Винтовые компрессоры быстроходные и не имеют всасывающих и нагнетающих клапанов.
В холодильных машинах теплообмен осуществляется теплообменными аппаратами, состоящими из теплообменников и вентиляторов. Применяются два вида теплообменников: испарители и конденсаторы.
Испаритель – это теплообменник, в котором теплота передается от охлаждаемой среды к охлаждающему веществу, циркулирующему в холодильном контуре.
Охлаждающее вещество – это жидкость или газ, которые могут быть в виде:
- хладагента, если необходимо получить низкие положительные или отрицательные температуры;
- рассола – для получения низких температур;
- воды (или другой незамерзающей жидкости) – для охлаждения до температур положительных, но близких к 0 ºС.
Конденсатор – это теплообменник, в котором обмен теплом осуществляется между хладагентом и охлаждающей средой, которая может быть жидкой или газообразной. Как правило, в конденсаторе происходят процессы охлаждения перегретого пара, конденсации и переохлаждения. Тепловая энергия, отдаваемая конденсатором, складывается из теплоты, поглощенной испарителем, и теплоты, вырабатываемой компрессором при сжатии хладагента. Теплота, выделяемая конденсатором, больше производительности холодильной машины примерно на величину от 30 до 35 %.
К основным техническим характеристикам теплообменных аппаратов относятся: производительность при заданном температурном напоре, Вт; площадь теплопередающей поверхности, м2; масса, кг; габаритные размеры, м; уровень шума (с учетом шума вентиляторов), дБ; надежность.
Эффективность теплообменных аппаратов оценивают с помощью следующих показателей: коэффициента теплопередачи, Вт/(м2·ºС); удельной тепловой нагрузки, Вт/м2; гидравлического сопротивления, Па; удельной материалоемкости, кг/Вт; удельного габаритного объема (отношение произведения габаритных размеров к производительности), м3/кВт.
По процессам, происходящим внутри испарителя, разделяют испарители с перегревом и затопленные испарители.
В испарителях с перегревом испарение хладагента происходит таким образом, что количество жидкого хладагента, подаваемое в этот испаритель, в точности соответствует тому количеству, которое может в нем испариться. Регулировка количества хладагента в испарителе производится терморегулирующим вентилем по величине перегрева хладагента на выходе испарителя. В испарителях с перегревом в каждой трубке всасывающего коллектора или во фреоновой магистрали непосредственно на выходе испарителя необходимо устанавливать маслоподъемную петлю.
В затопленных испарителях всегда находится такое количество хладагента, которое необходимо, чтобы поверхность теплообмена постоянно была в контакте с жидким хладагентом.
По конструктивному исполнению испарители подразделяются на кожухотрубные, панельные, с оребренными трубами.
Кожухотрубные испарители используются в основном как охладители жидкости. Охлаждаемая жидкость циркулирует внутри пучка труб, а кипящий хладагент заполняет большую часть пространства между трубами, омывая трубы снаружи. В холодильных машинах систем кондиционирования в основном применяют змеевиковые испарители с оребренными трубами. Обычно применяется труба медная, а ребра – алюминиевые.
В перекрестных теплообменниках «хладагент – воздух» скорость воздушного потока должна быть от 2 до 3 м/с. На 1 кВт производительности испарителя необходим расход воздуха около 200 м3/ч, конденсатора – от 300 до 370 м3/ч. Величина потерь давления должна компенсироваться напором вентилятора. Потери давления потока воздуха в испарителях составляют от 100 до 250 Па, в конденсаторах – от 150 до 350 Па.
В чиллерах применяются пластинчатые теплообменники типа «хладагент – вода» или «вода – вода». Внутри теплообменника создаются два независимых контура циркуляции хладагента и воды, движущихся в противоположных направлениях.
Пластинчатые теплообменники имеют теплотехнические характеристики, небольшие габаритные размеры, объем и массу. В пластинчатых теплообменниках перепад температур между средами небольшой, в связи с чем требуется меньше хладагента. Но из-за уменьшения количества хладагента в системе необходимо устанавливать аккумуляционный бак, чтобы исключить частые циклы включения и выключения компрессора.
кондиционирования воздуха
Центральные системы кондиционирования воздуха с кондиционерами, расположенными вне обслуживаемых помещений, обслуживают много помещений или одно большое помещение. Иногда несколько центральных систем обслуживают одно помещение больших размеров – театральный зал, закрытый стадион или каток.
Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят из унифицированных типовых секций, предназначенных для регулирования, смешивания, нагревания, охлаждения, очистки, осушки, увлажнения и перемещения воздуха.
Основные классы центральных кондиционеров могут подразделяться:
- по напору встроенных вентиляторов: низкого давления (до 1000 Па), среднего давления (от 1000 до 3000 Па), высокого давления (выше 3000 Па);
- по времени работы: сезонные и круглогодичные.
Воздух из центральных кондиционеров разводится, как правило, по стальным изолированным воздуховодам, прокладываемым внутри помещений. При подземной прокладке эти воздуховоды рекомендуется укладывать в каналы.
В центральных системах кондиционирования воздуха, предназначенных для круглогодичной и круглосуточной эксплуатации при отсутствии резервного отопления помещений, следует устанавливать не менее двух кондиционеров производительностью по 50 % общей производительности системы, при этом калориферы второго и местного подогрева должны иметь производительность, достаточную для нормального отопления помещений.
Центральные системы кондиционирования воздуха, работающие с применением рециркуляции, рекомендуется рассчитывать на подачу переменных объемов рециркуляционного воздуха в зависимости от параметров наружного воздуха, с применением для рециркуляции отдельного вентилятора. Размещенные в пределах одного здания системы кондиционирования воздуха следует для взаимозаменяемости объединять попарно (или по три) по приточным и рециркуляционным воздуховодам. В калориферы второго и местного подогрева следует подавать теплоноситель с постоянными параметрами. В кондиционерах большой производительности в результате процессов смешения, нагрева и охлаждения воздуха наблюдается существенный градиент температуры и влагосодержания. Таким образом:
- первая рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному перед теплообменником первого подогрева, что значительно снижает потребление теплоты на первый подогрев;
- вторая рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному воздуху, прошедшему обработку в воздухоохладителе или камере орошения перед вентилятором. При этом отпадает необходимость включения в работу теплообменника второго подогрева в летний период.
Кондиционер с теплоутилизацией – это прямоточный кондиционер с центральным теплоутилизатором, в котором нет смешения потоков наружного и рециркуляционного воздуха, а передача теплоты от удаляемого воздуха к наружному происходит в специальном теплообменнике.
Обводные автоматические клапаны (заслонки), предназначенные для регулирования калориферов первого, второго и местного подогрева, необходимо устанавливать только при питании калориферов паром. При питании калориферов водой следует, как правило, применять секции подогрева, выполненные без обводных каналов.
Оросительные форсуночные камеры являются экономичными и эффективными тепломассообменными аппаратами. Однако в ряде случаев они заменяются поверхностными орошаемыми воздухоохладителями, а частично и неорошаемыми поверхностными воздухоохладителями, работающими непосредственно на хладагенте или с промежуточным холодоносителем, что существенно упрощает систему холодоснабжения.
Фильтры для очистки воздуха следует устанавливать в тех частях кондиционеров, через которые проходит весь обрабатываемый воздух, с целью защиты от пыли возможно большего числа секций кондиционеров. Воздушные фильтры должны быть легко доступны для очистки и обслуживания. Устанавливать их следует на участках с выравненными потоками воздуха.
В перекрестно-поточных (рекуперативных) теплообменниках, применяемых в центральных кондиционерах, удаляемый из помещения воздух и приточный воздух проходят через один теплообменник, не контактируя друг с другом.
Вращающиеся (регенеративные) теплообменники – это устройства, в которых теплообмен происходит в результате аккумуляции теплоты вращающимся барабаном.
Барабан приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу. Удаляемый воздух проходит через нижнюю часть барабана, нагревая его. Вращаясь, нагретые части барабана попадают на путь прохождения приточного воздуха, и отдают ему теплоту.
Основным недостатком вращающихся теплообменников является наличие взаимного перетекания воздушных потоков, что не позволяет их применять на объектах, где требуется полное разделение приточного и удаляемого воздуха.
В системах с промежуточным теплоносителем происходит полное разделение приточного и удаляемого воздуха. Эффективность теплоутилизации таких систем составляет 60 %.
При совместной работе систем кондиционирования воздуха и отопления последние необходимо рассчитывать на обеспечение температуры воздуха от 2 до 4 ºС ниже заданной для данного помещения.