Several HVAC systems require field refrigeration piping to be designed and installed on-site. Examples include Condensing units, Direct expansion (DX) coil in air handlers, Remote evaporators with air-cooled chillers and Chiller with a remote air-cooled condensers. This Guide covers R-22, R-407C, R-410A, and R-134a used in commercial air conditioning systems. It does not apply to industrial refrigeration and/or Variable Refrigerant Volume (VRV) systems.
Die in diesem Anwendungshandbuch enthaltenen Informationen basieren auf Kapitel 2 des Kühlhandbuchs von Ashrae und McQuays gute Erfahrung mit dieser Art von Ausrüstungen.
Ein ordnungsgemäß gestaltetes und installiertes Kältemittel -Rohrleitungssystem sollte:
- Geben Sie den Verdampfer einen ausreichenden Kältemittelfluss an, wobei die Größen der praktischen Kältemittellinien verwendet werden, die den Druckabfall begrenzen.
- Vermeiden Sie das Einfangen übermäßiges Öl, damit der Kompressor über genügend Öl verfügt, um jederzeit ordnungsgemäß zu arbeiten.
- Vermeiden Sie flüssiges Kältemittelschläger.
- Sei sauber und trocken.
Kältemittel -Rohrleitungskonstruktions -Checkliste
Der erste Schritt im Kältemittel -Rohrleitungsdesign besteht darin, Produkt- und Baustelleninformationen zu sammeln. Eine Checkliste für jedes ist unten angegeben. Wie diese Informationen verwendet werden, wird während des restlichen Leitfadens erläutert.
Produktinformation
- Model number of unit components (condensing section, evaporator, etc.)
- Maximale Kapazität pro Kühlkreislauf
- Mindestkapazität pro Kühlkreislauf
- Einheit Betriebsgebühr
- Einheitspumpenkapazität
- Kältemitteltyp
- Unit options (Hot Gas Bypass, etc.)
- Zu den Geräten gehören Isolationsventile und Ladeanschlüsse
- Hat das Gerät nach unten?
Informationen zur Baustelle
- Skizze darüber, wie Rohrleitungen ausgeführt werden, einschließlich:
- Entfernungen
- Höhenänderungen
- Ausrüstungslayout
- Ausstattung
- Spezifische Details für Verdampfer -Rohrleitungsverbindungen
- Umgebungsbedingungen, unter denen Rohrleitungen ausgeführt werden
- Ambient operating range (will the system operate during the winter?)
- Type of cooling load (comfort or process)
- Unit isolation (spring isolators, rubber-in-shear, etc.)
Typische Kältemittel -Rohrleitungen
Diese Abbildung zeigt eine Kondensateinheit, die auf einer in einer Dachmontage eingebauten DX-Spule angeschlossen ist, die in einer Dachlufthandhabung installiert ist.
- A liquid line supplies liquid refrigerant from the condenser to a thermal expansion (TX) valve adjacent to the coil.
- Eine Sauglinie liefert Kältemittelgas zum Sauganschluss des Kompressors.
Diese Abbildung zeigt einen dach montierten luftgekühlten Kältemittel mit einem Fernverdampfer im Gebäude.
- 1. Es gibt zwei Kühlschaltungen, von denen jeweils eine Flüssigkeitsleitung mit flüssigem Kältemittel vom Kondensator zu einem TX -Ventil neben dem Verdampfer versorgt, und eine Sauglinie, die Kältemittelgas vom Verdampfer zum Sauganschluss des Kompressors zurückgibt.
- 2. Auf einem der Schaltkreise gibt es einen doppelten Saugreiber.
Diese Abbildung zeigt einen Innenkühler mit einem abgelegenen luftgekühlten Kondensator auf dem Dach.
- 1. Die Entladungsgasleitung läuft von der Entladungsseite des Kompressors bis zum Einlass des Kondensators.
- 2. Die Flüssigkeitslinie verbindet den Auslass des Kondensators mit einem TX -Ventil am Verdampfer.
- 3. Die Heißgas -Bypass -Linie auf der Schaltung läuft von der Entladungslinie des Kompressors zur Flüssigkeitslinieverbindung am Verdampfer.
Grundlagen der Rohrleitungsdesign
Ein gutes Rohrleitungsdesign führt zu einem Gleichgewicht zwischen den anfänglichen Kosten, dem Druckabfall und der Systemzuverlässigkeit. Die anfänglichen Kosten werden durch den Durchmesser und das Layout der Rohrleitungen beeinflusst. Der Druckabfall der Rohrleitungen muss minimiert werden, um die Leistung und Kapazität nachteilig zu beeinflussen. Da fast alle feldpipierten Systeme Kompressoröl haben, die durch die Kühlkreislauf und zurück zum Kompressor gelangen, muss eine minimale Geschwindigkeit in der Rohrleitung aufrechterhalten werden, so dass ausreichend Öl bei vollständigen und Teillastbedingungen an den Kompressorsump zurückgeführt wird.
Eine gute Faustregel ist ein Minimum von:
- 500 feet per minute (fpm) or 2.54 meters per second (mps) for horizontal suction and hot gas lines.
- 1000 fpm (5.08 mps) for suction and hot gas risers.
- Less than 300 fpm (1.54 mps) to avoid liquid hammering from occurring when the solenoid closes on liquid lines.
Hard drawn copper tubing is used for halocarbon refrigeration systems. Types L and K are approved for air conditioning and refrigeration (ACR) applications. Type M is not used because the wall is too thin. The nominal size is based on the outside diameter (OD). Typical sizes include 5/8 inch, 7/8 inch, 1-1/8 inch, etc.
Copper tubing intended for ACR applications is dehydrated, charged with nitrogen, and plugged by the manufacturer (see Figure below).
Formed fittings, such as elbows and tees, are used with the hard drawn copper tubing. All joints are brazed with oxy-acetylene torches by a qualified technician. As mentioned before, refrigerant line sizes are selected to balance pressure drop with initial cost, in this case of the copper tubing while also maintaining enough refrigerant velocity to carry oil back to the compressor. Pressure drops are calculated by adding the length of tubing required to the equivalent feet (meters) of all fittings in the line. This is then converted to PSI (kPa).
Druckabfall und Temperaturänderung
As refrigerant flows through pipes the pressure drops and changes the refrigerant saturation temperature. Decreases in both pressure and saturation temperature adversely affect compressor performance. Proper refrigeration system design attempts to minimize this change to less than 2°F (1.1°C) per line. Therefore, it is common to hear pressure drop referred to as “2°F” versus PSI (kPa) when matching refrigeration system components.
Zum Beispiel, a condensing unit may produce 25 tons (87.9 kW) of cooling at 45°F (7.2°C) saturated suction temperature. Assuming a 2°F (1.1°C) line loss, the evaporator would have to be sized to deliver 25 tons (87.9 kW) cooling at 47°F (7.2°C) saturated suction temperature.
Table below compares pressure drops in temperatures and pressures for several common refrigerants. Note that the refrigerants have different pressure drops for the same change in temperature. For example, many documents refer to acceptable pressure drop being 2°F (1.1°C) or about 3 PSI (20.7 kPa) for R-22. The same 3 PSI change in R-410A, results in a 1.2°F (0.7°C) change in temperature.
Note Suction and discharge pressure drops based on 100 equivalent feet (30.5 m) and 40°F (4.4°C) saturated temperature.
Flüssigkeitsleitungen
Flüssigkeitsleitungen verbinden den Kondensator mit dem Verdampfer und tragen flüssiges Kältemittel am TX -Ventil. Wenn das Kältemittel in der Flüssigkeitslinie zu einem Gas blitzt, da der Druck zu niedrig fällt oder aufgrund einer Erhöhung der Höhe, wird das Kühlsystem schlecht funktionieren. Die flüssige Unterkühlung ist die einzige Methode, bei der Kältemittel durch Druckabfälle in der Leitung auf Gas blinkt.
The actual line size should provide no more than a 2 to 3°F (1.1 to 1.7°C) pressure drop. The actual pressure drop in PSI (kPa) will depend on the refrigerant.
Übergroße Flüssigleitungen sind entmutigt, da die Kältemittelladung des Systems erheblich erhöht wird. Dies wirkt sich wiederum auf die Ölladung aus.
Wenn das flüssige Kältemittel vom Kondensator zum Verdampfer angehoben wird, wird der Kältemitteldruck gesenkt. Unterschiedliche Kältemittel haben unterschiedliche Druckänderungen auf der Grundlage der Höhe. Siehe Tabelle 2 bis für bestimmte Kältemittel. Der Gesamtdruckabfall in der Flüssigkeitsleitung ist die Summe des Reibungsverlusts zuzüglich des Gewichts der Flüssigkältemittelsäule im Steigrohr.
Kältemittel | Pressure Drop PSI/ft (kPa/m) Riser |
R-22 | 0.50 (11.31) |
R-407C | 0.47 (10.63) |
R-410A | 0.43 (9.73) |
R-134a | 0.50 (11.31) |
In dieser Situation vermeiden nur untergekühlte Flüssigkeitskältemittel am TX-Ventil. Wenn der Kondensator über dem Verdampfer installiert worden wäre, hätte die Druckerhöhung des Gewichts des flüssigen Kältemittels in der Linie verhindert, dass das Kältemittel ohne Unterkühlung in einer ordnungsgemäßen Linie blitzt.
It is important to have some sub-cooling at the TX valve so that the valve will operate properly and not fail prematurely. Follow the manufacturer’s recommendations. If none are available, then provide 4 to 6°F (2.2 to 3.3°C) of sub-cooling at the TX valve.
Liquid lines require several refrigerant line components and/or accessories to be field selected and installed (Figure below). Isolation valves and charging ports are required. Generally, it is desirable to have isolation valves for servicing the basic system components, such as a condensing unit or condenser. In many cases, manufacturers supply isolating valves with their product, so be sure to check what is included. Isolating valves come in several types and shapes.
Beweis auf diese Figur :
- Wenn Sie aus dem Kondensator arbeiten, gibt es einen Flüssigleitungsfilter-Drier. Der Filtertrockner entfernt Trümmer aus dem flüssigen Kältemittel und enthält eine Austrocknung, um Feuchtigkeit im System zu absorbieren. Filtertrockner sind entweder verfügbar oder dauerhaft mit austauschbaren Kernen.
- Als nächstes gibt es ein Sichtglas, mit dem Techniker den Zustand des Kältemittels in der flüssigen Linie betrachten können. Viele Sichtgläser enthalten einen Feuchtigkeitsindikator, der die Farbe ändert, wenn im Kältemittel Feuchtigkeit vorhanden ist.
- Nach dem Sehglas ist das TX -Ventil zu folgen.
Mögliche Zubehör für dieses System umfassen:
- A hot gas bypass port. This is a specialty fitting that integrates with the distributor – an auxiliary side connector (ASC).
- Ein Pumpenmagnetventil. Wenn eine Pumpe verwendet wird, wird das Magnetventil kurz vor dem TX -Ventil so nah wie möglich am Verdampfer gefunden.
- Receivers in the liquid line. These are used to store excess refrigerant for either pump down or service (if the condenser has inadequate volume to hold the system charge), or as part of a flooded low ambient control approach. Receivers are usually avoided because they remove sub-cooling from the condenser, increase the initial cost, and increase the refrigerant charge.
Liquid lines should be sloped 1/8 inch per foot (10.4 mm/m) in the direction of refrigerant flow. Trapping is unnecessary.
Sauglinien
Suction gas lines allow refrigerant gas from the evaporator to flow into the inlet of the compressor. Undersizing the suction line reduces compressor capacity by forcing it to operate at a lower suction pressure to maintain the desired evaporator temperature. Oversizing the suction line increases initial project costs and may result in insufficient refrigerant gas velocity to move oil from the evaporator to the compressor. This is particularly important when vertical suction risers are used.
Suction lines should be sized for a maximum of 2 to 3°F (1.1 to 1.7°C) pressure loss. The actual pressure drop in PSI (kPa) will depend on the refrigerant.
Sauglinien -Rohrleitungsdetails
While operating, the suction line is filled with superheated refrigerant vapor and oil. The oil flows on the bottom of the pipe and is moved along by the refrigerant gas flowing above it. When the system stops, the refrigerant may condense in the pipe depending on the ambient conditions. This may result in slugging if the liquid refrigerant is drawn into the compressor when the system restarts.
To promote good oil return, suction lines should be pitched 1/8 inch per foot (10.4 mm/m) in the direction of refrigerant flow. Evaporator connections require special care because the evaporator has the potential to contain a large volume of condensed refrigerant during off cycles. To minimize slugging of condensed refrigerant, the evaporators should be isolated from the suction line with an inverted trap as shown in Figures below:
Die Falle sollte sich über die Oberseite des Verdampfers erstrecken, bevor er zum Kompressor führt.
- Bei mehreren Verdampfer sollte die Saugleitung so ausgelegt sein, dass die Druckabfälle gleich sind und das Kältemittel und das Öl von einer Spule nicht in eine andere Spule fließen können.
- Fallen können am Boden von Risern verwendet werden, um ein kondensiertes Kältemittel zu fangen, bevor es zum Kompressor fließt. Zwischenfallen sind in einem richtigen Riser unnötig, da sie zum Druckabfall beitragen.
- Normalerweise werden die Kompressoren bei kommerziell hergestellten Klimaanlagen mit einem gemeinsamen Anschluss an der Seite des Geräts „vorgegeben“.
- Sauglinienfiltertrockner stehen zur Verfügung, um das Kältemittel vor dem Eintritt in den Kompressor zu reinigen. Da sie einen erheblichen Druckabfall darstellen, sollten sie nur dann hinzugefügt werden, wenn die Umstände sie erfordern, z. B. nach dem Kompressor -Burnout. In diesem Fall wird der Saugfiltertrockner nach der Einbruchperiode für den Ersatzkompressor häufig entfernt. Saugfiltertrockner fangen erhebliche Mengen an Öl auf, sodass sie gemäß den Spezifikationen des Herstellers installiert werden sollten, um die Ölentwässerung zu fördern.
Leitungsleitungen
Discharge gas lines (often referred to as hot gas lines) allow refrigerant to flow from the discharge of the compressor to the inlet of the condenser. Undersizing discharge lines will reduce compressor capacity and increase compressor work. Over sizing discharge lines increases the initial cost of the project and may result in insufficient refrigerant gas velocity to carry oil back to the compressor. Figures below.
Leitungsleitungsleitungsleitungen Details
Discharge lines carry both refrigerant vapor and oil. Since refrigerant may condense during the off cycle, the piping should be designed to avoid liquid refrigerant and oil from flowing back into the compressor. Traps can be added to the bottom of risers to catch oil and condensed refrigerant during off cycles, before it flows backward into the compressor. Intermediate traps in the risers are unnecessary in a properly sized riser as they increase the pressure drop. Discharge lines should be pitched 1/8 inch per foot (10.4 mm/m) in the direction of refrigerant flow towards the condenser.
Whenever a condenser is located above the compressor, an inverted trap or check valve should be installed at the condenser inlet to prevent liquid refrigerant from flowing backwards into the compressor during off cycles. In some cases (i.e. with reciprocating compressors), a discharge muffler is installed in the discharge line to minimize pulsations (that cause vibration). Oil is easily trapped in a discharge muffler, so it should be placed in the horizontal or downflow portion of the piping, as close to the compressor as possible.
Mehrere Kühlschaltungen
Für Kontrolle und Redundanz umfassen viele Kühlsysteme zwei oder mehr Kühlschaltungen. Jede Schaltung muss getrennt gehalten und so konzipiert werden, als wäre es ein einzelnes System. In einigen Fällen dient ein einzelner Kühlkreis mehrere Verdampfer, aber mehrere Kühlschaltungen sollten niemals an einen einzelnen Verdampfer angeschlossen werden. Ein häufiger Fehler ist die Installation einer Zweikreis -Kondensatureinheiten mit einer Einschaltungsverdampferspule.
Diese Abbildung zeigt häufige DX -Spulen, die mehrere Schaltungen enthalten. Interlaced ist am häufigsten. Es ist möglich, einzelne Spulen mit jeweils eine einzelne Schaltung zu haben, die im selben System installiert und an einen dedizierten Kühlkreis angeschlossen ist.
Während die meisten gängigen Klimaanlagen einen Verdampfer für jeden Stromkreis haben, können mehrere Verdampfer mit einem einzigen Kühlkreislauf angeschlossen werden.
Figure below shows a single refrigeration circuit serving two DX coils. Note that each coil has its own solenoid and thermal expansion valve. There should be one TX valve for each distributor. Individual solenoids should be used if the evaporators will be operated independently (i.e. for capacity control). If both evaporators will operate at the same time, then a single solenoid valve in a common pipe may be used.
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