О температурном напоре в конденсаторах с воздушным охлаждением

В.В.Шишов, главный инженер Группы компаний "Фармина"
(см. журнал "Холодильная техника" №8, 2013 г.)

Постоянно растущие тарифы на электроэнергию и требования по снижению вредного воздействия на окружающую среду сделали повышение энергоэффективности оборудования в холодильной индустрии и кондиционировании воздуха устойчивой тенденцией последних лет. С развитием технологий работы велись в основном в области компрессоростроения, систем автоматического управления холодильными установками (ХУ) и поиска новых энергоэффективных и экологически безопасных хладагентов (ХА). Однако существует еще один способ повышения эффективности, на который следует обратить пристальное внимание, - увеличение поверхности теплообменников (ТО) ХУ. Малые значения степени термодинамического совершенства систем кондиционирования η_терм = 0.09...12 объясняются общепринятыми необоснованно высокими температурными напорами в ТО. Увлечение снижением размеров ТО, а, следовательно, и их стоимости, приводит к резкому повышению эксплуатационных расходов. Некоторые фирмы, например Axima Refrigeration, уже снижают энергопотребление ХУ за счет за счет того, что конструкция ТО предусматривает меньшую разность температур.

При увеличении поверхности ТО встает вопрос о его массогабаритных характеристиках и цене: быстрый рост стоимости цветных металлов, в частности меди, делает такой способ довольно дорогостоящим при попытке найти "лобовое" решение. Альтернативным методом может стать применение алюминиевого микроканального ТО в качестве конденсатора (КД). Благодаря малому диаметру каналов такой КД имеет превосходные характеристики теплообмена со стороны ХА, при этом его гидравлическое сопротивление сравнимо с классическим ТО. Со стороны воздуха теплообмен оптимизирован благодаря увеличенной поверхности оребрения и применению паяного (в отличие от механического в классическом ТО) соединения, снижающего температурное сопротивление теплопередаче между ребром и трубой. Микроканальная технология улучшает характеристики: габариты меньше на 25 %, чем в стандартных ТО, масса - на 50 %, заправка фреоном - на 40 %; выше коррозионная стойкость и т.д. Серьезные преимущества алюминиевых ТО обеспечиваются применением более дешевого материала, уменьшением габаритов и массы, заменой устаревшей технологии пайки на современную. Все это позволяют уменьшить температурный напор в КД при той же его цене, повысив таким образом эффективность ХУ.

Занижение площади КД может вызвать даже остановку ХУ из - за чрезмерного повышения давления при высокой температуре окружающей среды, что приведет к порче продуктов (известно, что правильный выбор компонентов при проектировании ХУ имеет большое значение, поскольку выход из строя одного из них может привести к материальным потерям, намного превышающим стоимость этого элемента). Напрашивается очевидное решение возникших проблем – увеличение размеров КД, а, следовательно, и стоимости проекта, но не стоимости дальнейшей эксплуатации. В этом случае возможен также выбор ХА с низким давлением конденсации (например, на R134a ХУ может работать при температурах конденсации до 80 °С).

Температуру конденсации tк при применении воздушного КД по общепринятой рекомендации поддерживают выше температуры окружающей среды на 10...20 К (следует стремиться к уменьшению температурного напора, так как рост tк на 1 К увеличивает расход электроэнергии на приблизительно 3 %). Повышение tк вызывает рост температуры нагнетания холодильных компрессоров (КМ), которой следует уделять пристальное внимание, при возможности устанавливая на КМ защитные температурные реле, так как от этого зависит долголетие ХУ. Практический опыт работы свидетельствует, что для повышения ресурса работы КМ температура нагнетания, замеренная на трубе, должна быть 105...110°С, а температура в картере не должна превышать 75°С. Температура отключения для КМ BOCK, Bitzer рекомендуется 120°С.

При работе ХУ количество теплоты, выбрасываемой через КД, меняется в зависимости от температур кипения и конденсации, поэтому при запуске оно значительно больше, чем в рабочем режиме. При выборе величины теплообменной поверхности КД возникает вопрос о расчетном режиме, так как выбор по рабочему режиму не всегда будет удачен, особенно для низкотемпературных установок, что может привести к проблемам при запуске ХУ, особенно после оттайки. Расчетный режим можно определить, поработав с программами подбора компрессорно - конденсаторных агрегатов известных фирм. Например, КД для среднетемпературных герметичных КМ некоторых фирм подбираются при температурах кипения t0 = -10°С и окружающей среды tо.с. = +32°С.

При выборе КД можно порекомендовать следующее: не экономить на величине КД при шоковой заморозке; шаг между ребрами выбирать не менее 3мм, чтобы не было быстрого загрязнения пылью поверхности КД; проводить периодический контроль давления конденсации. Если воздушный КД устанавливают в техническом помещении, то его объем или приточно – вытяжная вентиляция должны соответствовать нормам. Особенно это важно для моноблоков, в которых КД часто имеют заниженную площадь теплообмена. При выборе помещения не забывайте, что в подвалах проходят отопительные трубы, а современные чердаки "раскаляются" летом.

Часто механики, обслуживающие прилавки, сталкиваются с проблемой перегрева КМ при автономном холодоснабжении. Это происходит при неправильной вентиляции машинного отделения (недостаточно вентиляционных отверстий или они неправильно расположены). Горячий воздух после КД не должен застаиваться в машинном отсеке - температура в нем не должна превышать температуру в торговом зале более чем на 2 К.