма парогазовой смеси и увеличению скорости движения по жидкостному трубопроводу. Повышенная скорость движения снова вызовет дополнительную потерю давления, процесс станет «лавинообразным».
На рис. 4 приведён условный график удельных потерь давления в зависимости от скорости движения хладагента в трубопроводе.
Если, например, потери давления при длине трубопроводов 15 м составляют 400 Па, то при увеличении длины трубопроводов в два раза (до 30 м) потери увеличиваются не в два раза (до 800 Па), а в семь раз — до 2800 Па.
Поэтому простое увеличение длины трубопроводов в два раза относительно стандартных длин для сплит-системы с On-Off-компрессором фатально. Расход хладагента упадёт в несколько раз, компрессор будет перегреваться и очень скоро выйдет из строя.
Холодильный цикл VRF-систем с переохладителем фреона
На рис. 5 схематично изображён принцип работы переохладителя хладагента. На рис. 6 изображён тот же холодильный цикл на диаграмме «давление–энтальпия». Рассмотрим подробно, что же у нас происходит с хладагентом при работе системы Variable Refrigerant Flow.
1–2: Жидкий хладагент после конденсатора в точке 1 делится на два потока. Бóльшая часть проходит через противоточный теплообменник. В нём происходит охлаждение основной части хладагента до +15…+25 °C (в зависимости от его эффективности), которая далее поступает в жидкостный трубопровод (точка 2).
1–5: Вторая часть потока жидкого хладагента из точки 1 проходит через ТРВ, его температура понижается до +5 °C (точка 5), поступает на тот же противоточный теплообменник. В последнем происходит его кипение и охлаждение основной части хладагента. После кипения газообразный фреон сразу поступает на всасывание компрессора (точка 7).
2–3: На выходе из наружного блока (точка 2) жидкий хладагент проходит через трубопроводы к внутренним блокам. При этом теплообмена с окружающей средой практически не происходит, а вот часть давления теряется (точка 3). У некоторых производителей дросселирование производится частично в наружном блоке системы VRF, поэтому давление в точке 2 меньше, чем на нашем графике.
3–4: Потери давления хладагента в электронном регулирующем вентиле (ЭРВ), который располагается перед каждым внутренним блоком.
4–6: Испарение хладагента во внутреннем блоке.
6–7: Потери давления хладагента при его возврате в наружный блок по газовому трубопроводу.
7–8: Сжатие газообразного хладагента в компрессоре.
8–1: Охлаждение хладагента в теплообменнике наружного блока и его конденсация.
Рассмотрим подробнее участок от точки 1 до точки 5. В системах VRF без переохладителя хладагента процесс из точки 1 сразу переходит в точку 5 (по синей линии рис. 6). Удельная величина производительности хладагента (поступающего к внутренним блокам) пропорциональна длине линии 5–6. В системах, где переохладитель присутствует, полезная производительность хладагента пропорциональна линии 4–6. Сравнивая длины линии 5–6 и 4–6, становится понятной работа переохладителя фреона. Повышение эффективности охлаждения циркулирующего хладагента происходит как минимум на 25 %. Но это не означает, что производительность всей системы стала больше на 25 %. Дело в том, что часть хладагента не поступила к внутренним блокам, а сразу ушла на всасывание компрессора (линия 1–5–6).
Именно в этом состоит баланс: на какую величину повысилась производительность фреона, поступающего к внутренним блокам, на столько же уменьшилась производительность системы в целом.
Так в чём тогда смысл применения переохладителя хладагента, если общую производительность системы VRF он не увеличивает? Чтобы ответить на этот вопрос, снова вернёмся к рис. 1. Смысл применения переохладителя — снижение потерь на длинных трассах систем Variable Refrigerant Flow.
Дело в том, что все характеристики VRFсистем приводятся при стандартной длине трубопроводов 7,5 м. То есть сравнивать VRF-системы разных производителей по данным каталога не совсем корректно, поскольку реальные длины трубопроводов будут гораздо больше — как правило, от 40 до 150 м. Чем больше отличается длина трубопровода от стандартной, тем больше потери давления в системе, тем больше происходит вскипание хладагента в жидкостных трубопроводах. Потери производительности наружного блока по длине приводятся на специальных графиках в сервис-мануалах (рис. 7). Именно по этим графикам необходимо сравнивать эффективность работы систем при наличии переохладителя хладагента и при его отсутствии. Потери производительности VRF-систем без переохладителя на длинных трассах составляют до 30 %.
Выводы
1. Переохладитель хладагента является важнейшим элементом для работы VRF систем. Его функциями являются, во-первых, увеличение энергетической ёмкости хладагента, поступающего к внутренним блокам, во-вторых, уменьшение потерь давления в системе на длинных трассах.
2. Не все производители систем VRF снабжают свои системы переохладителем хладагента. Особенно часто исключают переохладитель ОЕМ-бренды для удешевления конструкции.