Plusieurs systèmes CVC nécessitent une tuyauterie de réfrigération sur le terrain pour être conçue et installée sur place. Les exemples incluent les unités de condensation, la bobine d'expansion directe (DX) dans les gestionnaires d'air, les évaporateurs à distance avec des refroidisseurs refroidis par air et le refroidisseur avec un condenseur refroidi à distance. Ce guide couvre R-22, R-407C, R-410A et R-134A utilisés dans les systèmes de climatisation commerciaux. Il ne s'applique pas aux systèmes de réfrigération industrielle et / ou de volume de réfrigérant variable (VRV).
Les informations contenues dans ce guide d'application sont basées sur le chapitre 2 du manuel de réfrigération d'Ashrae et la bonne expérience de McQuay avec ce type d'équipements.
Un système de tuyauterie de réfrigérant correctement conçu et installé doit:
- Fournir un débit de réfrigérant adéquat vers les évaporateurs, en utilisant des tailles de lignes de réfrigérant pratiques qui limitent la baisse de pression.
- Évitez de piéger l'huile excessive afin que le compresseur ait suffisamment d'huile pour fonctionner correctement à tout moment.
- Évitez les frappes de réfrigérant liquide.
- Soyez propre et sec.
Liste de contrôle de conception de tuyauterie de réfrigérant
La première étape de la conception de la tuyauterie de réfrigérant consiste à recueillir des informations sur les produits et les chantiers. Une liste de contrôle pour chacun est fournie ci-dessous. La façon dont ces informations sont utilisées seront expliquées tout au long du reste de ce guide.
Information produit
- Numéro de modèle de composants unitaires (section de condensation, évaporateur, etc.)
- Capacité maximale par circuit de réfrigération
- Capacité minimale par circuit de réfrigération
- Frais de fonctionnement de l'unité
- Capacité de baisse de la pompe unitaire
- Type de réfrigérant
- Options d'unité (contournement de gaz chaud, etc.)
- L'équipement comprend-il des vannes d'isolement et des ports de charge
- L'unité a-t-elle une pompe vers le bas?
Informations sur le chantier
- Croquis de la façon dont la tuyauterie sera exécutée, notamment:
- Distances
- Changements d'élévation
- Disposition de l'équipement
- Raccords
- Détails spécifiques pour les connexions de tuyauterie de l'évaporateur
- Conditions ambiantes où la tuyauterie sera exécutée
- Plage d'exploitation ambiante (le système fonctionnera-t-il pendant l'hiver?)
- Type de charge de refroidissement (confort ou processus)
- Isolement de l'unité (isolateurs à ressort, caoutchouc dans la cisaille, etc.)
Dispositions de tuyaux de réfrigérant typiques
Cette figure montre une unité de condensation montée sur un grade connecté à une bobine DX installée dans une unité de manchette d'air à toit.
- Une ligne liquide fournit un réfrigérant liquide du condenseur à une soupape de dilatation thermique (TX) adjacente à la bobine.
- Une conduite d'aspiration fournit du gaz réfrigérant à la connexion d'aspiration du compresseur.
Cette figure montre un refroidisseur refroidi par l'air monté sur le toit avec un évaporateur à l'intérieur du bâtiment.
- 1. Il y a deux circuits de réfrigération, chacun avec une ligne liquide fournissant un réfrigérant liquide du condenseur à une soupape Tx adjacente à l'évaporateur, et une ligne d'aspiration renvoyant le gaz réfrigérant de l'évaporateur aux connexions d'aspiration du compresseur.
- 2. Il y a une colonne montante à double aspiration sur l'un des circuits.
Cette figure montre un refroidisseur intérieur avec un condenseur refroidi à distance sur le toit.
- 1. La conduite de gaz de décharge s'étend du côté décharge du compresseur à l'entrée du condenseur.
- 2. La ligne liquide relie la sortie du condenseur à une vanne TX à l'évaporateur.
- 3. La ligne de dérivation à gaz chaud sur le circuit s'étend à partir de la ligne de décharge du compresseur à la connexion de la ligne liquide à l'évaporateur.
Bases de conception de tuyauterie
Une bonne conception de tuyauterie entraîne un équilibre entre le coût initial, la chute de pression et la fiabilité du système. Le coût initial est affecté par le diamètre et la disposition de la tuyauterie. La chute de pression dans la tuyauterie doit être minimisée pour éviter de nuire aux performances et à la capacité. Étant donné que presque tous les systèmes à tuyaux de champ ont de l'huile de compresseur passant à travers le circuit de réfrigération et retour au compresseur, une vitesse minimale doit être maintenue dans la tuyauterie afin que l'huile suffisante soit retournée sur le carter du compresseur à des conditions de charge complète et partielle.
Une bonne règle de base est un minimum de:
- 500 pieds par minute (FPM) ou 2,54 mètres par seconde (MPS) pour les conduites d'aspiration horizontale et de gaz chaud.
- 1000 FPM (5,08 MPS) pour les élévateurs d'aspiration et de gaz chaud.
- Moins de 300 fpm (1,54 MPS) pour éviter que le martèlement liquide ne se produise lorsque le solénoïde se ferme sur les lignes liquides.
Des tubes en cuivre tirés durs sont utilisés pour les systèmes de réfrigération au halocarbone. Les types L et K sont approuvés pour les applications de climatisation et de réfrigération (ACR). Le type M n'est pas utilisé car le mur est trop mince. La taille nominale est basée sur le diamètre extérieur (OD). Les tailles typiques comprennent 5/8 pouces, 7/8 pouces, 1-1 / 8 pouces, etc.
Les tubes en cuivre destinés aux applications ACR sont déshydratés, chargés d'azote et branchés par le fabricant (voir la figure ci-dessous).
Des raccords formés, tels que les coudes et les t-shirts, sont utilisés avec le tube en cuivre tiré dur. Toutes les articulations sont brasées avec des torches d'oxy-acétylène par un technicien qualifié. Comme mentionné précédemment, les tailles de lignes de réfrigérant sont sélectionnées pour équilibrer la baisse de la pression avec le coût initial, dans ce cas du tube en cuivre tout en maintenant suffisamment de vitesse de réfrigérant pour ramener l'huile vers le compresseur. Les gouttes de pression sont calculées en ajoutant la longueur du tube requise aux pieds (mètres) équivalents de tous les raccords de la ligne. Ceci est ensuite converti en PSI (KPA).
Chute de pression et changement de température
Au fur et à mesure que le réfrigérant circule à travers les tuyaux, la pression tombe et modifie la température de saturation du réfrigérant. Les diminutions de la pression et de la température de saturation affectent négativement les performances du compresseur. Une bonne conception du système de réfrigération tente de minimiser ce changement à moins de 2 ° F (1,1 ° C) par ligne. Par conséquent, il est courant d'entendre la baisse de la pression appelée «2 ° F» contre PSI (KPA) lors de la correspondance des composants du système de réfrigération.
Par exemple, une unité de condensation peut produire 25 tonnes (87,9 kW) de refroidissement à 45 ° F (7,2 ° C) température d'aspiration saturée. En supposant une perte de ligne de 2 ° F (1,1 ° C), l'évaporateur devrait être dimensionné pour délivrer 25 tonnes (87,9 kW) de refroidissement à 47 ° F (7,2 ° C) une température d'aspiration saturée.
Le tableau ci-dessous compare les chutes de pression des températures et des pressions pour plusieurs réfrigérants courants. Notez que les réfrigérants ont des chutes de pression différentes pour le même changement de température. Par exemple, de nombreux documents se réfèrent à la chute de pression acceptable étant de 2 ° F (1,1 ° C) ou d'environ 3 psi (20,7 kPa) pour R-22. Le même changement de 3 psi dans R-410A, entraîne un changement de température de 1,2 ° F (0,7 ° C).
Remarquez des chutes d'aspiration et de décharge basées sur 100 pieds équivalents (30,5 m) et 40 ° F (4,4 ° C) température saturée.
Lignes liquides
Les lignes liquides relient le condenseur à l'évaporateur et transportent un réfrigérant liquide à la soupape TX. Si le réfrigérant de la ligne liquide clignote à un gaz car la pression baisse trop faible ou en raison d'une augmentation de l'élévation, le système de réfrigération fonctionnera mal. Le sous-refroidissement liquide est la seule méthode qui empêche le réfrigérant de clignoter au gaz en raison des chutes de pression dans la ligne.
La taille réelle de la ligne ne doit pas fournir une chute de pression de 2 à 3 ° F (1,1 à 1,7 ° C). La chute de pression réelle dans PSI (KPA) dépendra du réfrigérant.
Les lignes liquides oversize sont découragées car elles augmenteront considérablement la charge de réfrigérant du système. Ceci, à son tour, affecte la charge d'huile.
Lorsque le réfrigérant liquide est soulevé du condenseur à l'évaporateur, la pression du réfrigérant est abaissée. Différents réfrigérants auront des changements de pression différents en fonction de l'élévation. Reportez-vous au tableau 2 pour des réfrigérants spécifiques. La chute de pression totale dans la ligne liquide est la somme de la perte de frottement, plus le poids de la colonne de réfrigérant liquide dans la colonne montante.
Réfrigérant | PSI PSI / FT (KPA / M) |
R-22 | 0,50 (11,31) |
R-407C | 0,47 (10,63) |
R-410A | 0,43 (9,73) |
R-134a | 0,50 (11,31) |
Seul le réfrigérant liquide sous-refroidi évitera de clignoter à la vanne TX dans cette situation. Si le condenseur avait été installé au-dessus de l'évaporateur, l'augmentation de la pression du poids du réfrigérant liquide dans la ligne aurait empêché le réfrigérant de clignoter dans une ligne de taille correcte sans sous-refroidissement.
Il est important d'avoir un sous-refroidissement dans la valve Tx afin que la vanne fonctionne correctement et ne pas échouer prématurément. Suivez les recommandations du fabricant. Si aucun n'est disponible, fournissez 4 à 6 ° F (2,2 à 3,3 ° C) de sous-refroidissement à la valve TX.
Les lignes liquides nécessitent plusieurs composants de ligne de réfrigérant et / ou accessoires pour être sélectionnés et installés sur le terrain (figure ci-dessous). Des vannes d'isolement et des ports de charge sont nécessaires. Généralement, il est souhaitable d'avoir des vannes d'isolement pour entretenir les composants du système de base, tels qu'une unité de condensation ou un condenseur. Dans de nombreux cas, les fabricants fournissent des vannes d'isolement avec leur produit, alors assurez-vous de vérifier ce qui est inclus. Les vannes d'isolement sont disponibles en plusieurs types et formes.
Se référant à ce chiffre :
- En travaillant à partir du condenseur, il y a un filtre à ligne liquide. Le séchoir filtrant élimine les débris du réfrigérant liquide et contient un dessicant pour absorber l'humidité dans le système. Les crédits de filtre sont jetables ou permanents avec des noyaux remplaçables.
- Ensuite, il y a un verre à vue qui permet aux techniciens de voir l'état du réfrigérant dans la ligne liquide. De nombreux verres à vue incluent un indicateur d'humidité qui change de couleur si l'humidité est présente dans le réfrigérant.
- Suivre le verre à vue est la valve Tx.
Les accessoires possibles pour ce système comprennent:
- Un port de dérivation à gaz chaud. Il s'agit d'un raccord spécialisé qui s'intègre au distributeur - un connecteur latéral auxiliaire (ASC).
- Une valve solénoïde vers le bas. Si une pompe vers le bas est utilisée, l'électrovanne sera située juste avant la vanne TX, aussi près que possible de l'évaporateur.
- Récepteurs dans la ligne liquide. Ceux-ci sont utilisés pour stocker un réfrigérant excédentaire pour la pompe vers le bas ou le service (si le condenseur a un volume inadéquat pour maintenir la charge du système), ou dans le cadre d'une approche de contrôle ambiant faible inondée. Les récepteurs sont généralement évités car ils éliminent le sous-refroidissement du condenseur, augmentent le coût initial et augmentent la charge de réfrigérant.
Les lignes liquides doivent être en pente de 1/8 de pouce par pied (10,4 mm / m) dans le sens de l'écoulement réfrigérant. Le piégeage n'est pas nécessaire.
Lignes d'aspiration
Les conduites de gaz d'aspiration permettent aux gaz réfrigérants de l'évaporateur de s'écouler dans l'entrée du compresseur. La sous-dimension de la ligne d'aspiration réduit la capacité du compresseur en la forçant à fonctionner à une pression d'aspiration plus faible pour maintenir la température de l'évaporateur souhaité. La surdimensionnement de la ligne d'aspiration augmente les coûts initiaux du projet et peut entraîner une vitesse de gaz réfrigérant insuffisante pour déplacer l'huile de l'évaporateur vers le compresseur. Ceci est particulièrement important lorsque des élévateurs d'aspiration verticaux sont utilisés.
Les lignes d'aspiration doivent être dimensionnées pour un maximum de 2 à 3 ° F (1,1 à 1,7 ° C) une perte de pression. La chute de pression réelle dans PSI (KPA) dépendra du réfrigérant.
Détails de tuyauterie de ligne d'aspiration
Pendant le fonctionnement, la conduite d'aspiration est remplie de vapeur de réfrigérant surchauffée et d'huile. L'huile s'écoule sur le bas du tuyau et est déplacée par le gaz réfrigérant qui coule au-dessus. Lorsque le système s'arrête, le réfrigérant peut se condenser dans le tuyau en fonction des conditions ambiantes. Cela peut entraîner des frappes si le réfrigérant liquide est entraîné dans le compresseur lorsque le système redémarre.
Pour promouvoir un bon retour d'huile, les lignes d'aspiration doivent être présentées de 1/8 de pouce par pied (10,4 mm / m) dans le sens de l'écoulement réfrigérant. Les connexions de l'évaporateur nécessitent des soins spéciaux car l'évaporateur a le potentiel de contenir un grand volume de réfrigérant condensé pendant les cycles hors cycles. Pour minimiser la frappe de réfrigérant condensé, les évaporateurs doivent être isolés de la conduite d'aspiration avec un piège inversé comme indiqué sur les figures ci-dessous:
Le piège doit s'étendre au-dessus du haut de l'évaporateur avant de mener au compresseur.
- Avec plusieurs évaporateurs, la tuyauterie d'aspiration doit être conçue de sorte que les chutes de pression sont égales et que le réfrigérant et l'huile d'une bobine ne peuvent pas s'écouler dans une autre bobine.
- Les pièges peuvent être utilisés au bas des contremarches pour attraper un réfrigérant condensé avant qu'il ne se précipite vers le compresseur. Les pièges intermédiaires ne sont pas nécessaires dans une colonne montante de taille correcte car ils contribuent à la chute de pression.
- Habituellement, avec des équipements de climatisation produits commercialement, les compresseurs sont «préparés» à une connexion commune sur le côté de l'unité.
- Des séchoirs de filtre à ligne d'aspiration sont disponibles pour aider à nettoyer le réfrigérant avant qu'il n'entre dans le compresseur. Parce qu'ils représentent une chute de pression importante, ils ne devraient être ajoutés que si les circonstances les nécessitent, comme après l'épuisement du compresseur. Dans ce cas, le sèche-linge du filtre d'aspiration est souvent supprimé après la période de rodage pour le compresseur de remplacement. Les séchoirs du filtre d'aspiration captent des quantités importantes d'huile, ils doivent donc être installés selon les spécifications du fabricant pour promouvoir le drainage pétrolier.
Lignes de décharge
Les conduites de gaz de décharge (souvent appelées conduites de gaz chaud) permettent au réfrigérant de s'écouler de la décharge du compresseur à l'entrée du condenseur. Les lignes de décharge sous-dimensionnement réduiront la capacité du compresseur et augmenteront le travail du compresseur. Des lignes de décharge de dimensionnement augmentent le coût initial du projet et peuvent entraîner une vitesse de gaz réfrigérant insuffisante pour ramener l'huile vers le compresseur. Figures ci-dessous.
Détails de tuyauterie de ligne de décharge
Les lignes de décharge transportent à la fois une vapeur de réfrigérant et de l'huile. Étant donné que le réfrigérant peut se condenser pendant le cycle de désactivation, la tuyauterie doit être conçue pour éviter que le réfrigérant liquide et l'huile revienne dans le compresseur. Des pièges peuvent être ajoutés au fond des contremarches pour attraper l'huile et le réfrigérant condensé pendant les cycles hors cycles, avant qu'il ne coule en arrière dans le compresseur. Les pièges intermédiaires dans les contremarches ne sont pas nécessaires dans une colonne montante de taille correcte car ils augmentent la chute de pression. Les lignes de décharge doivent être présentées de 1/8 de pouce par pied (10,4 mm / m) dans le sens de l'écoulement du réfrigérant vers le condenseur.
Chaque fois qu'un condenseur est situé au-dessus du compresseur, un piège ou un clapet anti-retour inversé doit être installé à l'entrée du condenseur pour empêcher le réfrigérant liquide de couler vers l'arrière dans le compresseur pendant les cycles hors cycles. Dans certains cas (c'est-à-dire avec des compresseurs alternatifs), un silencieux de décharge est installé dans la ligne de décharge pour minimiser les pulsations (qui provoquent des vibrations). L'huile est facilement piégée dans un silencieux à décharge, il doit donc être placé dans la partie horizontale ou en bas de la tuyauterie, aussi près que possible du compresseur.
Plusieurs circuits de réfrigération
Pour le contrôle et la redondance, de nombreux systèmes de réfrigération comprennent deux circuits de réfrigération ou plus. Chaque circuit doit être maintenu séparé et conçu comme s'il s'agissait d'un seul système. Dans certains cas, un seul circuit de réfrigération sert plusieurs évaporateurs, mais plusieurs circuits de réfrigération ne doivent jamais être connectés à un seul évaporateur. Une erreur courante consiste à installer une bobine de condensation à deux circuits avec une bobine d'évaporatrice à circuit unique.
Cette figure montre des bobines DX communes qui incluent plusieurs circuits. Entrelacé est le plus courant. Il est possible d'avoir des bobines individuelles, chacune avec un seul circuit, installées dans le même système et connectées à un circuit de réfrigération dédié.
Bien que la plupart des applications de climatisation courantes aient un évaporateur pour chaque circuit, il est possible de connecter plusieurs évaporateurs à un seul circuit de réfrigération.
La figure ci-dessous montre un seul circuit de réfrigération desservant deux bobines DX. Notez que chaque bobine a son propre solénoïde et sa soupape d'expansion thermique. Il devrait y avoir une vanne Tx pour chaque distributeur. Les solénoïdes individuels doivent être utilisés si les évaporateurs seront opérés indépendamment (c'est-à-dire pour le contrôle de la capacité). Si les deux évaporateurs fonctionneront en même temps, une seule valve solénoïde dans un tuyau commun peut être utilisée.
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