Haier кондиционеры  
Вход:     РЕГИСТРАЦИЯ

Анализ VRF-систем. Система переохлаждения хладагента

Автор: Брух Сергей Викторович

 

Сегодня на рынке присутствуют VRF-системы оригинальных японских, корейских и китайских брендов. Еще больше VRF-систем многочисленных OEM производителей. Внешне все они очень похожи и складывается ложное впечатление, что все VRF-системы одинаковы. Но «не все йогурты одинаково полезны», как говорилось в популярной рекламе. Мы начинаем серию статей, направленных на изучение технологий получения холода, которые используются в современном классе кондиционеров – VRF-системах. Первое, с чего мы начнем – система переохлаждения хладагента.
VRF-системы (VRF  - variable refrigerant flow, системы с переменным расходом хладагента), являются сегодня самым динамично развивающимся классом систем кондиционирования воздуха. Мировой рост продаж систем класса VRF ежегодно растет на 20-25%, вытесняя с рынка конкурирующие варианты кондиционирования. Благодаря чему происходит этот рост?
Во-первых, благодаря широким возможностям систем VRF: большой выбор наружных блоков – от мини VRF до больших комбинаторных систем. Огромный выбор внутренних блоков. Длины трубопроводов до 1000 метров.
Во-вторых, благодаря высокой энергоэффективности систем. Инверторный привод компрессора, отсутствие промежуточных теплообменников (в отличие от водяных систем), индивидуальный расход хладагента – все это приводит к минимальному энергопотреблению.
В-третьих, благодаря модульности конструкции. Нужная производительность системы набирается из отдельных модулей, что без сомнения очень удобно и повышает общую надежность в целом.
Поэтому сегодня VRF-системы занимают как минимум 40% рынка систем центрального кондиционирования и эта доля с каждым годом растет.

 

Система переохлаждения хладагента
Какая максимальная длина фреоновых трубопроводов может быть у сплит-системы кондиционирования? Для бытовых систем производительностью до 7 кВт холода это 30 метров. Для полупромышленного оборудования эта цифра может достигать 75 метров, как на высоконапорной канальной сплит-системе HAIER 1UH140P1ERK (инверторный наружный блок 14 кВт холода). Для сплит-систем это максимальное значение, но для систем класса VRF максимальная длина трубопроводов (эквивалентная) может быть значительно больше – до 190 метров (суммарная – до 1000 метров), как на серии HAIER MRVIV-C (рис. 1)



Рис. 1. Максимальные длины трубопроводов VRF-системы HAIER MRV IV–C.


Очевидно, что VRF системы чем-то принципиально отличаются от сплит-систем с точки зрения фреонового контура, и это позволяет им работать при больших длинах трубопроводов. Это отличие – специальное устройство в наружном блоке, которое называется ПЕРЕОХЛАДИТЕЛЬ ХЛАДАГЕНТА, или sub-cooler (рис 2).



Рис. 2. Схема холодильного контура наружного блока HAIER MRVIII-C


Прежде чем рассмотреть особенности работы систем VRF, давайте обратим внимание на схему фреонового контура сплит-систем и поймем, что происходит с хладагентом при больших длинах фреоновых трубопроводов.

  

Холодильный цикл сплит-систем

На рис. 3 изображен классический цикл фреона в контуре кондиционера в осях Давление - Энтальпия. Причем это цикл для ЛЮБЫХ сплит-систем на фреоне R410A, от производительности кондиционера или марки вид диаграммы не зависит.
Начнем с точки D, с параметрами в которой (температура 75С, давление 27,2 бара) фреон попадает в конденсатор наружного блока. Фреон в данный момент – это перегретый газ, который сначала остывает до температуры насыщения (около 45С), затем начинает конденсироваться и в точке А, полностью переходит из состояния газа в жидкость. Затем происходит переохлаждение жидкости до точки А’ (температура 40С). Считается, что оптимальная величина переохлаждения равна 5С.
После теплообменника наружного блока хладагент поступает на устройство дросселирования (ТРВ либо капиллярная трубка) и его параметры меняются до точки B (температура 5С, давление 9,3 бара). Обратим внимание, что точка В находится в зоне смеси жидкости и газа (рис. 3). Следовательно, после дросселирования в жидкостный трубопровод поступает именно смесь жидкости и газа. Чем больше величина переохлаждения фреона в конденсаторе, тем больше доля жидкого фреона поступает во внутренний блок, тем выше КПД кондиционера.
В-С – процесс кипения фреона во внутреннем блоке с постоянной температурой около 5С, С-С’ – перегрев фреона до +10С.
С’–L – процесс всасывания хладагента в компрессор. Потери давления в газовом трубопроводе и элементах фреонового контура от теплообменника внутреннего блока до компрессора.
L–M -  процесс сжатия газообразного фреона в компрессоре с повышением давления и температуры.
М-D’ – процесс нагнетания газообразного хладагента от компрессора до конденсатора.
 



Рис. 3. Холодильный цикл сплит-системы на диаграмме I-lgP


 

Параметры фреона R410A в узловых точках холодильного цикла


Потери давления в системе зависят от скорости фреона V и гидравлической характеристики сети:


Что будет происходить с кондиционером при увеличении гидравлической характеристики сети (вследствие повышенной длины или большого количества местных сопротивлений)? Повышенные потери давления в газовом трубопроводе приведут к падению давления на входе в компрессор. Компрессор будет захватывать хладагент меньшего давления и значит меньшей плотности. Расход хладагента упадет. На выходе компрессор будет выдавать меньшее давление и упадет температура конденсации. Пониженная температура конденсации приведет к пониженной температуре испарения и обмерзанию  газового трубопровода.


Если повышенные потери давления будут происходить на жидкостном трубопроводе, то процесс даже более интересный: Так как мы выяснили, что в жидкостном трубопроводе фреон в насыщенном состоянии, а точнее смесь жидкости и пузырьков газа, то любые потери давления будут приводить к небольшому вскипанию хладагента и увеличению доли газа. Увеличение доли газа будет приводить к резкому увеличению объема парогазовой смеси и увеличению скорости движения по жидкостному трубопроводу. Повышенная скорость движения снова вызовет дополнительную потерю давления, процесс будет «лавинообразный». Вот условный график удельных потерь давления в зависимости от скорости движения хладагента в трубопроводе (рис. 4):
 


 
Рис. 4. Условные потери давления хладагента по длине жидкостного трубопровода.


Если, к примеру, потери давления при длине трубопроводов 15 метров составляют 400 Па, то при  увеличении длины трубопроводов в два раза – до 30 метров, потери увеличиваются не в два раза до 800 Па, а 7 раз до 2800 Па. Поэтому простое увеличение длины трубопроводов в два раза относительно стандартных длин фатально для сплит-системы с on-off компрессором. Расход хладагента упадет в несколько раз, компрессор будет перегреваться и выйдет из строя.

 

Холодильный цикл VRF-систем с переохладителем фреона (sub-cooler)


Рис. 5. Схема работы противоточного переохладителя.


На рис. 5 схематично изображен принцип работы переохладителя хладагента. На рисунке 6 изображен тот же холодильный цикл на диаграмме Давление (Бар) – Энтальпия (кДж/кг).
Рассмотрим подробно, что у нас происходит с хладагентом при работе VRF-системы.
1-2. Жидкий хладагент после конденсатора в точке 1 делится на два потока. Большая часть проходит через противоточный теплообменник. В теплообменнике происходит охлаждение основной части хладагента до +15+25С (в зависимости от его эффективности), которая далее поступает в жидкостный трубопровод (точка 2).
1-5. Вторая часть потока жидкого хладагента из точки 1 проходит через дросселирующий вентиль ТРВ, его температура понижается до +5С (точка 5),  поступает на тот же противоточный теплообменник. В теплообменнике происходит его кипение и охлаждение основной части хладагента. После кипения газообразный фреон сразу поступает на всасывание компрессора (точка 7).
2-3. На выходе из наружного блока (точка 2) жидкий хладагент проходит через трубопроводы к внутренним блокам. При этом теплообмена с окружающей средой практически не происходит, а вот часть давления теряется (точка 3). У некоторых производителей дросселирование производится частично в наружном блоке системы VRF, поэтому давление в точке 2 меньше, чем на нашем графике.
3-4. Потери давления хладагента в электронном клапане регулирования (ЭРВ), который располагается перед каждым внутренним блоком.
4-6. Испарение хладагента во внутреннем блоке.
6-7. Потери давления хладагента при его возврате в наружный блок по газовому трубопроводу.
7-8. Сжатие газообразного хладагента в компрессоре.
8-1. Охлаждение хладагента в теплообменнике наружного блока и его конденсация.
 



Рис. 6. Холодильный цикл VRF-системы c с переохладителем на диаграмме I-lgP


Рассмотрим подробнее участок от точки 1 до точки 5. В системах VRF без переохладителя хладагента процесс из точки 1 сразу переходит в точку 5 (по синей линии рис. 6). Величина производительности по холоду одного кг хладагента (поступающего к внутренним блокам) пропорционально длине линии 5-6. В системах, где переохладитель присутствует, полезная производительность 1 кг хладагента пропорциональна линии 4-6. Сравнивая длины линии 5-6 и 4-6, становится понятной работа переохладителя фреона. Повышение эффективности охлаждения циркулирующего хладагента происходит как минимум на 25%. Но это не значит, что производительность всей системы стала больше на 25%. Дело в том, что часть хладагента не потупила к внутренним блокам, а сразу ушла на всасывание компрессора (линия 1-5-6). Именно в этом есть баланс – на сколько повысилась производительность фреона, поступающего к внутренним блокам, на столько уменьшилась производительность системы в целом.
Так в чем тогда смысл применения переохладителя хладагента, если общую производительность системы VRF он не увеличивает? Чтобы ответить на этот вопрос снова вернемся к рисунку 1. Смысл применения переохладителя – в длинных трассах систем VRF. 



Рис. 7. График потерь давления наружного блока MRVIII-C HAIER


Дело в том, что все характеристики VRF систем приводятся при стандартной длине трубопроводов 7,5 метров. Поэтому сравнивать VRF системы разных производителей по данным каталога не совсем корректно, поскольку реальные длины трубопроводов будут гораздо больше: как правило, от 40 до 150 метров. Чем больше отличается длина трубопровода от стандартной, тем больше потери давления в системе, тем больше происходит вскипание хладагента в жидкостных трубопроводах. Потери производительности наружного блока по длине приводятся на специальных графиках в сервис мануалах (рис. 7). Именно по этим графикам необходимо сравнивать эффективность работы систем при наличии переохладителя хладагента и при его отсутствии. Потери производительности VRF-систем без переохладителя (рис. 8) на длинных трассах составляют до 30%.



Рис. 8. Схема фреонового контура VRF-системы OEM бренда L. Переохладителя фреона – нет.


Выводы.
1. Переохладитель хладагента является важнейшим элементом для работы систем VRF. Его функциями являются: во-первых, увеличение энергетической емкости хладагента, поступающего к внутренним блокам. Во-вторых, уменьшение потерь давления в системе на длинных трассах.
2. Не все производители систем VRF снабжают свои системы переохладителем хладагента. Особенно часто исключают переохладитель ОЕМ бренды для удешевления конструкции.
3. VRF-системы кондиционирования HAIER серии MRVIII-C содержат переохладитель в своем наружном блоке, благодаря чему потери производительности на больших длинах трубопроводов до 10% (рис. 7).
4. Благодаря применению переохладителя снижается скорость циркуляции жидкого хладагента и уменьшается шум фреона во внутренних блоках. Проблема шума циркуляции хладагента является очень критичной в жилых комплексах, особенно в ночное время. 

 

Назад


-->
FOOTER