Расчет фреоновых трубопроводов. Рекомендации по расчету и прокладке фреоновых трубопроводов. Расчет VRF вручную

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.

Маслоподъемные и маслозапорные петли (ловушки) на газовой трубе, когда испаритель выше компрессорно-конденсаторного блока (ККБ).

Маслоподъемные и маслозапорные петли (ловушки) на газовой трубе, когда испаритель ниже компрессорно-конденсаторного блока (ККБ).

Расчетное количество хладагента необходимого для заправки холодильной системы ККБ (М общ. ) определяется по следующей формуле:

М общ. = М ккб + М исп. + М тр. ;

где М ккб (кг) - масса хладагента приходящаяся на ККБ (определяется по таблице 2), М исп. - масса хладагента приходящаяся на испаритель (определяется по формуле ), М тр. - масса хладагента приходящаяся на трубопровод (определяется по формуле ).

Таблица 2. Масса хладагента приходящаяся на ККБ, кг

Массу хладагента приходящуюся на испаритель (в один контур) можно рассчитать по упрощенной формуле:

М исп. = V исп. х 0,316 ÷ n ;

где V исп. (л) - внутренний объем испарителя (объем среды), который указывается в техническом описании на вентиляционную установку в разделе охладителя или на шильде, n - количество контуров испарителя. Этой формулой можно пользоваться при одинаковых производительностях контуров испарителя. В случае нескольких контуров с разными производительностями вместо « ÷ n » нужно заменить на « х доля производительности контура », например для контура с 30% произво дительностью будет « х 0,3 ».

Массу хладагента приходящуюся на трубопровод (в один контур) можно рассчитать по следующей формуле:

М тр. = М тр.ж х L тр.ж + М тр.вс х L тр.вс ;

где М тр.ж и М тр.вс (кг) – массы хладагента приходящиеся на 1 метр трубы жидкостной и трубы всасывания соответственно (определяется по таблице 3), L тр.ж и L тр.вс (м) – длины труб жидкости и всасывания. Если по какой-либо обоснованной причине диаметры фактически смонтированных трубопроводов не соответствуют рекомендуемым, то при расчете необходимо выбирать значение массы хладагента для фактических диаметров. В случае несоответствия фактических диаметров трубопровода рекомендуемым, производитель и поставщик снимают с себя гарантийные обязательства.

Таблица 3. Масса хладагента приходящаяся на 1 метр трубы, кг

ПРИМЕР

Необходимо рассчитать количество заправляемого хладагента систему состоящую из двухконтурного испарителя, двух ККБ EUROPA LE 25, с длинами труб ККБ1 жидкость 14 м, ККБ1 всасывание 14,5 м, ККБ2 жидкость 19,5 м, ККБ2 всасывание 20,5 м, внутренний объем испарителя 2,89 л.

М общ.1 = М ккб1 + М исп.1 + М тр.1 =

= 4,4 + (V исп.

= 4,4 + (2,89 х 0,316 ÷ 2) + (0,182 х 14 + 0,045 х 14,5) = 8,06 кг

М общ .2 = М ккб 2 + М исп .2 + М тр .2 =

= 4,4 + (V исп. х 0,316 ÷ количество контуров испарителя) + М тр.ж х L тр.ж + М тр.вс х L тр.вс =

= 4,4 + (2,89 х 0,316 ÷ 2) + (0,182 х 19,5 + 0,074 х 20,5) = 9,92 кг

Специалисты компании Аиркат Климатехник подберут наиболее эффективную схему холодоснабжения и оперативно посчитают стоимость. В цену также могут быть включены: проектирование, монтажные и пусконаладочные работы. За консультацией Вы можете обратиться в любой из филиалов и представительств компании.

Масло в фреоновой цепи

Масло в фреоновой системе необходимо для смазки компрессора. Оно постоянно уходит из компрессора - циркулирует во фреоновом контуре вместе с фреоном. Если по какой-либо причине масло не вернется в компрессор, КМ будет смазываться недостаточно. Масло растворяется в жидком фреоне, но не растворяется в парообразном. По трубопроводам движется:

• после компрессора — перегретый пар фреона + масляный туман;
• после испарителя — перегретый пар фреона + масляная пленка на стенках и масло в капельном виде;
• после конденсатора — жидкий фреон с растворенным в нём маслом.

Поэтому на паровых линиях может возникнуть проблема задержки масла. Решить её может соблюдение достаточной скорости движения пара в трубопроводах, необходимого уклона труб, установка маслоподъемных петель.

Испаритель ниже.

а) Маслосъёмные петли должны находиться на интервале каждые 6 метров на восходящих трубопроводах для облегчения возврата масла в компрессор;

б) Сделать собирающий приямок на всасывающей линии после ТРВ;

Испаритель выше.

а) На выходе из испарителя установить гидрозатвор выше испарителя для предотвращения дренажа жидкости в компрессор во время стоянки машины.

б) Сделать собирающий приямок на всасывающей линии после испарителя для сбора жидкого хладагента, который может накопиться в течение стоянки. Когда компрессор снова включится, хладагент будет быстро испаряться: желательно сделать приямок вдалеке от чувствительного элемента ТРВ, чтобы избежать воздействия этого явления на работу ТРВ.

в) На горизонтальных участках нагнетательного трубопровода уклон в 1% по ходу движения фреона для облегчения движения масла в правильном направлении.

Конденсатор ниже.

Никакие специальные меры предосторожности в этой ситуации принимать не надо.

Если конденсатор ниже чем КИБ, то высота подъема не должна превышать 5 метров. Однако если КИБ и система в целом не лучшего качества, то жидкий фреон может испытывать затруднения в подъеме и при меньших перепадах высот.

а) Желательно установить запорный вентиль на входном патрубке конденсатора для исключения перетекания жидкого фреона в компрессор после отключения холодильной машины. Такое может произойти, если конденсатор расположен в окружающей среде с температурой выше, чем температура компрессора.

б) На горизонтальных участках нагнетательного трубопровода уклон в 1% по ходу движения фреона для облегчения движения масла в правильном направлении

Конденсатор выше.

а) Для исключения перетока жидкого хладона из КД в КМ при остановке холодильной машины установить вентиль перед КД.

б) Маслоподъёмные петли должны находиться на интервале каждые 6 метров на восходящих трубопроводах, для облегчения возврата масла в компрессор;

в) На горизонтальных участках нагнетательного трубопровода уклон в 1% для облегчения движения масла в правильном направлении.

Работа маслоподъёмной петли.

Когда уровень масла достигнет верхней стенки трубки, масло протолкнется дальше в сторону компрессора.

Расчёт фреонопроводов.

Масло растворяется в жидком фреоне, поэтому можно поддерживать скорость в жидкостных трубопроводах небольшой — 0,15-0,5м/с, что обеспечит малое гидравлическое сопротивление движению. Увеличение сопротивления приводит к потере холодопроизводительности.

Масло не растворяется в парообразном фреоне, поэтому требуется поддерживать скорость в паровых трубопроводах значительной, чтобы масло переносилось паром. При движении часть масла покрывает стенки трубопровода — эта плёнка также перемещается паром высокой скорости. Скорость на стороне нагнетания компрессора 10-18м/с. Скорость на стороне всасывания компрессора 8-15м/с.

На горизонтальных участках очень длинных трубопроводов допускается уменьшать скорость до 6м/с.

Пример:

Исходные данные:

Хладагент R410a.
Требуемая холодопроизводительность 50кВт=50кДж/с
Температура кипения 5°С, температура конденсации 40°С
Перегрев 10°С, переохлаждение 0°С

Решение для всасывающего трубопровода:

1. Удельная холодопроизводительность испарителя равна q и=Н1-Н4=440-270=170кДж/кг

2. Массовый расход фреона

m =50кВт/ 170кДж/кг= 0,289кг/с

3. Удельный объем парообразного фреона на стороне всасывания

v вс = 1/33,67кг/м³= 0,0297м³/кг

4.Объемный расход парообразного фреона на стороне всасывания

Q = v вс * m

Q =0,0297м³/кг х 0,289кг/с =0,00858м³/с

5.Внутренний диаметр трубопровода

Из стандартных медных фреоновых трубопроводов выбираем трубу с наружным диаметром 41,27мм (1 5/8"), или 34,92мм (1 3/8").

Наружный диаметр трубопроводов часто выбирается в соответствии с таблицами, приводимыми в «Инструкции по монтажу». При составлении таких таблиц учтены необходимые для переноса масла скорости движения пара.

Расчёт объёма заправки фреона

Упрощённо расчет массы заправки хладагента производится по формуле, учитывающей объём жидкостных магистралей. Этой простой формулой паровые магистрали не учитываются, поскольку объём, занимаемый паром, очень мал:

Мзапр = P х.а. * (0,4 х V исп + К g * V рес + V ж.м.), кг,

P х.а. - плотность насыщенной жидкости (фреон) РR410a = 1,15 кг/дм³ (при температуре 5°С);

V исп - внутренний объём воздухоохладителя (воздухоохладителей), дм³;

V рес - внутренний объём ресивера холодильного агрегата, дм³;

V ж.м.- внутренний объём жидкостных магистралей, дм³;

К g — коэффициент, учитывающий схему монтажа конденсатора:

К g=0,3 для компрессорно-конденсаторных агрегатов без гидравлического регулятора давления конденсации;
К g=0,4 при использовании гидравлического регулятора давления конденсации (монтаж агрегата на улице или исполнение с выносным конденсатором).

Акаев Константин Евгеньевич
Кандидат технических наук СПб Университет пищевых и низкотемпературных технологий

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.