Курс лекций по "Промышленная вентиляция и кондиционирование"

  5. Регулятор потока

      Регулятор потока служит для  дозированной подачи жидкого хладагента из области высокого давления (от конденсатора) в область низкого давления (к испарителю).

    Самым простым регулятором потока  является свернутая в спираль тонкая длинная трубка, называемая капиллярной трубкой, диаметром 0,6-2,25 мм различной длины.

    Капиллярные трубки наиболее широко применяются в кондиционерах сплит-систем малой мощности. Это обусловлено их низкой стоимостью, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.

    Капиллярная трубка надежно функционирует  как в условиях постоянной нагрузки (постоянных давлений нагнетания и всасывания), так и на переходных режимах.

     Однако в эксплуатации бывают  случаи изменения нагрузки испарителя или колебания давления нагнетания компрессора, которые могут привести к недостаточному или избыточному питанию испарителя хладагентом. Это связано с тем, что расход хладагента через трубку зависит только от перепада давлений на трубке.

Например:

1. при понижении давления конденсации из-за снижения окружающей температуры заполнение испарителя будет недостаточно, вследствие чего упадет холодопроизводительность;
2. при снижении тепловой нагрузки на испаритель весь жидкий хладагент не будет выкипать в испарителе и может попасть в компрессор и повредить его клапаны и подшипники. Это явление называют «гидравлическим ударом».

       В более мощных установках применяется терморегулирующий вентиль (ТРВ), регулирующий подачу хладагента в испаритель таким образом, чтобы поддерживать заданное давление испарения и перегрев в испарителе при изменении условий работы холодильной машины.

    На рис. 4.7 показана схема ТРВ с внутренним уравниванием для холодильных машин малой и средней мощности. 

  

 

  Рис. 4.7. Схемя ТРВ с внутренним уравниванием для холодильных

  машин малой и средней мощности:

  1 – ТРВ; 2 – пружина; 3 – регулировочный  винт; 4 – мембрана; 5 – испаритель; 6 – термобаллон.  

         Расход хладагента через ТРВ  определяется проходным сечением регулирующего клапана. На регулирующую мембрану (4) воздействует усилие пружины (2) и давление за клапаном (давление испарения), направленные на закрытие клапана. Над мембраной (4) термобаллоном (6) создается давление, направленное на открытие клапана.

    Термобаллон крепится к трубопроводу  на выходе испарителя, поэтому  давление в баллоне и, следовательно, над мембраной, определяется температурой на выходе испарителя (или перегревом в испарителе).

    При увеличении температуры наружного  воздуха хладагент начинает кипеть более интенсивно. Перегрев хладагента увеличивается и соответственно растет температура термобаллона. Возросшее давление в баллоне воздействует на мембрану ТРВ и открывает клапан, увеличивая подачу хладагента в испаритель и восстанавливая состояние равновесия.

    При уменьшении температуры наружного воздуха процесс идет в обратную сторону. ТРВ прикрывается и уменьшает подачу хладагента в испаритель.

    Регулировкой настройки пружины  (2) можно изменять настройку ТРВ,  задавая давление испарения и величину перегрева.

    Однако при изменении гидравлического  сопротивления испарителя вследствие варьирования условий работы холодильной машины ТРВ с внутренним уравниванием не позволяет точно поддерживать постоянное давление испарения на выходе.

       На рис. 4.8 показана схема ТРВ  с внешним уравниванием.

        

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 4.8. Схема терморегулирующего вентиля с внешним  уравниванием:

1 – ТРВ; 2 – пружина; 3 – регулировочный винт; 4 – мембрана; 5 – испаритель; 6 – термобаллон; 7 – управляющая линия. 

       В холодильных машинах средней  и большой мощности при регулировании  мощности применяют ТРВ с внешним  уравниванием, в котором давление  замеряется не за клапаном, а на выходе из испарителя с помощью дополнительной управляющей трубки (7). Благодаря такому подключению, ТРВ обеспечивает стабильное поддержание давления испарения и перегрева при переменном гидравлическом сопротивлении в испарителе.   

4.1.4. Работа холодильной машины в режиме теплового насоса

       Как видно из схемы холодильного  цикла, в кондиционере идет как бы перекачка тепла из помещения, в котором установлен испаритель, в окружающее пространство, как правило на улицу, где установлен конденсатор. Из испарителя всегда выходит более холодный воздух, а из конденсатора — более теплый.

    Если поменять местами конденсатор  и испаритель, то мы будем греть  помещение и охлаждать улицу, перекачивая тепло с улицы в комнату. Поскольку кондиционер не создает тепло (если, конечно, не учитывать нагрев от компрессора), а только перекачивает его, то затраты энергии получаются примерно в три раза меньше тепла, которое выделяется в помещении. Когда речь идет о замене конденсатора на испаритель, то под этим понимается так называемый реверсный (обратный) цикл или иначе цикл «теплового насоса», для чего в схему встраивается 4-х ходовой клапан, переключающий направление потоков хладагента.

    Схема холодильного контура, способного  работать как в режиме охлаждения, так и в режиме «теплового насоса», показана на рис. 4.9.

       В режиме охлаждения (рис. 4.9, а) пары хладагента с выхода компрессора (1) четырехходовым клапаном (2) направляются в теплообменник наружного блока (8), где конденсируются. Через обратный клапан (3) и ресивер (4) жидкий фреон с высоким давлением попадает на терморегулирующий вентиль (6). Терморегулирующий вентиль (9) и обратный клапан (6) при этом закрыты. Из ТРВ (5) жидкий хладагент поступает к теплообменнику внутреннего блока (7), где испаряется и через четырехходовой клапан (2) поступает на вход компрессора (1). 

                                                   

Рис. 4.9. Схема реверсивного холодильного цикла:

1 – компрессор; 2 –  четырёхходовой клапан; 3,6 – обратный клапан; 4 – ресивер; 5,9 – терморегулирующий вентиль; 7,8 – теплообменник внутренненго блока   

       В режиме обогрева (рис. 4.9, б) пары хладагента четырехходовым клапаном (2) направляются в теплообменник внутреннего блока (7), выполняющего роль конденсатора. Через обратный клапан (6) и ресивер (4) жидкий фреон с высоким давлением попадает на терморегулирующий вентиль (9). Терморегулирующий вентиль (5) и обратный клапан (3) при этом закрыты.

     
 

Рис. 4.10. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 4.11. 
 

       Реверсирование цикла производится четырехходовым клапаном (2).

Схема работы четырехходового клапана  в разных режимах показана на рис. 4.10 и 4.11.

       В режиме охлаждения (см. рис. 4.10) обмотка клапана обесточена и  управляющий клапан соединяет левую полость поршня клапана с линией всасывания перед компрессором. Поршень перемещается влево и соединяет выход компрессора с теплообменником внешнего блока, а вход — с теплообменником внутреннего блока.

     В режиме обогрева (см. рис. 4.11) электропитание подается на обмотку клапана и управляющий клапан соединяет правую полость поршня с линией всасывания перед компрессором. Поршень перемещается вправо и соединяет выход компрессора с теплообменником внутреннего блока, а вход — с теплообменником внешнего блока.

    Таким образом, для обеспечения  возможности работы кондиционера в режиме теплового насоса необходимо выполнить следующие мероприятия:

1. Установить четырехходовой клапан реверсирования цикла.
2. Изменить (усилить) конструкцию теплообменника внутреннего блока, так как в режиме обогрева он работает под высоким давлением.
3. Установить отделитель жидкости перед компрессором, чтобы исключить попадание жидкого хладагента в компрессор при изменении режима работы кондиционера с охлаждения на обогрев и обратно.
4. Установить еще один ТРВ и комплект обратных клапанов.
5. Установить дополнительный ресивер для жидкого хладагента, так как усложняются условия работы кондиционера и увеличивается количество заправляемого хладагента.

 

       Эффективность работы кондиционера  в режиме обогрева оценивается  отношением изменения энтальпии хладагента (или количества тепла, выделяемого в конденсаторе (HD-HB) к изменению энтальпии хладагента в процессе сжатия (HD-HC) см. рис. 4.3.

       Аналогично режиму охлаждения, значение  коэффициента эффективности кондиционера  в режиме обогрева определяется как отношение тепловой мощности к электрической мощности компрессора, а также других вспомогательных элементов кондиционера. 

4.1.5. Работа кондиционера  при низкой температуре окружающего воздуха.

       Как правило воздушный конденсатор  холодильной машины эксплуатируется в атмосферных условиях (на открытой площадке).

     Работа холодильной машины при  низких температурах окружающего воздуха связана с рядом проблем, среди которых выделим пять основных:

1. Уменьшение холодопроизводительности в режиме охлаждения

     Из-за снижения температуры воздуха,  обдувающего конденсатор наружного блока, уменьшаются температура и давление конденсации. Как следствие, уменьшается расход жидкого хладагента, поступающего в испаритель через регулятор расхода.

     В результате уменьшения расхода хладагента падает давление испарения и возможно отключение кондиционера при срабатывании устройств защиты по низкому давлению.

     Особенно заметно снижение расхода  хладагента и уменьшение холодопроизводительности в кондиционерах с капиллярной трубкой, которой оснащаются практически все бытовые кондиционеры.

   В кондиционерах, оборудованных терморегулирующим  вентилем, открытие ТРВ до какого-то момента компенсирует падение давления конденсации, но после того, как ТРВ откроется полностью, эффект будет таким же, как и в случае с капиллярной трубкой.

  Для увеличения давления конденсации при  низкой температуре наружного воздуха принимаются следующие технические меры:

• уменьшается скорость вращения вентилятора обдува конденсатора (плавно или ступенчато) вплоть до полной его остановки;
• охлаждающий воздух перепускается мимо конденсатора или полностью перекрывается;
• перед конденсатором устанавливается специальный клапан регулирования давления конденсации, который отводит большую часть хладагента мимо конденсатора. Такое техническое решение позволило, например, в прецизионных кондиционерах фирмы UNIFLAIR (см. раздел 3.7) сохранить холодопроизводительность до температуры наружного воздуха минус 35 °С.

       Эффективной мерой сохранения  холодопроизводительности блоков с центробежными вентиляторами, установленных в помещении (подвале, на чердаке и т.д.), является выброс выходящего из конденсатора воздуха не на улицу, а в это же помещение. Для этого в воздуховоде отвода воздуха от конденсатора устанавливаются дополнительные заслонки, которые перепускают часть или полный расход теплого воздуха, идущего от конденсатора.

2. Уменьшение теплопроизводительности  в режиме обогрева

       В режиме обогрева происходит  реверсирование цикла и теплообменник  наружного блока выполняет роль испарителя.