Переохлаждение хладагента. Анализ VRF-систем
Одна из самых больших сложностей в работе ремонтника заключается в том, что он не может видеть процессов, происходящих внутри трубопроводов и в холодильном контуре. Тем не менее, измерение величины переохлаждения может позволить получить относительно точную картину поведения хладагента внутри контура.
Заметим, что большинство конструкторов выбирают размеры конденсаторов с воздушным охлаждением таким образом, чтобы обеспечить переохлаждение на выходе из конденсатора в диапазоне от 4 до 7 К. Рассмотрим, что происходит в конденсаторе, если величина переохлаждения выходит за пределы этого диапазона.
А) Пониженное переохлаждение (как правило, меньше 4 К).
Рис. 2.6
На рис. 2.6 приведено различие в состоянии хладагента внутри конденсатора при нормальном и аномальном переохлаждении. Температура в точках tв=tc=te=38°С = температуре конденсации tк. Замер температуры в точке D дает значение td=35 °С, переохлаждение 3 К.
Пояснение. Когда холодильный контур работает нормально, последние молекулы пара конденсируются в точке С. Далее жидкость продолжает охлаждаться и трубопровод по всей длине (зона C-D) заполняется жидкой фазой, что позволяет добиваться нормальной величины переохлаждения (например, 6 К).
В случае нехватки хладагента в конденсаторе, зона C-D залита жидкостью не полностью, имеется только небольшой участок этой зоны, полностью занятый жидкостью (зона Е-D), и его длины недостаточно, чтобы обеспечить нормальное переохлаждение.
В результате, при измерении переохлаждения в точке D, вы обязательно получите его значение ниже нормального (в примере на рисунка 2.6 — 3 К).
И чем меньше будет хладагента в установке, тем меньше будет его жидкой фазы на выходе из конденсатора и тем меньше будет его степень переохлаждения.
В пределе, при значительной нехватке хладагента в контуре холодильной установки, на выходе из конденсатора будет находиться парожидкостная смесь, температура которой будет равна температуре конденсации, то есть переохлаждение будет равно 0 К (смотри рисунок 2.7).
Рис. 2.7
tв=td=tk=38°С. Значение переохлаждения П/О = 38—38=0 К.
Таким образом, недостаточная заправка хладагента всегда приводит к уменьшению переохлаждения.
Отсюда следует, что грамотный ремонтник не будет без оглядки добавлять хладагент в установку, не убедившись в отсутствии утечек и не удостоверившись, что переохлаждение аномально низкое!
Отметим, что по мере дозаправки хладагента в контур, уровень жидкости в нижней части конденсатора будет повышаться, вызывая увеличение переохлаждения.
Перейдем теперь к рассмотрению противоположного явления, то есть слишком большого переохлаждения.
Б) Повышенное переохлаждение (как правило, больше 7 К).
Рис. 2.8
tв=te=tk= 38°С. td = 29°С, следовательно переохлаждение П/О=38-29=9 К.
Пояснение. Выше мы убедились, что недостаток хладагента в контуре приводит к уменьшению переохлаждения. С другой стороны, чрезмерное количество хладагента будет накапливаться в нижней части конденсатора.
В этом случае длина зоны конденсатора, полностью залитая жидкостью, увеличивается и может занимать весь участок E-D. Количество жидкости, находящееся в контакте с охлаждающим воздухом, возрастает и величина переохлаждения, следовательно, тоже становится больше (в примере на рис. 2.8 П/О = 9 К).
В заключение укажем, что измерения величины переохлаждения являются идеальными для диагностики процесса функционирования классической холодильной установки.
В ходе детального анализа типовых неисправностей мы увидим как в каждом конкретном случае безошибочно интерпретировать данные этих измерений.
Слишком малое переохлаждение (менее 4 К) свидетельствует о недостатке хладагента в конденсаторе. Повышенное переохлаждение (более 7 К) указывает на избыток хладагента в конденсаторе.
2.4. УПРАЖНЕНИЕ
Выберите из 4-х вариантов конструкций конденсатора с воздушным охлаждением, представленных на рис. 2.9, тот, который, по вашему мнению, является наилучшим. Объясните почему?
Рис. 2.9
Под действием силы тяжести жидкость накапливается в нижней части конденсатора, поэтому вход паров в конденсатор всегда должен располагаться сверху. Следовательно, варианты 2 и 4 по меньшей мере представляют собой странное решение, которое не будет работоспособным.
Разница между вариантами 1 и 3 заключается, главным образом, в температуре воздуха, который обдувает зону переохлаждения. В 1-м варианте воздух, который обеспечивает переохлаждение, поступает в зону переохлаждения уже подогретым, поскольку он прошел через конденсатор. Наиболее удачной следует считать конструкцию 3-го варианта, так как в ней реализован теплообмен между хладагентом и воздухом по принципу противотока. Этот вариант имеет наилучшие характеристики теплообмена и конструкции установки в целом.
Подумайте об этом, если вы еще не решили, какое направление прохождения охлаждающего воздуха (или воды) через конденсатор вам выбрать.
- Влияние температуры и давления на состояние хладогенов
- Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением
- Анализ случаев аномального переохлаждения
19.10.2015
Степень переохлаждения жидкости, получаемой на выходе конденсатора, является важным показателем, который характеризует стабильную работу холодильного контура. Переохлаждением называют температурную разность между жидкостью и конденсацией при данном давлении.
При нормальном атмосферном давлении, конденсация воды имеет температурный показатель 100 градусов по Цельсию. Согласно законам физики, вода, которая 20 градусов, считается переохлажденной на 80 градусов по Цельсию.
Переохлаждение на выходе из теплообменника изменяется как разность между температурной жидкости и конденсации. Исходя из рисунка 2.5, переохлаждение будет равно 6 К или 38-32.
В конденсаторах с воздушным охлаждением показатель переохлаждения должен быть от 4 до 7 К. В случае если он имеет иную величину, то это говорит о нестабильной работе.
Взаимодействие конденсатора и вентилятора: перепад температур воздуха.
Нагнетаемый воздух вентилятором имеет показатель 25 градусов по Цельсию (рисунок 2.3). Он забирает тепло у фреона, за счет чего его температура меняется до 31 градуса.
На рисунке 2.4 изображено более детальное изменение:
Tae - температурная отметка воздуха, подаваемого в конденсатор;
Tas – воздух с новой температурой конденсатора после охлаждения;
Tk –с манометра показания о температуре конденсации;
Δθ – разность температурных показателей.
Вычисление температурного перепада в конденсаторе с воздушным охлаждением происходит по формуле:
Δθ =(tas — tae), где К имеет пределы 5–10 К. На графике это значение равно 6 К.
Разница перепада температур в точке D, то есть на выходе из конденсатора, в данном случае равняется 7 К, так как находиться в том же пределе. Температурный напор составляет 10-20 К, на рисунке это (tk- tae). Чаще всего значение данного показателя останавливается на отметке в 15 К, но в этом примере – 13 К.
Кондиционера
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)
Снижение перегрева говорит о переизбытке фреона - его необходимо слить.
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.
Carrier
Инструкция по монтажу, наладке и обслуживанию
РАСЧЕТ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ И ПЕРЕГРЕВА
Переохлаждение
1. Определение
конденсации насыщенного пара хладагента (Тк)
и температурой в жидкостной линии (Тж):
ПО = Тк Тж.
Коллектор
температуры)
3. Этапы измерения
электронного на жидкостную линию рядом с фильтром
осушителем. Убедитесь, что поверхность трубы чистая,
и термометр плотно касается ее. Покройте колбу или
датчик пеной, чтобы теплоизолировать термометр
от окружающего воздуха.
низкого давления).
давление в линии нагнетания.
Измерения должны производиться, когда агрегат
работает в оптимальных проектных условиях и развивает
максимальную производительность.
4. По таблице пересчета давления в температуру для R 22
найдите температуру конденсации насыщенного пара
хладагента (Тк).
5. Запишите температуру, измеренную термометром
на жидкостной линии (Тж) и вычтите ее из температуры
конденсации. Полученная разница и будет значением
переохлаждения.
6. При правильной заправке системы хладагентом
переохлаждение составляет от 8 до 11°С.
Если переохлаждение оказалось меньше 8°С, нужно
добавить хладагента, а если больше 11°С удалить
излишки фреона.
Давление в линии нагнетания (по датчику):
Температура конденсации (из таблицы):
Температура в жидкостной линии (по термометру): 45°С
Переохлаждение (по расчету)
Добавьте хладагент согласно результатам расчета.
Перегрев
1. Определение
Переохлаждение это разность между температурой
всасывания (Тв) и температурой насыщенного испарения
(Ти):
ПГ = Тв Ти.
2. Оборудование для измерения
Коллектор
Обычный или электронный термометр (с датчиком
температуры)
Фильтр или теплоизолирующая пена
Таблица пересчета давления в температуру для R 22.
3. Этапы измерения
1. Поместите колбу жидкостного термометра или датчик
электронного на линию всасывания рядом с
компрессором (10 20 см). Убедитесь, что поверхность
трубы чистая, и термометр плотно касается ее верхней
части, иначе показания термометра будут неверны.
Покройте колбу или датчик пеной, чтобы теплоизо
лировать термометр от окружающего воздуха.
2. Вставьте коллектор в линию нагнетания (датчик
высокого давления) и линию всасывания (датчик
низкого давления).
3. После того, как условия стабилизируются, запишите
давление в линии нагнетания. По таблице пересчета
давления в температуру для R 22 найдите температуру
насыщенного испарения хладагента (Ти).
4. Запишите температуру, измеренную термометром
на линии всасывания (Тв) в 10 20 см от компрессора.
Проведите несколько измерений и рассчитайте
среднюю температуру линии всасывания.
5. Вычтите температуру испарения из температуры
всасывания. Полученная разница и будет значением
перегрева хладагента.
6. При правильной настройке расширительного вентиля
перегрев составляет от 4 до 6°С. При меньшем
перегреве в испаритель попадает слишком много
хладагента, и нужно прикрыть вентиль (повернуть винт
по часовой стрелке). При большем перегреве в
испаритель попадает слишком мало хладагента, и
нужно приоткрыть вентиль (повернуть винт против
часовой стрелки).
4. Пример расчета переохлаждения
Давление в линии всасывания (по датчику):
Температура испарения (из таблицы):
Температура в линии всасывания (по термометру): 15°С
Перегрев (по расчету)
Приоткройте расширительный вентиль согласно
результатам расчета (слишком большой перегрев).
ВНИМАНИЕ
ЗАМЕЧАНИЕ
После регулировки расширительного вентиля не забудьте
вернуть на место его крышку. Изменяйте перегрев только
после регулировки переохлаждения.
Варианты работы холодильной установки: работа с нормальным перегревом; с недостаточным перегревом; сильным перегревом.
Работа с нормальным перегревом.
Схема холодильной установки
Например, хладагент подаётся под давлением 18 бар, на всасывании давление 3 бара. Температура, при которой в испарителе кипит хладагент t 0 = −10 °С, на выходе из испарителя температура трубы с хладагентом t т = −3 °С.
Полезный перегрев ∆t = t т − t 0 = −3− (−10)= 7. Это нормальная работа холодильной установки с воздушным теплообменником . В испарителе фреон выкипает полностью примерно в 1/10 части испарителя (ближе к концу испарителя), превращаясь в газ. Дальше газ будет нагреваться температурой помещения.
Перегрев недостаточный.
Температура на выходе будет уже, к примеру, не −3, а −6 °С. Тогда перегрев составляет всего 4 °С. Точка, где перестаёт кипеть жидкий хладагент, перемещается ближе к выходу испарителя. Таким образом, большая часть испарителя заполняется жидким хладагентом. Такое может случиться, если терморегулирующий вентиль (ТРВ) будет подавать больше фреона в испаритель.
Чем больше фреона будет находиться в испарителе, тем больше будет образовываться паров, тем выше будет давление на всасывании и повысится температура кипения фреона (допустим уже не −10, а −5 °С). Компрессор начнет заливать жидким фреоном, потому что давление увеличилось, расход хладагента увеличился и компрессор не успевает откачать все пары (если компрессор не имеет дополнительных мощностей). При такой работе холодопроизводительность повысится, но компрессор может выйти из строя.
Сильный перегрев.
Если производительность ТРВ будет меньше, то фреона будет поступать в испаритель меньше и выкипать он будет раньше, (точка выкипания сместиться ближе к входу испарителя). Весь ТРВ и трубки после него обмерзнут и покроются льдом, а процентов 70 испарителя не обмерзнут вообще. Пары фреона в испарителе будут нагреваться, и их температура может достигнуть температуры в помещении, отсюда ∆t ˃ 7. При этом холодопроизводительность системы понизится, давление на всасывании понизится, нагретые пары фреона могут вывести из строя статор компрессора.