Какое соотношение диаметра фреонопровода и мощности охлаждения. Методика расчёта диаметров холодильных трубопроводов с использованием номограмм. Масло в фреоновой цепи

С целью определения мощности VRF-систем, номенклатуры внутренних и наружных блоков, а также других параметров системы кондиционирования (типоразмеры фреоновых трубопроводов, рефнетов, коллекторов, тройников и др.) проводится расчет VRF-системы.

Расчет выполняется на стадии проектирования и может быть произведен как вручную, так и с помощью специального программного обеспечения.

Всегда готовы помочь и ждем вашего обращения. Оставьте контакты и мы перезвоним для консультации.

Цель расчета VRF

Целью расчета VRF является:

1. подбор внутренних блоков мультизональной системы кондиционирования (определение холодильной мощности и модели)
2. моделирование сети трубопроводов, её проверка на условия работоспособности VRF-системы (общая длина трассы, длина до самого удаленного блока и т.д.)
3. определение диаметров фреоновых трубопроводов на всех участках (магистрального трубопровода, исходящего из наружного блока, труб между рефнетами и коллекторами, труб, подходящих ко внутренним блокам и др.)
4. определение типоразмеров рефнетов, коллекторов и тройников
5. подбор наружных блоков мультизональной системы кондиционирования (определение холодильной мощности и модели)
6. выбор способа управления мультизональной системой кондиционирования и подбор соответствующего оборудования.

Отметим, что данный список составлен в последовательности его исполнения. При этом может показаться странным, что подбор внутренних блоков производится в самом начале, а наружных - практически в самом конце. Действительно - это так. Дело в том, что для определения наружного блока недостаточно просто просуммировать холодопроизводительности внутренних блоков. Типоразмер наружного блока зависит и от длины трубопроводов, расположения рефнетов и др.

Расчет VRF вручную

Расчет VRF вручную производится с помощью документации производителя. Для каждой конкретной мультизональной системы кондиционирования следует пользоваться строго «родной» технической документацией.

Проверка геометрии системы

При ручном расчете обязательно необходимо тщательно проверять геометрию системы на предмет её соответствия различным ограничениям (см. рис. 1).

Рисунок 1. Схема определения различных длин и перепадов высоты трубопроводов фреонового контура, которые требуют проверки при проектировании VRF-системы. Перечень ограничений на примеремультизональной системы кондиционирования IMSкомпании IGC приведен ниже в таблице 1

Таблица 1. Ограничения по длине и перепаду высот в мультизональных системах IMS от IGC

Подбор диаметров трубопроводов

После проверки всех длин и перепадов высот приступают к расчету диаметров трубопроводов.

Расчет производится также на основе таблиц, и диаметры трубопроводов выбираются исходя из мощности всех кондиционеров, которые будут подключены к данной трубе (независимо от того, напрямую или посредством рефнетов). Пример такой таблицы приведен ниже:

Таблица 2. Расчет диаметров фреоновых трубопроводов и выбор моделей рефнетов в мультизональных системах IMS от IGC

Отметим, что для магистральной трубы используется отдельная таблица. Также отдельная таблица используется и для определения диаметров трубопроводов, идущих от рефнета ко внутреннему блоку.

Подбор рефнетов и коллекторов

После расчета диаметров трубопроводов выполняют подборрефнетов и коллекторов. Выбор рефнетов также зависит от мощности подключенных внутренних блоков или от диаметра трубопровода, на который он устанавливается. В случае мультизональных систем IMS компании IGC данная таблица совмещена с таблицей выбора диаметров трубопроводов (см. табл. 2).

Наконец, после проверки ограничений VRF-систем, выбора диаметров трубопроводов и моделей рефнетов и тройников расчет можно считать оконченным.

Расчет VRF с помощью программы

Для удобства выполнения расчетов VRF-систем практически все производители создают собственное программное обеспечение, позволяющее в автоматическом режиме подобрать все параметры системы кондиционирования и проверить её на ограничения.

В этом случае от пользователя потребуется только прорисовать схему системы: выбрать необходимые внутренние блоки и указать длину каждого из участков фреоновой трассы. Все последующие действия программа выполнит самостоятельно.

В случае ошибок или несоответствий ограничениям, программа выдаст сообщение. Если же всё в порядке, то итогом работы программы будет спецификация всех элементов системы.

Вопрос снижения мощности внутренних блоков

При расчете VRFс помощью программы часто оказывается, что программа указывает мощность внутренних блоков ниже, чем номинальная. Действительно, этот факт имеет место быть: в зависимости от длины участков трасс, перепадов высот, комбинации внутренних и наружных блоков и других параметров реальная холодопроизводительность внутренних блоков будет изменяться.

Поэтому при проектировании мультизональных систем кондиционирования следует учитывать возможное изменение (снижение) мощности блоков и учитывать в расчетах не номинальную, а фактическую холодопроизводительность.

При проектировании холодильных установок бывает необходимость разместить испарительно-компрессорный агрегат на первом этаже или в подвале, а конденсатор воздушного охлаждения - на кровле здания. В таких случаях необходимо уделять особое внимание правильному выбору диаметра и конфигурации нагнетательного трубопровода, обеспечивающих циркуляцию смазочного масла в системе.

Во фреоновых холодильных установках, в отличие от аммиачных установок, смазочное масло растворяется во фреоне, уносится с нагнетаемыми парами из компрессора и может накапливаться в различных местах трубопроводной системы. Чтобы масло, уходящее из компрессора, поднималось по нагнетательному трубопроводу в конденсатор, на горизонтальном участке трубопровода перед переходом к вертикальному участку устанавливают петлю-сифон, в котором скапливается масло. Размер петли в горизонтальном направлении должен быть минимальным. Обычно ее изготовляют из отводов, изогнутых под углом 90°. Пары фреона, проходящие через сифон, "раздробляют" скопившееся там масло и уносят его вверх по трубопроводу.

В холодильных установках с постоянной (нерегулируемой) холодопроизводительностью скорость движения фреона в трубе не меняется. В таких установках, если высота вертикального участка 2,5 м или меньше, сифон можно не устанавливать. При высоте больше 2,5 м предусматривают установку сифона в начале стояка и дополнительные сифоны (маслоподъемные петли) через каждые 5-7 м, а горизонтальный участок трубопровода монтируют с уклоном в сторону вертикального стояка.

Диаметр нагнетательного трубопровода, определяют по формуле:

Где: V= G/ρ - объемный расход фреона, м 3 /с; ρ, кг/м 3 - плотность фреона; G - массовый расход фреона (кг/с) - G А =Q 0 /(i 1"" +i 4) , величину которого определяют c помощью диаграммы i-lg p для используемого в установке фреона при известных (заданных) холодопроизводительности (Q 0 ), температуре испарения (t o ) и температуре конденсации (t k ).

Если холодильный компрессор оснащен системой регулирования холодопроизводительности (например, от 100% до 25%), то при ее уменьшении и, следовательно, уменьшении расхода и скорости фреона в восходящем нагнетательном трубопроводе до минимального значения (8 м/с), подъем масла прекратится. Поэтому в холодильных установках с регулируемой производительностью компрессора, восходящий участок трубопровода (стояк) выполняют из двух параллельных ветвей (рис.1).

Схема холодильной установки

При максимальной производительности установки пары фреона и масло поднимаются по обоим трубопроводам. При минимальной производительности и, следовательно, скорости движения фреона в основной ветви (Б ) масло скапливается в сифоне, препятствуя движению фреона по этому трубопроводу. В этом случае подъем фреона и масла будет осуществляться только по трубопроводу А .

Расчет нагнетательного спаренного трубопровода начинают с определения диаметра этого трубопровода. Так как для него известны холодопроизводительность (например, 0,25·Q км) и требуемая скорость паров фреона (8 м/с), то требуемый диаметр трубопровода определяют по формуле (1), после чего по каталогу медных трубопроводов подбирают трубу, диаметр которой наиболее близок к значению, полученному расчетным путем.

Диаметр трубопровода основной ветви d Б определяют из условия, что при максимальной производительности установки, когда фреон поднимается по обеим параллельным ветвям, гидравлические потери в ветвях одинаковы:

G А + G Б = G км (2)

Δр А = Δр Б (3)

Где: λ - коэффициент гидравлического трения; ζ - коэффициент местных потерь.

Из рис. 1 видно, что длины участков, количество и характер местных сопротивлений в обеих ветвях примерно одинаковы. Поэтому

Откуда

Пример решения задачи определения диаметров нагнетательных трубопроводов холодильной машины.

Определить диаметры нагнетательных трубопроводов холодильной машины для охлаждения воды в системе кондиционирования воздуха, с учетом следующих исходных данных:

холодильная нагрузка.........................................................320 кВт;

• диапазон регулирования производительности.....................100-25 %;

• холодильный агент..............................................................R 410A;

• температура кипения...........................................................t o = 5 °C;

• температура конденсации....................................................t k = 45 °C.

Размеры и конфигурация трубопроводов приведены на рис.1.

p (для фреона R 410A) представлена на рис. 1.

Параметры фреона R410A в узловых точках цикла приведены в таблице 1.

Схема холодильного цикла в диаграмме i-lg p (для фреона R404A)

Таблица 1

Решение.

Определение диаметров трубопроводов начинаем с трубопровода А , для которого известно, что скорость фреона в нем должна быть не менее 6 м/с, а расход фреона должен быть минимальным, т.е., при Q 0 = 0,25·Qкм = 0,25 х 320 = 80 кВт .

1) удельная холодопроизводительность при температуре кипения t 0 =5 °С :

q 0 = 289 - 131 = 158 кДж/кг ;

2) общий массовый расход фреона в трубопроводах (в нагнетательном патрубке компрессора):

G км = Q o ,км /q 0 = 320/158 = 2,025 кг/с;

3) массовый расход фреона в трубопроводе А :

G A = 0,25 х 2,025 = 0,506 кг/с.

Определяем диаметр трубопровода А :

В 1954 году, по возвращении в Москву, поступил на работу в "МРМК холодильного оборудования". Затем трудовая деятельность была продолжена во Всесоюзном научно-исследовательском холодильном институте (ВНИХИ) в качестве старшего научного сотрудника.

В 1970 году защитил диссертацию и получил степень кандидата технических наук.

В дальнейшем работал в проектных организациях по направлению, связанному с проектированием холодильных установок и систем кондиционирования воздуха, параллельно преподавал и занимался переводом технической литературы с английского языка.

Полученный опыт был заложен в основу популярного учебного пособия - "Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха", 3-е издание которого вышло в свет в 1989 году.

На сегодняшний день Борис Константинович продолжает успешно консультировать и выполняет работы по проектированию (в среде ACAD), холодильных установок и систем кондиционирования воздуха, а также оказывает услуги по переводу технической литературы и текстов с английского языка по тематике: холодильные установки и системы кондиционирования воздуха.

Лицам и организациям, заинтересованным в сотрудничестве, лично, с Явнелем Б.К., просим направлять запросы на .

Спасибо.

Небольшой мануал по прокладке трасс фреонопровода и дренажа. С подробностями и небольшими хитростями. Все они родились и пришли с , и я очень надеюсь, значительно упростят работы по монтажу систем вентиляции и кондиционирования.

Любой монтаж кондиционера (в нашем случае самый распространенный вариант- сплит система) начинается с прокладки медных трубок для циркуляции фреона. В зависимости от модели кондиционера и его мощности (по параметрам охлаждения, в КВт), медные трубки имеют разный диаметр. При этом трубка, предназначенная для газообразного фреона, имеет бОльший диаметр, а трубка жидкостного фреона, соответственно, меньший. Так как мы имеем дело с медью, всегда надо помнить, что это материал очень нежный и легко деформируемый. Поэтому работы по прокладке трасс необходимо выполнять только квалифицированному персоналу и очень осторожно. Дело в том, что повреждение медных труб может вызвать утечку фреона и, как следствие, выход из строя всей системы кондиционирования в целом. Осложняется это тем, что фреон не обладает ярко выраженным запахом и понять, где конкретно происходит утечка, можно только с помощью специального прибора- течеискателя.

Итак, начинаются монтажные работы с разматывания бухты медной трубки. Она имеют стандартную длину- 15 метров.

Важно. Медные трубки бывают двух видов: отожжённые и нет. Отожженные поставляются в бухтах и легко гнуться, не отожжённые поставляются хлыстами и имеют жёсткую структуру.

Если нам повезло, и расстояние между внутренним и наружным блоком меньше 15 метров, работа будет заключаться только в прокладке одной бухты (каждого диаметра). Если же расстояние превышает этот метраж, то медные трубки необходимо спаивать между собой.

После того, как необходимая длина медной трубки размотана из бухты, лишнее надо отрезать. Делается это с помощью специального трубореза, так как он при отрезании трубы не оставляет металлической крошки, которая может попасть во внутрь системы. А это недопустимо. На моей практике встречались такие которые перекусывали трубки кусачками и даже отрезали болгаркой! Вследствие такого монтажа, кондиционер проживет пару тройку месяцев и компрессор сломается «по непонятным причинам».

Важно. После того, как медная трубка отрезана в подходящий размер, ее необходимо закрыть специальными пластиковыми заглушками или просто заклеить сантехническим скотчем.

Настало время для изолирования медных трасс. Для этих целей используется специальная изоляция на основе вспененного каучука. Она выпускается хлыстами по два метра и различается типоразмерами под каждый конкретный диаметр медной трубки. Во время натягивания изоляции на трубу необходимо внимательно следить за тем, чтобы не порвать ее. Между собой хлысты после плотного примыкания друг к другу склеиваются при помощи скотча. Чаще всего используют серый сантехнический скотч. Далее, подготовленная таким образом пара медных трубок (жидкостная и газовая), монтируется в обслуживаемом помещении. Обычно, трассы проходят в межпотолочном пространстве (между бетонным перекрытием и подшивным потолком). Так же в составе магистрали фреонопровода проходит кабель межблочного соединения. Он связывает в единое целое внутренний и внешний блок. При креплении трасс к бетонному перекрытию наибольшее распространение получила перфолента. Ее нарезают небольшими кусками и притягивают трубки для надежной фиксации.

Важно. Не допускается чрезмерное усилие при фиксации перфолентой, так как это может привести к деформации достаточно пластичной и мягкой медной трубки. А также очень сильно сжатая изоляция теряет свои теплоизоляционные свойства и в таких местах возможно появление конденсата.

В прокладке медных трасс фреонопровода самым сложным местом является прохождение отверстий в стенах, особенно в толстых монолитных. При этом достаточно капризная изоляция обычно рвется, а это недопустимо т.к. места трубок, где ее нет, обмерзают. Чтобы избежать этого, прибегают к, своего рода, «армированию» изоляции. Для этого по всей длине трубки (которая будет проходить по отверстию), прямо поверх изоляции проклеивают сантехническим плотным скотчем, который и берет на себя основной «удар».

Вот, собственно, и все. Монтаж медных трасс фреонопровода завершен. Теперь осталось только внимательно проверить целостность изоляции и общий вид самих трасс.

Методика расчёта диаметров холодильных трубопроводов с использованием номограмм

1. Исходные данные, принятые при составлении номограмм.

А. Максимальные потери в трубопроводах:

На линии всасывания при - 8°С: 2 °К;

На линии всасывания при -13 °С, - 18°С, -28°С и -38°С: 1,5 °К;

На линии нагнетания: 1 °К

На жидкостной линии: 1 °К.

В. Скорости:

Максимально допустимая скорость газового потока - 15 м/с, чтобы не превысить уровень шума, неприемлемый для окружающей среды;

Минимально допустимая скорость газового потока;

а) в вертикальных трубах с изгибами: минимальная скорость газа на вертикальных участках выбирается из условия обеспечения возврата масла в компрессор и зависит от температуры хладагента и диаметра трубопровода;

б) в горизонтальных трубах: не ниже 3,5 м/с, чтобы обеспечить нормальный возврат масла;

Максимальная скорость жидкой фазы не более 1,5 м/с во избежание разрушения электромагнитных клапанов при гидроударах.

С. Понятие эквивалентной длины.

Чтобы учесть местные сопротивления (вентили, повороты), вводится понятие эквивалентной длины, которая определяется умножением фактической длины магистрали на поправочный коэффициент. Значения коэффициента следующие:

Для длин от 8 до 30 м: 1,75

Для длин свыше 30 м: 1,50.

D. Теоретические условия работы :

Температура конденсации: +43°С - без переохлаждения;

Температура всасываемых газов;

а) для -8°С и -18°С: +18°С

б) для -28°С и -38°С: 0°С

2. Использование номограмм для подбора диаметров труб.

А. Выбрать номограмму, соответствующую используемому хладагенту.

В. Магистрали всасывания.

Выбрать номограмму, эталонная температура всасывания по которой наиболее близка к заданной температуре;

Отложить по оси ординат - заданную холодопроизводительность, по оси абсцисс - фактическую измеренную длину магистрали (поправка на эквивалентную длину уже учтена при построении номограммы).

Вблизи найденной таким образом точки пересечения выбрать соответствующий наиболее подходящий диаметр. Решающим фактором при этом всегда остается учет ограничений на скорости потока:

Найденная точка должна быть сдвинута вправо, если вы хотите уменьшить потери давления, насколько это возможно;

Если найденная точка находится в зоне приемлемых потерь, она должна быть сдвинута влево (см. Примеры).

Чтобы сделать проверку правильности выбранного диаметра, нужно при заданной холодопроизводительности и выбранном значении диаметра определить по номограммам длину трубы, которой соответствуют указанные и заголовке номограммы потери. Тогда реальные потери могут быть подсчитаны по формуле:

∆Р(∆ Т) фак = ∆Р(∆ Т)ном х D фак

D ном.

∆Р(∆ Т) фак - соответственно потери давления (или температуры) фактические и номинальные, указанные в заголовке номограммы;

D фак - фактически измеренная длина трубопроводов;

D ном. - длина трубопровода, определенная по номограмме в точке пересечения выбранного диаметра трубопровода и ординаты заданной холодопроизводительности.

При выборе диаметра трубы следует обращать внимание на положение полученного значения диаметра по отношению к кривым, ограничивающим допустимые величины скорости потока в трубе: для горизонтальных трубопроводов - не ниже 3,5 м/с, для вертикальных трубопроводов - не ниже значений, соответствующих кривой "минимальная скорость газа в вертикальных трубопроводах для возврата масла". Дли вертикальных трубопроводов выбранное значение диаметра должно находиться слева от этой кривой. Одновременно желательно, чтобы скорость газа не превышала 15 м/с, если для установки имеет значение уровень шума в трубах.

С. Магистрали нагнетания.

Метод выбора диаметра такой же, как и для магистралей всасывания, но эталонное значение температуры конденсации принято равным +43 °С.

D. Сдвоенные трубопроводы.

Предназначены для восходящих вертикальных магистралей всасывания или нагнетания с переменным расходом (многокомпрессорные агрегаты, компрессоры с регулировкой производительности или многокамерные установки), а также при значениях диаметров одиночного трубопровода свыше 2 5/8".

Для определения диаметров сдвоенных трубопроводов вначале следует подобрать допустимый диаметр одиночного восходящего трубопровода для заданной холодопроизводительности аналогично пункту "А". Затем по таблице, указанной слева вверху на диаграмме, найти рекомендуемые диаметры пары восходящих трубопроводов, эквивалентных найденному значению одиночного трубопровода. Эта пара подобрана в пропорции около 1/3 ÷ 2/3 от заданной холодопроизводительности.

Е. Жидкостные магистрали .

Потери давления в жидкостных магистралях определяются двумя факторами:

Динамические потери давления, зависящие от скорости движения жидкости (указаны непосредственно в номограммах);

Статические потери давления, обусловленные разницей высот столба (рассчитываются в зависимости от трассировки установки, с учетом величины статических потерь на один метр высоты подъема трубопровода: для жидкого R22 при температуре +43 оС – 0,112 бар или 0,28 оК на 1 м, а с учетом переохлаждения ≈ 0,12 бар или ≈ 0,3 °К).

Эти трубопроводы должны быть тщательно рассчитаны во избежание потерь давления, превышающих допустимое переохлаждение. В противном случае возможно самопроизвольное вскипание хладагента в жидкостном трубопроводе (преждевременное парообразование). Если контур содержит быстродействующие клапаны (например, электромагнитные), скорость жидкости в трубопроводах должна быть не выше 1,5 м/с. Ограничений снизу для скорости движения жидкости в трубах нет (см. Пример 1). Для магистралей соединяющих конденсатор с ресивером эта скорость должна быть всегда ниже 0,5 м/с. В любом случае ресивер должен находиться ниже конденсатора. Минимальная разница высот составляет 0,3 м. Если эти условия не будут выполнены, то в конденсаторе будет накапливаться большее количество хладагента, чем рассчитывалось, то есть его производительность будет ниже, а давление конденсации выше расчетного.

3. Практические примеры.

А. Подбор трубопроводов для обычной установки (один агрегат, одна холодильная камера).

Исходные данные: хладагент R22;

температура испарения -18 °С;

расстояние компрессор/камера 40 м;

расстояние компрессор/конденсатор 20 м;

потребляемая холодопроизводительностьВт, при -16 °С;

номинальная холодопроизводительностьВт, при -18 °С.

По номограмме для R22 при Тисп = -18 "С, определяем, что при холодопроизводительности 23000 Вт и потерях 1,5 оК, длина вертикального трубопровода диаметром 1 5/8" должна быть около 30 м, а длина горизонтального трубопровода диаметром 2 1/8"около 150 м.

Потери для трубопровода длиной 40 м могут быть подсчитаны по указанной выше формуле. Для трубопроводов, имеющих горизонтальный и вертикальный участки, выбираются различные диаметры участков, считаются потери на каждом из участков, а потом результаты складываются. При определении диаметра трубопроводов необходимо принимать в расчет установившееся значение холодопроизводительности агрегата при равновесной температуре, а не холодопроизводительность, которая необходима для обеспечения работы камеры в непрерывном режиме.

Можно заметить, что в числе исходных данных, принимаемых во внимание при выборе диаметра трубопроводов из множества допустимых вариантов, в зависимости от потребностей и ограничений установки, приоритет отдается потерям давления, скорости, уровню шума, стоимости эксплуатации, объему капиталовложений .

В. Подбор диаметров трубопроводов для многокамерных установок с центральным компрессорным блоком (ЦКБ).

Для определения диаметра общего для всех камер участка трубопровода в качестве длины, принимаемой в расчет, следует брать, расстояние от ЦКБ до максимально удаленной камеры;

Для определения диаметра трубопровода для каждой камеры в качестве длины, принимаемой в расчет, следует брать расстояние от данной камеры до ЦКБ.

Схема установки

и 1 1/8" при -13 °С (первое значение - жидкостная линия, второе - магистраль всасывания).

Камера 2:Вт, 45 м: 1/2" и 1 1/8" при -8 °С.

♦Камера 1+2:Вт, 70 м: 5/8" и 1 5/8" при -18 °С.

Камера 3: 3 000 Вт, 60 м: 3/8" и 3/4" при -8 °С. (-13 °С)

Камера 4: 6 000 Вт, 50 м: 1/2" и 1 1/8" при -18 °С.

♦Камера 3+4: 9 000 Вт, 60 м: 1/2" и I 3/8" при -18 °С

♦Камера 1+2+3+4:Вт, 70 м: 3/4" и 2 1/8" при -18 °С.

♦Восходящая сдвоенная магистраль общего трубопровода: 1 5/8" = 7/8" + 1 3/8".

Этот подход учитывает одновременно длину трубопроводов и потери давления, обусловленные этой длиной, принимая во внимание то, что камеры имеют разные температуры испарения, и что эти потери, во всяком случае такие же как на регуляторе давления испарения.