Расчёт массы заправки фреона

Забавные и своенравные эти капиллярные устройства, этакая "вещь в себе". Объём заправки по обоюдному согласию и взаимной симпатии сторон

 

Я у холодильщиков спросил про сколько фреона лить. Ответ "для R22 особых проблем нет, льют по манометрам смотрят, через 1 час после заливки и запуска проверяют, если давление упало добавляют"

 

Как я понял, они просто дозаправкой выгоняют машинку на расчётный режим? Приблизительно зная наперёд, сколько должно быть фреона в системе, зарядив 70-80%, после чего ждут, сколько она ещё попросит? Т. е. никто никаких расчётов не делает?

 

Дословно: "Вакуумируют систему, начинают заливать фреон R22 и запускают компрессор, по заправочным манометрам следят за давлением. Когда давление испарения выходит на требуемый уровень заправку прекращают. Ждут примерно 1 час (все это время компрессор молотит). Далее опять проверяют давление испарения если мало, то еще добавляют до рабочего давления". Вот так мне ответили холодильщики. С другими фреонами возни больше, там по весам нужно заправлять, поэтому их недолюбливают.

 

Спасибо, Руслан, за подсказки. Просветил. Всё понятно и доходчиво.

 

Мы делаем практически так же при разработке нового прототипа - сначала считается теоретическая масса, после на стенде вгоняем машину в режимы, сливая или доливая газ. Далее цикл настройки и т. д. в течении 72х часов на основных режимах, после чего газ сливаем-мерим массу для всех последующих серийных машин.

 

Спасибо, Вам, Деда. Прям таки Луч света в тёмном царстве!

 

А что, для других фреонов какие-то особые требования могут быть?
Кроме, разве что требования заправки современных хладагентов исключительно жидкой фазой.

Если делать правильно, то проверять допустимую норму показателей необходимо при работе в четырёх самых неблагоприятных, но ещё разрешенных точках рабочего диапазона, в которых может оказаться эта ХМ, неважно, кондиционер это или холодильник, после стабилизировавшегося режима по теплопритокам.
Тогда полученная экспериментальным путём норма заправки ничем не будет отличаться от нормы, рекомендованной заводом изготовителем.
Потому, что на заводе норму для опытного образца определяют подобным способом, только на специальном стенде для замеров характеристик ХМ.

Эти четыре точки - минимальная и максимальная рабочие температуры (до срабатывания установленных защит компрессора) для испарителя и конденсатора при допустимой влажности и давления окружающей среды.

Подобный стенд для кондиционеров состоит из двух калориметрических камер - для внешнего и внутреннего блока

Вот например такая камера описана в ещё советском ГОСТе
Или учебном пособии одного из образовательных заведений.

Кондиционерщики разве будут особо заморачиваться с определением граничных условий, да ещё на объекте?
Максимум, что сделают - картонкой прикроют вентилятор внешнего блока и дольют по давлению.

Ладно, жаркие условия для внешнего блока таким образом можно худо-бедно имитировать в теплое время года, в морозное время этого будет уже недостаточно, даже если вообще отключить вентилятор внешнего блока.
Можно конечно спросить - кому нужно дозаправлять кондей зимой?
Но кроме домашнего применения, есть много жарких помещений, где охлаждение требуется не только летом.
И кстати именно зимой сказывается недостаток хладагента.
Да и отапливаться кондеем теперь стало модно

Внутренний блок можно прикрыть картонной коробкой от этого же блока для имитации работы при низкой температуре помещения.
А вот как воссоздать летом холодные условия для внешнего блока?
Или для внутреннего блока при работе на охлаждение как имитировать тёплые условия ?
Подогревать тепловой пушкой?

Видели, чтобы кто-то из сервисников это делал при проверке и дозаправке?
Скорее всего просто стравят и перезаправят по весам, в стандартном кондее фреона на 300-400 рублей максимум всего-то и чего огород городить, если данные для практически любого кондея можно найти в техсправочниках.

А вот для устройства с неизвестной заводской нормой заправки хладагента возможные критические условия работы придётся при диагностике и доправке как-то обеспечивать.

Иначе это будет подобно попыткам проверки работоспособности рабочих тормозов автомобиля при медленном его перекатывании.
Эффективно ли и равномерно они себя покажут при быстром движении?
Или скажем балансировка системы отопления дома со слегка нагретым теплоносителем в системе и жаркой погоде на улице?

Конечно опытный механик или наладчик может предположить на основе своего личного опыта как всё будет происходить при других режимах движения автомобиля или работы СО дома.
Может даже окажется прав, если очень опытный.
Но это будут только его предположения, которые к делу, если что, - не подошьёшь

А какие правдоподобные расчёты можно сделать, не имея на руках никаких данных?
Ведь машины по сути ещё нет, она только в проекте.
А первоначальная примерная заправка определяется исходя из внутренних объёмов испарителя, конденсатора, ресивера, трасс и пр, размеры которых и диаметры соединительных труб предварительно рассчитываются исходя из холодопроизводительности ХМ.
И секрета эти расчёты никакого не составляют, на любом холодильном сайте можно почитать, например тут или тут.
Оптимальная же заправка определяется только после испытаний, другое дело, что чем больше ресивер в ХМ и больше запас хладагента в нём, тем менее чувствителен аппарат к отклонениям от номинальной заправки.
Соответственно тем более примитивный алгоритм допустим при подсчёте во всяких компьютерных программах для определения количества хладагента, например таких.
Попробуйте посчитать такой программой необходимый объём хладагента для холодильника или простого кондея и сравните получившийся результат с данными на их шильдиках
Максимальное же количество хладагента ограничивается всякими нормами по безопасности для помещений с компрессорным оборудованием, нормам по сосудам, работающим под давлением и пр.
И стоимость конечно имеет значение, при крупной ХМ.
Вот и Деда так-же делает, других методов не знает, как впрочем и другие производители тоже не знают:

 

Спасибо, Decabrino. Глубоко. Яснее стала тема.

 

В Руководстве для монтажников написано, что объем заправки фреоном должен быть меньше объема линии нагнетания. Если я правильно понял, для ТН предельный объем заправки равен объему конденсатора.

 

Скорее объёму испарителя, т. к. при остановке весь объём фреона будет собираться в самом холодном месте.(это для ТН), а в кондиционерах, да, в конденсаторе на улице.

 

Ну и что?
Для каждого случая подбирать свой объём испарителя по фреону, чтобы он не переполнялся при остановке компрессора?
С таким же успехом фреон может собраться и в картере компрессора, расположенного в холодном месте, далеко не в каждом агрегате есть подогрев.
Остановленному компрессору безразлично сколько жидкого фреона осталось в испарителе, важно, чтобы при работающей ХМ в компрессоре жидкого фреона не было.
За этим во время работы следит ТРВ.
Но также очень важно, чтобы сразу после запуска в картере компрессора не только жидкого фреона не было, но и парообразного фреона не попадало больше, чем компрессор может через себя пропустить.
Этого предотвратить простой ТРВ (не МОР) и тем более капиллярка не смогут.
Такая ситуация может сложиться в первое время после старта, если в испарителе во время простоя компрессора накопился жидкий фреон, и не обязательно, чтобы этого фреона было в испарителе под завязку.
Может хватить и гораздо менее чем наполовину залитого испарителя, чтобы машина сразу после пуска остановилась по превышению давления кипения или срабатыванию теплового реле по току компрессора, если эта ХМ по своей конструкции не предназначена для работы с затопленным испарителем и в ней не предусмотрена возможность ограничения (регулирования) давления кипения по верхнему своему значению.

Чтобы не допустить возможности скапливания жидкого фреона в испарителе, если компрессор этой ХМ не способен сразу после старта переварить пары фреона в таком количестве, необходимо устанавливать дополнительно электромагнитный запорный клапан перед ТРВ или капилляркой.
Правда капиллярку в таких случаях стараются не применять, но там кто его знает...
Если очень хочется, то можно...

В случае применения клапана испаритель во время простоя будет почти сухой и его внутренний объём (по фреону) никак не связан с ограничениями по заправке ХМ.
Чего не скажешь про конденсатор, ведь где-то фреон должен находиться, если испаритель пустой.
И не только во время стоянки компрессора, но и во время его работы, в том случае, если ТРВ или электромагнитный клапан по какой либо причине находятся в закрытом состоянии.
Вот поэтому-то конденсатор должен вмещать в себя весь фреон, заправленный в ХМ.

Это несколько неправильный перевод Руководства или неверная его трактовка.
Первоопределяющим должен быть не объём фреона для конденсатора, а объём конденсатора для фреона.
Это немного разные вещи.
Не предельный объём заправки должен быть меньше объёма конденсатора, а конденсатор должен подбираться по своему внутреннему объёму таким, чтобы вместить весь заправленный фреон в жидком виде в нормально работающей ХМ и ещё как минимум 20% ёмкости в конденсаторе должно остаться для паров, чтобы давление на высокой стороне не могло превысить безопасный уровень.

Для примера можно привести воздушный конденсатор, работающий зимой на улице.
Давление конденсации требуется держать выше какого-то определённого расчётного минимального уровня, иначе нарушится работа дросселируещего устройства (ТРВ или капиллярки), так как именно они расчитаны на этот определённый минимальный перепад.
При зимней разнице между температурой конденсации фреона и температурой окружающего воздуха для нормальной работы ХМ достаточно будет маленького по размерам теплообменника и с небольшой вместимостью по фреону.
Но в случае попытки откачать и собрать весь хладагент в конденсаторе, он может там попросту не поместиться и через аварийный клапан сбросится из контура.
В случае повышения уличной температуры теплообменник надо увеличивать как по площади теплообмена, так и по внутренней вместимости для фреона, иначе тоже не миновать аварийного сброса при превышении давления.
Плохо приспособленные под сезонные изменения климата ХМ приходится обслуживающему персоналу зимой дозаправлять, а летом стравливать излишки.

 

А можно рассчитать объём заправки фреоном и объём контура таким образом, чтобы при стоянке (в разумном температурном диапазоне, не слишком низком) весь фреон находился бы в паровой фазе, хотя бы близкой к темп. насыщения? Ведь кондиционеры так и заправляют, паровой фазой до определённого давления, но при плюсовой темп. Тогда получится некоторое завышение объёма холодильного контура, что очень похоже на недостаточную заправку, как следствие - перегрев компрессора. Совсем запутался.

 

Разрешите пойти с самого начала. Определяющим фактором является компрессор и его объёмная производительность. Далее рассчитывается массовый расход хладагента исходя из температур испарения и конденсации и соответсвующих значений энтальпии. Отсюда - площади теплообмена испарителя и конденсатора. Теперь, при максимальной площади нужно стремиться получить минимальный внутренний объём теплообменника?

 

С начала, так с начала.
Определяющим фактором является необходимая мощность ХМ.
По холоду (холодопроизводительности) для кондиционеров-охладителей или по теплу для устройств, работающих на обогрев.
Далее подбирается компрессор по холодопроизводительности на основе своей объёмной производительности с учётом применяемого газа.
Дело в том, что таблицы подбора компрессоров составлены их производителями на основе характеристик хладагентов, использующихся в этих компрессорах.
Поэтому основополагающим фактором будет всё-же совокупность свойств хладагента.

Как раз из свойств хладагента следует необходимый массовый расход, а из него необходимая объёмная производительность компрессора.
Поясню на примерах.
Как работает водяная система отопления дома?
Циркуляционный насос гоняет нагреваемую котлом воду по батареям, где та охлаждается и снова возвращается в котёл для нагрева.
Что будет, если поставить циркуляционный насос в 2 раза слабее?
Наверно он сможет прокачивать в 2 раза меньше воды в единицу времени.
Если первоначально прокачивал 1 м3/час, то при дельте 10 градусов на радиаторах выделялось 10 кВт тепловой мощности.
Если стал прокачивать тоько 0,5 м3/час, то при той-же выделяемой тепловой мощности радиаторами в помещение дельта по теплоносителю должна увеличиться до 20 градусов.
Не будем сейчас отвлекаться на температуру помещения, температуру подачи воды в СО, будем считать, что газовый, дизельный или ТТ котёл могут обеспечить широкий диапазон подачи, скажем от 40 до 95 градусов.
Из этого примера мы видим, что теплоёмкость воды позволяет при снижении или увеличении расхода в 2-4 раза мощность системы оставлять на том же уровне, снижая или увеличивая в 2-4 раза дельту температур между подачей и обраткой.
Применение разных теплоносителей по своим теплотехническим свойствам, например гликолей с теплоёмкостью, меньше чем у воды в 1,5 раза и большей вязкостью изменят дельту в 1,5-2 раза, но насос при этом можно оставить тот-же.
Какой диапазон изменений может быть?
Можно дельту сделать 5 градусов, а можно и 50, что в 10 раз больше.
При этом можно снизить необходимую площадь радиаторов, но придётся увеличить температуру подачи, чтобы оставить на том же уровне среднюю температуру радиатора и соответственно теплоотдачу радиатора к воздуху помещения.
В обычных тепловых котлах это вполне возможно, в тепловых насосах ведёт к снижению СОР, но сейчас не про это.

В чём отличие теплоносителя воды от теплоносителя фреона, циркулирующего по холодильному контуру и выступающего в этом случае в роли переносчика тепла (теплоносителя) между испарителем и конденсатором?
Отличия в том, что теплоёмкость фреона в ХМ вторична, главным фактором является теплота фазового перехода, по причине слишком большой разницы.
Теплота парообразования широко применяемых хладагентов 100-250 кДж/кг, теплоёмкость только 1-2 кДж/(кг*К)
Теоретически потребуется дельта 150-200 градусов, чтобы получить такую-же теплоту, как при испарении/конденсации, если вообще это технически возможно.

Идём далее и берём для примера хладагенты R22 и R410а
При 0 градусов по Цельсию теплота парообразования R22 составляет 205 кДж/кг, а R410 соответственно 228 кДж/кг
Различие чуть более 11%, что в общем не так много.
И что, думаете эти 11 % такая веская причина, чтобы просто не попробовать заменить в холодильном контуре один хладагент на другой, с заменой масла естественно?
Сейчас скажете, что разные рабочие давления?
Да не такие уж и разные.
У R22 при 0 С давление 5 бар, а у R410а давление 7,8 бар.
Если не задирать слишком высоко давление конденсации, то ничего с контуром не случится, при +50 С R22 имеет давление 20 бар, а у R410 давление 30 бар, но и у R22 при конденсации +70 С давление будет 30 бар, на которые контур должен быть рассчитан при аварийном стечении обстоятельств.
Критическая температура R22 составляет 96 С при 50 бар, а R410 только 72 С при 49 бар.
Так что в околокритических точках давления почти равны.
Так что же мешает просто поменять один хладагент на другой и требует замены компрессора?
Плотность хладагентов.
А так как в компрессорах основная характеристика - объёмная производительность, то разная плотность хладагентов ведёт к разной массовой производительности, разной холодопроизводительности при этом и разной нагрузке на электропривод.
Насколько разной?
Компрессоры работают с газами, значит имеет значение плотность паровой фазы.
При этом плотность жидкой фазы у R22 и R410 отличается незначительно, при 0 С это 1,28 и 1,17 соответственно и особой роли эта 10% разница не играет, так как жидкостных насосов в холодильном контуре нет, а жидкость бежит по трубопроводам под действием давления на неё паровой фазы.
А вот плотность насыщенного пара R22 при 0 С составляет 21 кг/м3, плотность пара R410 составляет 29 кг/м3, как видите разница 1,38 раза.
Стало быть массовая производительность одного и того же компрессора на двух этих газах будет отличаться в 1,38 раза при 0 С.
Соответственно мощность электродвигателя только для перекачки такого же объёмного количества R410 тоже требуется больше в 1,38 раза, чем для R22, это не считая необходимого запаса мощности привода на последующее сжатие газов.
Если учесть различие в теплоте парообразования этих веществ 11%, то 1 м3/час объёмной производительности компрессора на R410 переносит в 1,53 раза больше теплоты, чем на R22 при 0 по Цельсию.
Затраты энергии при этом в 1,38 раза больше, то есть экономическая эффективность на перекачку газа без учёта потерь на сжатие только 11%.
Но с учетом потерь на сжатие газов и пр. факторов экономическая эффективность R410 не намного выше, чем R22 при 0 С. А при некоторых других условиях может быть даже хуже, чем R22.
Зато меньше будет по своим габаритным размерам компрессор, хотя и с большей необходимой электрической удельной мощностью привода, также меньше нужны будут необходимые размеры теплообменников, ввиду лучших показателей R410 по теплоотдаче.
Только вот для кого такая экономия важнее, для производителя или потребителя?

Естественно все эти детали в таблицах подбора компрессоров не рассматриваются, там указывается только холодопроизводительность при стандартных условиях и потребляемая мощность.
И снова возвращаемся к началу: