Курс лекций по "Промышленная вентиляция и кондиционирование"

    При низкой температуре наружного  воздуха уменьшается перепад между температурой кипящего хладагента и температурой окружающего воздуха. Количество передаваемого тепла, необходимого для кипения хладагента, уменьшается и соответственно ухудшаются условия кипения хладагента.

    Как следствие, снижается давление  всасывания, падает производительность компрессора. Одновременно снижаются давление и температура конденсации, что приводит к уменьшению теплопроизводительности кондиционера.

    В этих условиях необходимо  максимально увеличить обдув испарителя.

    Обычно это достигается увеличением  скорости вращения вентилятора  наружного блока.

    По мере приближения температуры  наружного воздуха к температуре  кипения хладагента теплопроизводительность кондиционера снижается и при достижении минус 20-22 °С составляет 20-25%.

3. Обмерзание теплообменника  наружного блока при длительной работе в режиме обогрева

       При работе кондиционера в  режиме обогрева происходит охлаждение  наружного воздуха, обдувающего теплообменник.

       При определенном соотношении температурных и влажностных параметров атмосферного воздуха возможно появление конденсата на пластинах теплообменника наружного блока, образование льда и обмерзание теплообменника. В ряде случаев возможно образование льда и обмерзание теплообменника.

    Образовавшийся лед не только  ухудшает характеристики кондиционера, уменьшая теплопередачу, но и может физически повредить наружный блок, что может привести к довольно дорогостоящему ремонту.

       Поэтому предотвращению обмерзания  и своевременной разморозке теплообменника наружного блока уделяется самое большое внимание.

    Для удаления льда и снеговой  шубы с теплообменника наружного блока кондиционер кратковременно переводят в режим охлаждения. Теплообменник прогревается горячим конденсирующимся хладагентом, накопившийся лед растапливается, и наружный блок вновь готов к эксплуатации. На время оттайки теплообменника вентиляторы наружного и внутреннего блоков останавливаются.

    Алгоритм системы оттайки должен быть построен таким образом, чтобы, с одной стороны, — режим оттаивания включался как можно реже и на минимальное время, с другой стороны, чтобы не возникало накопление льда на теплообменнике. 

4. Возможность повреждения компрессора при пуске.

       При низких температурах наружного  воздуха жидкий хладагент может  растворяться в масле компрессора. Поэтому во время остановки компрессора возможно попадание хладагента в масло, находящееся в картере компрессора.

    Во время пуска поршневого компрессора при движении поршня вверх в картере возникает разрежение и может происходить вскипание хладагента. Одновременно вспенивается масло и происходит его выброс в выходной трубопровод.

     Для исключения этого на компрессорах  средней и большой мощности обязательно устанавливаются обогреватели картера, предотвращающие накопление жидкого хладагента в масле при выключенном компрессоре.

    В компрессорах роторного типа, не имеющего масляного картера,  эта проблема менее остра, чем в поршневых компрессорах. Поэтому на компрессорах SCROLL малой мощности (примерно до 8-10 кВт) отсутствие обогревателя картера практически не влияет на работоспособность компрессора. 

5. Опасность попадания  жидкого хладагента в компрессор при работе в режиме обогрева.

       Ухудшение условий кипения хладагента в теплообменнике наружного блока при работе кондиционера в режиме охлаждения может привести к «проскоку» жидкого хладагента и попаданию его в компрессор.

    Возникающий при этом гидравлический  удар может повредить компрессор.

    В связи с этим приходится устанавливать дополнительный ресивер (отделитель жидкости) перед компрессором на линии всасывания. 

4.1.6. Основные сведения  о хладагентах.

       Наиболее важными характеристиками  хладагента являются следующие показатели:

• отсутствие негативных эффектов при воздействии на внешнюю среду, отсутствие токсичности и воспламеняемости;
• невысокое рабочее давление, приближенное к атмосферному, совместимость с материалами, используемыми в холодильных контурах, и со смазывающими маслами;
• высокие удельные показатели перехода в газообразную фазу (для перевода килограмма жидкости в газообразную фазу требуется большее количество тепла и, соответственно, меньшее количество хладагента при сохранении заданной производительности);
• невысокий удельный объем в газообразной фазе, что позволяет сократить объем и массу компрессора;
• умеренные температуры в конце сжатия в компрессоре с тем, чтобы избежать сгорания смазки;
• низкие показатели удельной теплоемкости в жидкой фазе с тем, чтобы сократить до минимума количество образуемого пара при прохождении через терморегулирующий расширительный клапан;
• низкая себестоимость и достаточный объем производства.

 

     В практике холодильной техники  применяются две группы фреоновых хладагентов: хлорофтороуглероды (CFC) и гидрофтороут-лероды {HCFC).

    К первым относятся хладагенты  типа R-11,R-12, R-500 и R-502. Ко вторым — R-22. 

    В прошедшие годы выяснилось, что перечисленные хладагенты при утечке в атмосферу вредно влияют на озоновый слой, защищающий землю от ультрафиолетовых солнечных лучей. Кроме того, подтвердились данные о влиянии их на увеличение парникового эффекта в атмосфере Земли (так называемые «парниковые газы»).

       Свойство хладагентов разрушать  озон оценивается так называемым  потенциалом разрушения озона — ODP (Ozon Depletion Potential), который варьируется от 0 до 1.

    Для первой группы показатель ODP очень высок, для HCFC он значительно более ниже.

    Поэтому далее последовали важные  решения, направленные на введение ограничений и остановку производства как CFC, так и HCFC.

    Эти решения впервые были приняты  на международном уровне в  Монреальском протоколе в 1990 г., вслед за которым последовало принятие в отдельных странах независимых решений о предупредительном запрете их использования.

    В ноябре 1992 г. на Конференции в Копенгагене была принята программа постепенного прекращения производства фреонов группы CFC и HCFC, так называемая «поправка» к Монреальскому протоколу.

    Программа вступила в силу  с 14 июня 1994 г. только для тех  государств, которые ратифицировали поправку. Было принято решение прекратить производство фреонов группы CFC: R-12 и R-11. В соответствии с поправкой предполагалось также на 90% сократить потребление фреонов группы HCFC: (R-22) к 2015 г., а полностью прекратить их производство к 2030 г.

    Российская Федерация пока не  ратифицировала Копенгагенскую  программу, ограничивающую производство и использование R-22, мотивируя это рядом экономических и технических трудностей.

    В настоящее время найден заменитель  для R-12 — это новый фреон R-134a, относящийся к группе HFC и не содержащий хлора в своей молекуле, а только атомы фтора и водорода, абсолютно не наносящий вреда озоновому слою с показателем ODP равным 0. Однако он также относится к «парниковым газам». И, кроме того, его тепловые характеристики существенно ниже.

       Поиск заменителя для R-22 пока не завершен. Можно предвидеть, что и R-22 и R-502 будут заменены смесями из двух или трех компонентов. Смеси эти могут быть стабильными и нестабильными. Первые сохраняют постоянным газовый состав в случае утечек, для вторых же газовый состав изменяется в связи с испарением наиболее легких элементов. В этих условиях могут происходить изменения показателей функционирования установок.

       С тем, чтобы преодолеть это  препятствие, ведется поиск «почти стабильных» смесей, использование которых, даже при больших утечках, мало меняет состав смеси.

    Физические свойства хладагентов  R-22 и R-134a  приведены в табл.4. ?  

Таблица 4.   Физические свойства хладагентов R-22 и R-134a 
 

 

Применение  новых хладагентов категории  HFC типа R-134a требует:

• употребления специальных «эфирных масел», несовместимых с известными маслами для R-22 и требующих большой аккуратности и осторожности при обращении;
• тщательности при герметизации стыков, так как молекулы HFC имеют гораздо меньшие размеры, чем молекулы традиционных хладагентов;
• установки фильтров-осушителей с гораздо более мелким фильтром;
• применения теплообменников (испарителей, конденсаторов) увеличенного размера, в связи с более низкими тепловыми характеристиками;
• более тщательного проведения операции вакуумирования, потому что при соприкосновении хладагента и воды может образовываться фторводород-ная кислота.

       Все вышеперечисленные проблемы, связанные с использованием новых хладагентов, и определяют широкое применение до настоящего времени и в ближайшем будущем, по крайне мере на период ближайших 10 лет, хладагента R-22 
4.2. Термодинамические циклы холодильных машин

4.2.1  P–V диаграмма холодильного цикла 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.2.2  Т-S диаграмма холодильного цикла

4.2.3  P-I  диаграмма холодильного цикла

4.2.4 Т-S и P-I  диаграммы холодильных циклов многокомпонентных хладагентов