2.11.2. Теплообменные аппараты системы кондиционирования воздуха

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.

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 %.