Для чего нужен низкотемпературный комплект для прецизионных кондиционеров с выносным воздушным конденсатором?

Работа прецизионных кондиционеров с выносным воздушным конденсатором в условиях низких температур имеет ряд особенностей. Для России, с нашим сложным климатом, это очень актуально. Поэтому давайте разбираться.

Работа конденсатора cвоздушным охлаждением считается нормальной, когда процесс происходит следующим образом. 

Пары хладагента под высоким давлением (соответственно, и при высокой температуре) поступают в конденсатор, теплообменник которого при помощи вентилятора снаружи продувается воздухом окружающей среды. Далее при постоянном давлении пары хладагента, перемещаясь по трубкам теплообменника, охлаждаются, температура хладагента снижается до температуры конденсации, появляются капли жидкости хладагента. По мере перемещения хладагента по теплообменнику молекулы газа продолжают конденсироваться, появляется все больше и больше жидкости. В результате это приводит к тому, что в контуре протекает только жидкий хладагент. Далее температура жидкого хладагента продолжает снижаться, то есть переохлаждаться. Переохлаждением хладагента называется разность между температурой конденсации и температурой хладагента на выходе из конденсатора при постоянном давлении. Переохлаждение считается нормальным, если данная величина находится в диапазоне от 4 до 7 К.

При нормальной работе системы существует зависимость между температурой конденсации хладагента и температурой воздуха окружающей среды. Разность между этими значениями Δθ почти постоянна, и, как правило, это значение находится вблизи 15 К.

С наступлением холодного периода года по мере снижения температуры окружающей среды снижается и температура конденсации, и хладагент конденсируется все лучше и лучше. Из-за этого конденсатор становится переразмеренным — это приводит к падению давления конденсации хладагента и, как следствие, падению давления всасывания

Один из способов поднять давление конденсации — использование регулятора давления конденсации на выходе из конденсатора. Этот метод позволяет снизить поверхность теплообмена конденсатора за счет подъема уровня жидкости при падении давления конденсации. Снижение теплообменной поверхности способствует переохлаждению жидкого хладагента и приводит к уменьшению производительности конденсатора и подъему давления конденсации.

Для этой цели используется комбинация из регулируемого двухходового клапана и дифференциального клапана или трехходовой регулятор, предварительно настроенный на заводе.

Для систем с фреоном R407Cиспользуют регулируемый двухходовой клапан и дифференциальный клапан.

Если давление конденсации падает ниже величины, обусловленной настройкой регулируемого двухходового клапана, проход жидкости из конденсатора в ресивер начинает перекрываться. Жидкость не может больше беспрепятственно проходить в ресивер, ее уровень в конденсаторе поднимается, одновременно вызывая снижение поверхности теплообмена. Поскольку при этом из ресивера продолжается поступление жидкости на вход ТРВ, давление в нем начинает падать (так как ресивер перестает получать жидкость). Когда давление в ресивере упадет ниже давления нагнетания примерно на 1 бар, дифференциальный обратный клапан открывается и перепускает в ресивер горячий газ из магистрали, что приводит к повышению давления и температуры в ресивере.

Существует две схемы установки регулируемого двухходового клапана: до и после конденсатора. Схема с установкой после конденсатора применяется для возможности работы при умеренно низких температурах. Мы используем схему с установкой регулируемого двухходового клапана перед конденсатором для возможности нормальной работы кондиционера до –40 °С (рис. 1).

Для систем с фреоном R407Cмы используем регулируемый двухходовой клапан KVR, дифференциальный клапан NRDи обратный клапан NRVдля предотвращения перетекания фреона обратно в конденсатор (все агрегаты фирмы Danfoss). Обратный клапан устанавливается между ресивером и конденсатором.

Рисунок 1

Системы с фреоном R410А работают на более высоких давлениях, поэтому мы используем трехходовой регулятор LAC фирмы Sporlan.

Если давление нагнетания компрессора (которое подается к штуцеру 3-го клапана) падает ниже величины, отрегулированной на заводе, проход 1-го клапана зажимается и выход из конденсатора перекрывается. При этом поступление жидкости в ресивер ограничивается, и ее уровень в конденсаторе начинает подниматься, уменьшая теплообменную поверхность между воздухом и хладагентом. Чем больше закрывается проход 1, тем больше горячих газов через проходы 3 и 2 поступает в ресивер, что приводит к росту температуры жидкости в нем и, следовательно, повышению в нем давления.

Структурная схема системы с фреоном R410А изображена на рис. 2. 

Рисунок 2

Еще стоит отметить, что мы используем увеличенные ресиверы, емкости которых составляют не менее двух объемов заводской заправки фреоном. Повышенный объем ресивера обусловлен следующими причинами. Зимой, когда конденсатор практически полностью заполнен жидким фреоном, его количество в контуре должно быть увеличено, чтобы ресивер, жидкостная магистраль, ТРВ и испаритель не остались без жидкости. Кроме того, в условиях низких наружных температур соленоидные вентили открываются при запуске компрессора, и из ресивера через ТРВ в испаритель начинает поступать нормальное количество хладагента, паров которого достаточно для подачи горячего газа в конденсатор и быстрого повышения давления конденсации до рабочих значений.

Летом при повышении наружной температуры давление конденсации тоже растет. Рост давления конденсации по мере открытия регулятора давления конденсации приводит к опорожнению конденсатора и увеличению теплообменной поверхности с целью восстановления нормальной производительности конденсатора и заполнению ресивера. Следовательно, ресивер должен быть способным накапливать излишки заправки.

В завершение отметим, что схемы регулирования комбинацией из регулируемого двухходового клапана KVR и дифференциального клапана NRD (для фреона R407C) и трехходовым регулятором LAC (для фреона R410A) были успешно реализованы в кондиционерах фирмы Stulz. И показали себя как надежные решения при работе в условиях пониженных температур.

При написании статьи использована информация из «Справочного руководства по монтажу, эксплуатации, обслуживанию и ремонту современного оборудования холодильных установок и систем кондиционирования» Патрика Котзаогланиана.