Применение хладагента в климатическом оборудование, его основные виды и особенности

Различные хладагенты – фреоны в настоящее время широко применяются в климатическом оборудовании:

• Центральные кондиционеры в состав которых входит секция охлаждения приточного воздуха с непосредственным кипением фреона;
• Холодильные машины для охлаждения жидкости, потребителями которой являются центральные кондиционеры с поверхностными воздухоохладителями и терминалы для охлаждения воздуха – fan-cools;
• Бытовые сплит-системы и мульти-сплит системы;
• Мульти-зональные системы кондиционирования.

В климатическом оборудовании охлаждение производится за счёт поглощения тепла при кипении жидкости. В качестве рабочего вещества используются хладагенты – фреоны различных марок.

Применение современных хладонов или фреонов абсолютно безопасно с точки зрения экологии.

Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

t,°С	R22	R134	R404a	R407c	R410a	R502
-70	-0,81	-0,92	-0,74	-	-0,65	-0,72
-60	-0,63	-0,84	-0,52	-0,74	-0,36	-0,51
-50	-0,35	-0,70	-0,18	-0,52	0,08	-0,19
-40	0,05	-0,48	0,32	-0,16	0,73	0,30
-30	0,64	-0,15	1,04	0,37	1,71	0,98
-20	1,46	0,33	2,02	1,12	2,98	1,91
-10	2,55	1,01	3,32	2,16	4,72	3,14
0	3,98	1,93	5,03	3,57	6,98	4,73
+10	5,80	3,14	7,18	5,28	9,76	6,73
+20	8,10	4,72	9,86	7,63	13,35	9,20
+30	10,90	6,70	13,14	10,65	16,65	12,19
+40	14,30	9,16	17,11	14,25	22,90	15,77
+50	18,30	12,18	21,90	18,70	29,50	20,01
+60	23,20	15,81	27,62	24,20	-	25,01
+70	29,00	20,16	-	-	-	30,92
+90	-	31,43	-	-	-	-

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, т.е. при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно начнёт кипеть, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды или из другого любого материала, с которым он находится в контакте. В холодильной технике фреон кипит не в открытом сосуде, в специальном теплообменнике, называемом – «испарителем».

Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Процесс конденсации паров фреона, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества теплоты в окружающую среду с помощью специального теплообменника – «конденсатора».

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и соответствующее охлаждение, а также процесс конденсации и соответствующий отвод теплоты в конденсаторе был непрерывным, необходимо подавать в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор должны поступать пары фреона.

Такой непрерывный процесс называется – «компрессионным циклом охлаждения».

Наиболее обширный класс холодильного оборудования базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются - компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока - капиллярная трубка или терморегулирующий расширительный клапан, соединённые трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Начнём рассмотрение работы цикла с выхода хладагента из испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии, с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление и температуру (участок 2-2).

Далее, в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т.е. переходит в жидкую фазу.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости хладагента на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации паров. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет 4 - 7ºС. При этом температура конденсации паров примерно на 10 - 12ºС выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока - капиллярная трубка или терморегулирующий расширительный клапан, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкого хладагента при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкого хладагента (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая теплоту окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. Для конденсаторов с воздушным охлаждением величина перегрева составляет 5 - 8ºС. В этом случае, даже самые маленькие капельки хладагента испаряются, и в компрессор не попадает жидкий хладагент. Следует отметить, что в случаи попадания жидкого хладагента в компрессор возникает гидравлический удар и возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый парообразный хладагент выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, изменяя своё агрегатное состояние с жидкого состояния на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы включают два определённых уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе из компрессора с одной стороны и на выходе из регулятора потока - из капиллярной трубки или терморегулирующего расширительного клапана - с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений хладагента.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.