Porównanie strat ciśnienia w przewodach ssawnych układu chłodniczego.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Porównanie strat ciśnienia w przewodach ssawnych układu chłodniczego."

Angelika Stasiak
8 lat temu
Przeglądów:

1 Porównanie strat ciśnienia w przewodach ssawnych układu chłodniczego. Poszczególne zespoły układu chłodniczego lub klimatyzacyjnego połączone są systemem przewodów transportujących czynnik chłodniczy. Poprawny dobór ich długości i średnic ma istotny wpływ na efektywność i niezawodność pracy całego układu. Przewody układu chłodniczego mogą być wykonane z rur stalowych czarnych i miedzianych dla mniejszych średnic. Powinny być one izolowanie termicznie, szczególnie przewody freonu zimnego na całej trasie ich przebiegu, przy czym izolacja taka powinna być paroszczelna (w przypadku przewodów cieczowych, aby nie dopuścić w nich do odparowania czynnika). Przewody tłoczne izoluje się w celu niedopuszczenia do przypadkowego kontaktu z gorącym przewodem. Natomiast przewody ssawne izoluje się w przypadku, gdy przebiegają przez pomieszczenia o temperaturze mniejszej od temperatury zasysanego czynnika chłodniczego, aby nie dopuścić do wykroplenia pary freonu. Wykroplenie pary czynnika chłodniczego w przewodzie ssawnym powoduje wzrost zapotrzebowania na energię dla sprężarki. Na ogół wydajność sprężarki jest stała, stąd część energii dostarczana jest w procesie odparowania wcześniej wykroplonego czynnika chłodniczego, a pozostała moc sprężarki służy do właściwego sprężania czynnika. W wyniku tego obserwuje się spadek wydajności chłodniczej całego układu. W związku z tym, należy tak projektować i dobierać wielkości przewodów by zapobiegać niekorzystnym zjawiskom generującym straty energetyczne, przy czym szczególnie należy zwracać uwagę na następujące czynniki: długość przewodu L; wymaganą prędkość w przewodzie w; wydajność chłodniczą Q0; minimalną prędkość niezbędną dla transportu oleju do sprężarki; właściwości czynnika; rodzaj materiału z którego wykonano przewody; spadek ciśnienia i temperatury w przewodachsprzyjają temu zarówno straty ciśnienia wywołane wskutek tarcia, jak i straty generowane przez kształtki i armaturę znajdującą się w instalacji [1]. Poprawnie działający układ chłodniczy powinien już na etapie projektowania uwzględniać wpływ czynników, które działają niekorzystnie, powodując zwiększone zapotrzebowanie na energię. Na wielkość sprężarki mają jedynie wpływ straty powstałe po stronie parowej, tj. ssawnej i tłocznej. Spadek ciśnienia i temperatury po stronie cieczowej nie ma znaczenia na wielkość zapotrzebowania na energię do napędu sprężarki, niemniej nie należy dopuszczać do sytuacji, w której ciecz ze skraplacza ulega odparowaniu przed zaworem rozprężnym lub zbiornikiem ciekłego freonu. W przypadku przewodów parowych i cieczowych wartość spadku ciśnienia nie powinna przekroczyć dopuszczalnego poziomu strat. Zgodnie ze standardem ASHRAE [2], górną granicę przyjęto w sposób określający maksymalny spadek ciśnienia w przewodzie chłodniczym powodujący spadek

2 temperatury czynnika nie większy niż 1 K. Dopuszczalny spadek ciśnienia w przewodach chłodniczych określa się więc wielkością tzw. równoważnej różnicy temperatur ΔT. Ta różnica temperatur (RRT) odnosi się do stanu nasycenia (rys. 1). Należy jednocześnie zaznaczyć, że dla prawidłowego określenia dopuszczalnych wartości spadków ciśnienia bierze się pod uwagę temperaturę odparowania w przypadku przewodu po stronie ssawnej, natomiast dla przewodów cieczowych i tłocznych temperaturę skraplania czynnika. Dzięki tak sformułowanej zasadzie określania dopuszczalnej wartości spadku ciśnienia możliwe jest zunifikowane metody ich oceny, niezależnie od rodzaju przyjętego czynnika chłodniczego. Rys. 1. Interpretacja równoważnego spadku temperatury (RRT) W przypadku np. freonu R 22 dopuszczalny spadek ciśnienia określony poprzez równoważny spadek temperatury w przewodzie ssawnym dla temperatury odparowania 10OC wyniesie: ciśnienie nasycenia dla 10OC - pn(10) = 584 kpa, natomiast dla 9OC - pn(9) = 566 kpa. Zatem wartości RRT równej 1 K odpowiada spadek ciśnienia 18 kpa. Tak zdefiniowany spadek ciśnienia nie określa bezpośrednio strat hydraulicznych, ponieważ nie jest powiązany z długością przewodu. Zgodnie ze standardem ASHRAE/ASTM/B88/L, wartość RRT w przewodzie ssawnym odnosi się do długości przewodu 25 m, natomiast dla przewodów po stronie tłocznej i cieczowej długość przewodu wynosi odpowiednio 50 m. Na rys. 2 przedstawiono wartości dopuszczalnych strat ciśnienia (dla ΔT = 1 K) w zależności od temperatury nasycenia dla wybranych czynników chłodniczych. Wynika stąd, że największe dopuszczalne straty mogą wystąpić w przypadku R 410A, R 507 i R 404A, natomiast najmniejszy co do wartości dopuszczalny spadek ciśnienia dla R 134a.

3 Rys. 2. Spadek ciśnienia w funkcji To/Tk oraz równoważnej różnicy temperatury Rys. 3. Lepkość dynamiczna w funkcji temperatury parowania Tendencja ta może sugerować, że również rzeczywiste straty ciśnienia w przewodach będą miały podobny charakter, zwłaszcza, że w skrajnym przypadku wielkość rzeczywistych strat ciśnienia Δpr może osiągnąć wartość dopuszczalną Δpdop: (1) Tezę tę potwierdza również zależność lepkości dynamicznej poszczególnych czynników od temperatury na wlocie do przewodu ssawnego (rys. 3). Powyższy rysunek potwierdza wcześniejsze spostrzeżenia wynikające z rys. 2. Największą lepkość ma czynnik R 410A i R 22, natomiast najmniejszą R 134a, a tym samym należy spodziewać się najmniejszych strat hydraulicznych. Wykres sporządzono zakładając przegrzanie czynnika przed sprężarką na poziomie 5OC, co oznacza, że temperatura lotnego freonu na wejściu do przewodu ssawnego jest niższa o 5OC w stosunku do odczytanej z rys. 3.

4 W instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych najczęściej mamy do czynienia z burzliwym charakterem przepływu, stąd do wyznaczenia strat ciśnienia podstawowe znaczenie ma prawidłowe określenie współczynnika strat liniowych λ. Współczynnik ten na ogół określa się na podstawie zależności Colebrooka-White'a: (3) gdzie: d - średnica przewodu [m], Re - liczba Reynoldsa, k - chropowatość przewodu [m]. Dane potrzebne do wyznaczenia współczynnika strat liniowych λ określono na podstawie programu do obliczeń właściwości czynników chłodniczych PROPATH [4]. Całkowity spadek ciśnienia w przewodach parowych został określony dla wybranych temperatur parowania. Założono, że czynnik chłodniczy dopływa do przewodu w stanie przegrzanym (przegrzanie 5OC). Liniowy spadek ciśnienia w przewodzie określono wg zależności: (4) gdzie: ρs - gęstość czynnika chłodniczego na wejściu do przewodu [kg/m3] Rys. 5. Schemat rzeczywistego obiegu chłodniczego Prędkość przepływu w obliczono na podstawie założonej wydajności chłodniczej Qch, różnicy entalpii czynnika (rys. 5) pomiędzy wlotem i wylotem z parownika Δh = h6 - h5, gęstości pary nasyconej ρs oraz przekroju poprzecznego przewodu A. (5)

5 Z rys. 5 wynika charakterystyczna zależność układu chłodniczego wiążąca spadki ciśnienia z parametrami dolnego i górnego źródła ciepła. Dzieje się tak wskutek związku ilości czynnika krążącego w obiegu z temperaturą skraplania i parowania dla zadanej mocy chłodniczej. W przypadku obiegów chłodniczych moc cieplną układu reguluje się bowiem poprzez zmianę dwóch parametrów: temperatury skraplania i parowania. Z tego powodu przy określaniu strat hydraulicznych przyjęto standardowy obieg chłodniczy o parametrach: temperatura skraplania: 40OC; temperatura parowania: -10OC; przegrzanie i przechłodzenie: 5 K; sprawność sprężania: 75%; przewody: stalowe czarne (chropowatość: k = 0,0457 mm); straty przepływu w wymiennikach pominięto. Podsumowanie Zaprezentowany sposób określania oporów hydraulicznych po stronie ssawnej układu chłodniczego w prosty sposób pozwala określić wymiar przewodu, prędkość przepływu i spadek ciśnienia. Podano sposób korygowania uzyskanych wartości ze względu na temperaturę skraplania i parowania, jak również porównania otrzymanego spadku ciśnienia z wartościami dopuszczalnymi. Dla pełnego zwymiarowania układu chłodniczego należy dobrać ponadto przewód tłoczny i cieczowy, co stanowić będzie przedmiotem dalszych analiz. Powyższe rozważania należy traktować w sposób przybliżony, gdyż nie uwzględniono wpływu obecności oleju, niemniej pozwalają z wystarczającą do celów technicznych dokładnością określić wymiary przewodów po stronie ssawnej. Metoda porównawcza zaprezentowana w artykule stanowi uproszczoną ocenę wielkości efektów jakie otrzyma się wykorzystując dany freon w relacji do kosztów energetycznych jakie należy ponieść na pokonanie strat ciśnienia po stronie ssawnej. Do pełnej oceny rzeczywistego obiegu należałoby wliczyć wszystkie straty energetyczne w elementach instalacji chłodniczej. Autor: Jan GÓRSKI, Sławomir RABCZAK, Rzeszów Źródło: Chłodnictwo & Klimatyzacja 2004/03 KONTAKT Chłodnictwo & Klimatyzacja Tel: Fax: Adres: al. Komisji Edukacji Narodowej Warszawa

Podobne dokumenty

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

Przedmiot: Substancje kontrolowane Wykład 7a: Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha 29.04.2014 1 Obieg z regeneracją ciepła Rys.1. Schemat urządzenia jednostopniowego z regeneracją ciepła: 1- parowacz,