Diversi sistemi HVAC richiedono la progettazione e l'installazione in loco delle tubazioni di refrigerazione sul campo. Gli esempi includono unità di condensazione, batteria ad espansione diretta (DX) nei dispositivi di trattamento dell'aria, evaporatori remoti con refrigeratori raffreddati ad aria e refrigeratori con condensatori raffreddati ad aria remoti. Questa guida tratta l'R-22, l'R-407C, l'R-410A e l'R-134a utilizzati nei sistemi di climatizzazione commerciali. Non si applica ai sistemi di refrigerazione industriale e/oa volume di refrigerante variabile (VRV).
Le informazioni contenute in questa guida applicativa si basano sul capitolo 2 del manuale di refrigerazione di ASHRAE e sulla buona esperienza di McQuay con questo tipo di apparecchiature.
Un sistema di tubazioni del refrigerante correttamente progettato e installato dovrebbe:
- Fornire un flusso di refrigerante adeguato agli evaporatori, utilizzando linee del refrigerante di dimensioni pratiche che limitino la caduta di pressione.
- Evitare di intrappolare olio in eccesso in modo che il compressore abbia abbastanza olio per funzionare correttamente in ogni momento.
- Evitare l'accumulo di refrigerante liquido.
- Sii pulito e asciutto.
Elenco di controllo per la progettazione delle tubazioni del refrigerante
Il primo passo nella progettazione delle tubazioni del refrigerante è raccogliere informazioni sul prodotto e sul luogo di lavoro. Di seguito viene fornito un elenco di controllo per ciascuno. Il modo in cui queste informazioni vengono utilizzate verrà spiegato nel resto di questa guida.
Informazioni sul prodotto
- Numero di modello dei componenti dell'unità (sezione condensante, evaporatore, ecc.)
- Capacità massima per circuito frigorifero
- Capacità minima per circuito frigorifero
- Costo di esercizio dell'unità
- Capacità di pump down dell'unità
- Tipo di refrigerante
- Opzioni unità (Hot Gas Bypass, ecc.)
- L'apparecchiatura include valvole di isolamento e porte di ricarica
- L'unità ha il pump down?
Informazioni sul luogo di lavoro
- Schizzo di come verranno eseguite le tubazioni, tra cui:
- Distanze
- Cambi di quota
- Disposizione delle attrezzature
- Raccordi
- Dettagli specifici per i collegamenti delle tubazioni dell'evaporatore
- Condizioni ambientali in cui verranno posate le tubazioni
- Intervallo operativo ambientale (il sistema funzionerà durante l'inverno?)
- Tipo di carico frigorifero (comfort o processo)
- Isolamento dell'unità (isolatori a molla, gomma a taglio, ecc.)
Disposizioni tipiche delle tubazioni del refrigerante
Questa figura mostra un'unità di condensazione montata a terra collegata a una batteria DX installata in un'unità di trattamento dell'aria montata sul tetto.
- Una linea del liquido fornisce refrigerante liquido dal condensatore a una valvola di espansione termica (TX) adiacente alla serpentina.
- Una linea di aspirazione fornisce gas refrigerante alla connessione di aspirazione del compressore.
Questa figura mostra un refrigeratore condensato ad aria montato sul tetto con un evaporatore remoto all'interno dell'edificio.
- 1. Sono presenti due circuiti di refrigerazione, ciascuno con una linea del liquido che fornisce refrigerante liquido dal condensatore a una valvola TX adiacente all'evaporatore e una linea di aspirazione che riporta il gas refrigerante dall'evaporatore alle connessioni di aspirazione del compressore.
- 2. Su uno dei circuiti è presente una colonna montante a doppia aspirazione.
Questa figura mostra un refrigeratore interno con un condensatore remoto raffreddato ad aria sul tetto.
- 1. La linea del gas di scarico va dal lato di scarico del compressore all'ingresso del condensatore.
- 2. La linea del liquido collega l'uscita del condensatore a una valvola TX sull'evaporatore.
- 3. La linea di bypass del gas caldo sul circuito va dalla linea di scarico del compressore al collegamento della linea del liquido sull'evaporatore.
Nozioni di base sulla progettazione delle tubazioni
Una buona progettazione delle tubazioni si traduce in un equilibrio tra costo iniziale, caduta di pressione e affidabilità del sistema. Il costo iniziale è influenzato dal diametro e dalla disposizione delle tubazioni. La caduta di pressione nelle tubazioni deve essere ridotta al minimo per evitare di influire negativamente sulle prestazioni e sulla capacità. Poiché quasi tutti i sistemi con tubazioni in loco hanno l'olio del compressore che passa attraverso il circuito di refrigerazione e ritorna al compressore, è necessario mantenere una velocità minima nelle tubazioni in modo che una quantità sufficiente di olio venga restituita alla coppa del compressore in condizioni di carico pieno e parziale.
Una buona regola empirica è un minimo di:
- 500 piedi al minuto (fpm) o 2,54 metri al secondo (mps) per aspirazione orizzontale e linee di gas caldo.
- 1000 fpm (5,08 mps) per montanti di aspirazione e gas caldo.
- Meno di 300 fpm (1,54 mps) per evitare che si verifichino martellamenti del liquido quando il solenoide si chiude sulle linee del liquido.
I tubi di rame trafilato duro vengono utilizzati per i sistemi di refrigerazione alocarburi. I tipi L e K sono approvati per applicazioni di condizionamento e refrigerazione (ACR). Il tipo M non viene utilizzato perché la parete è troppo sottile. La dimensione nominale si basa sul diametro esterno (OD). Le dimensioni tipiche includono 5/8 di pollice, 7/8 di pollice, 1-1/8 di pollice, ecc.
I tubi di rame destinati alle applicazioni ACR vengono disidratati, caricati con azoto e tappati dal produttore (vedere la figura sotto).
I raccordi sagomati, come gomiti e tee, vengono utilizzati con i tubi di rame trafilati. Tutti i giunti sono brasati con cannelli ossiacetilenici da un tecnico qualificato. Come accennato in precedenza, le dimensioni delle linee del refrigerante sono selezionate per bilanciare la caduta di pressione con il costo iniziale, in questo caso dei tubi di rame, pur mantenendo una velocità del refrigerante sufficiente per riportare l'olio al compressore. Le perdite di carico vengono calcolate sommando la lunghezza della tubazione necessaria ai piedi equivalenti (metri) di tutti i raccordi della linea. Questo viene poi convertito in PSI (kPa).
Caduta di pressione e variazione di temperatura
Mentre il refrigerante scorre attraverso i tubi, la pressione diminuisce e cambia la temperatura di saturazione del refrigerante. Le diminuzioni della pressione e della temperatura di saturazione influiscono negativamente sulle prestazioni del compressore. Una corretta progettazione del sistema di refrigerazione cerca di ridurre al minimo questo cambiamento a meno di 2°F (1,1°C) per linea. Pertanto, è comune sentire una caduta di pressione indicata come "2°F" rispetto a PSI (kPa) quando si abbinano i componenti del sistema di refrigerazione.
Per esempio, un'unità di condensazione può produrre 25 tonnellate (87,9 kW) di raffreddamento a una temperatura di aspirazione satura di 45 °F (7,2 °C). Supponendo una perdita di linea di 2°F (1,1°C), l'evaporatore dovrebbe essere dimensionato per fornire 25 tonnellate (87,9 kW) di raffreddamento a una temperatura di aspirazione satura di 47°F (7,2°C).
La tabella seguente confronta le cadute di pressione in temperatura e pressione per diversi refrigeranti comuni. Si noti che i refrigeranti hanno perdite di carico diverse per lo stesso cambiamento di temperatura. Ad esempio, molti documenti fanno riferimento a una caduta di pressione accettabile pari a 2°F (1,1°C) o circa 3 PSI (20,7 kPa) per l'R-22. La stessa variazione di 3 PSI nell'R-410A si traduce in una variazione di temperatura di 0,7 °C (1,2 °F).
Nota Perdite di carico di aspirazione e mandata basate su 100 piedi equivalenti (30,5 m) e 40 °F (4,4 °C) di temperatura satura.
Linee liquide
Le linee del liquido collegano il condensatore all'evaporatore e portano il refrigerante liquido alla valvola TX. Se il refrigerante nella linea del liquido si trasforma rapidamente in gas perché la pressione scende troppo in basso oa causa di un aumento dell'elevazione, il sistema di refrigerazione funzionerà male. Il sottoraffreddamento del liquido è l'unico metodo che impedisce il flashing del refrigerante in gas a causa delle cadute di pressione nella linea.
La dimensione effettiva della linea non dovrebbe fornire una caduta di pressione superiore a 2-3°F (da 1,1 a 1,7°C). La caduta di pressione effettiva in PSI (kPa) dipenderà dal refrigerante.
Il sovradimensionamento delle linee del liquido è sconsigliato perché aumenterà in modo significativo la carica di refrigerante del sistema. Questo, a sua volta, influisce sulla carica dell'olio.
Quando il refrigerante liquido viene sollevato dal condensatore all'evaporatore, la pressione del refrigerante si abbassa. Refrigeranti diversi avranno variazioni di pressione diverse in base all'elevazione. Fare riferimento alla Tabella 2 per refrigeranti specifici. La caduta di pressione totale nella linea del liquido è la somma della perdita per attrito, più il peso della colonna di refrigerante liquido nel montante.
Refrigerante | Caduta di pressione 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) |
Solo il refrigerante liquido sottoraffreddato eviterà il flashing sulla valvola TX in questa situazione. Se il condensatore fosse stato installato sopra l'evaporatore, l'aumento di pressione dovuto al peso del refrigerante liquido nella linea avrebbe impedito al refrigerante di evaporare in una linea di dimensioni adeguate senza sottoraffreddamento.
È importante avere un sottoraffreddamento alla valvola TX in modo che la valvola funzioni correttamente e non si guasti prematuramente. Seguire le raccomandazioni del produttore. Se non sono disponibili, fornire da 2,2 a 3,3 °C (da 4 a 6 °F) di sottoraffreddamento alla valvola TX.
Le linee del liquido richiedono la selezione e l'installazione sul campo di diversi componenti e/o accessori della linea del refrigerante (Figura sotto). Sono necessarie valvole di isolamento e porte di ricarica. In generale, è desiderabile avere valvole di isolamento per la manutenzione dei componenti di base del sistema, come un'unità di condensazione o un condensatore. In molti casi, i produttori forniscono valvole di intercettazione con il loro prodotto, quindi assicurati di controllare cosa è incluso. Le valvole di isolamento sono disponibili in diversi tipi e forme.
Riferito a questa figura :
- Azionando dal condensatore è presente un filtro disidratatore sulla linea del liquido. Il filtro disidratatore rimuove i detriti dal refrigerante liquido e contiene un essiccante per assorbire l'umidità nel sistema. I filtri disidratatori sono usa e getta o permanenti con nuclei sostituibili.
- Successivamente c'è un vetro spia che consente ai tecnici di visualizzare la condizione del refrigerante nella linea del liquido. Molti indicatori visivi includono un indicatore di umidità che cambia colore se è presente umidità nel refrigerante.
- Dopo il vetro spia c'è la valvola TX.
I possibili accessori per questo sistema includono:
- Una porta di bypass del gas caldo. Si tratta di un raccordo speciale che si integra con il distributore: un connettore laterale ausiliario (ASC).
- Un'elettrovalvola di pompaggio verso il basso. Se viene utilizzato un pump down, l'elettrovalvola sarà posizionata appena prima della valvola TX, il più vicino possibile all'evaporatore.
- Ricevitori nella linea del liquido. Questi vengono utilizzati per immagazzinare il refrigerante in eccesso per lo svuotamento o la manutenzione (se il condensatore ha un volume inadeguato per mantenere la carica del sistema) o come parte di un approccio di controllo a temperatura ambiente bassa. I ricevitori vengono solitamente evitati perché rimuovono il sottoraffreddamento dal condensatore, aumentano il costo iniziale e aumentano la carica di refrigerante.
Le linee del liquido devono essere inclinate di 10,4 mm/m (1/8 di pollice per piede) nella direzione del flusso del refrigerante. La cattura non è necessaria.
Linee di aspirazione
Le linee di aspirazione del gas consentono al gas refrigerante dall'evaporatore di fluire nell'ingresso del compressore. Il sottodimensionamento della linea di aspirazione riduce la capacità del compressore costringendolo a funzionare a una pressione di aspirazione inferiore per mantenere la temperatura desiderata dell'evaporatore. Il sovradimensionamento della linea di aspirazione aumenta i costi iniziali del progetto e può comportare una velocità insufficiente del gas refrigerante per spostare l'olio dall'evaporatore al compressore. Ciò è particolarmente importante quando si utilizzano colonne montanti ad aspirazione verticale.
Le linee di aspirazione devono essere dimensionate per una perdita di pressione massima da 2 a 3 °F (da 1,1 a 1,7 °C). La caduta di pressione effettiva in PSI (kPa) dipenderà dal refrigerante.
Dettagli delle tubazioni della linea di aspirazione
Durante il funzionamento, la linea di aspirazione è piena di vapore refrigerante surriscaldato e olio. L'olio scorre sul fondo del tubo ed è mosso dal gas refrigerante che scorre al di sopra di esso. Quando il sistema si arresta, il refrigerante può condensare nel tubo a seconda delle condizioni ambientali. Ciò può provocare colpi se il refrigerante liquido viene aspirato nel compressore quando il sistema si riavvia.
Per favorire un buon ritorno dell'olio, le linee di aspirazione devono essere inclinate di 10,4 mm/m (1/8 di pollice per piede) nella direzione del flusso del refrigerante. I collegamenti dell'evaporatore richiedono un'attenzione particolare perché l'evaporatore può potenzialmente contenere un grande volume di refrigerante condensato durante i cicli di spegnimento. Per ridurre al minimo l'accumulo di refrigerante condensato, gli evaporatori devono essere isolati dalla linea di aspirazione con uno scaricatore capovolto come mostrato nelle figure seguenti:
La trappola dovrebbe estendersi sopra la parte superiore dell'evaporatore prima di portare al compressore.
- Con più evaporatori, la tubazione di aspirazione deve essere progettata in modo che le cadute di pressione siano uguali e il refrigerante e l'olio da una batteria non possano fluire in un'altra batteria.
- Le trappole possono essere utilizzate nella parte inferiore delle colonne montanti per catturare il refrigerante condensato prima che scorra verso il compressore. Le trappole intermedie non sono necessarie in un montante di dimensioni adeguate in quanto contribuiscono alla caduta di pressione.
- Solitamente con le apparecchiature di condizionamento dell'aria prodotte commercialmente, i compressori sono "preconvogliati" a un collegamento comune sul lato dell'unità.
- Sono disponibili filtri disidratatori della linea di aspirazione per aiutare a pulire il refrigerante prima che entri nel compressore. Poiché rappresentano un calo di pressione significativo, dovrebbero essere aggiunti solo se le circostanze lo richiedono, ad esempio dopo la bruciatura del compressore. In questo caso, il filtro disidratatore di aspirazione viene spesso rimosso dopo il periodo di rodaggio per il compressore sostitutivo. I filtri disidratatori di aspirazione catturano quantità significative di olio, quindi devono essere installati secondo le specifiche del produttore per favorire il drenaggio dell'olio.
Linee di scarico
Le linee di scarico del gas (spesso denominate linee di gas caldo) consentono al refrigerante di fluire dallo scarico del compressore all'ingresso del condensatore. Il sottodimensionamento delle linee di scarico ridurrà la capacità del compressore e aumenterà il lavoro del compressore. Il sovradimensionamento delle linee di scarico aumenta il costo iniziale del progetto e può comportare una velocità insufficiente del gas refrigerante per riportare l'olio al compressore. Figure sottostanti.
Dettagli delle tubazioni della linea di scarico
Le linee di scarico trasportano sia il vapore del refrigerante che l'olio. Poiché il refrigerante può condensare durante il ciclo di spegnimento, le tubazioni devono essere progettate in modo da evitare che il refrigerante liquido e l'olio rifluiscano nel compressore. È possibile aggiungere trappole sul fondo delle colonne montanti per raccogliere l'olio e il refrigerante condensato durante i cicli di spegnimento, prima che scorra all'indietro nel compressore. Le trappole intermedie nei montanti non sono necessarie in un montante di dimensioni adeguate in quanto aumentano la caduta di pressione. Le linee di scarico devono essere inclinate di 1/8 pollice per piede (10,4 mm/m) nella direzione del flusso del refrigerante verso il condensatore.
Ogni volta che un condensatore si trova sopra il compressore, è necessario installare una trappola invertita o una valvola di ritegno all'ingresso del condensatore per evitare che il refrigerante liquido rifluisca all'indietro nel compressore durante i cicli di spegnimento. In alcuni casi (es. con compressori alternativi), viene installato un silenziatore di mandata nella linea di mandata per ridurre al minimo le pulsazioni (che causano vibrazioni). L'olio è facilmente intrappolato in un silenziatore di scarico, quindi dovrebbe essere posizionato nella parte orizzontale o discendente della tubazione, il più vicino possibile al compressore.
Più circuiti di refrigerazione
Per controllo e ridondanza, molti sistemi di refrigerazione includono due o più circuiti di refrigerazione. Ogni circuito deve essere tenuto separato e progettato come se fosse un unico impianto. In alcuni casi, un singolo circuito frigorifero serve più evaporatori, ma più circuiti frigoriferi non dovrebbero mai essere collegati a un singolo evaporatore. Un errore comune è quello di installare unità motocondensanti a due circuiti con una batteria evaporante a circuito singolo.
Questa figura mostra bobine DX comuni che includono più circuiti. Interlacciato è il più comune. È possibile avere singole batterie, ciascuna con un solo circuito, installate nello stesso impianto e collegate ad un circuito frigorifero dedicato.
Sebbene le applicazioni di climatizzazione più comuni abbiano un evaporatore per ciascun circuito, è possibile collegare più evaporatori a un singolo circuito di refrigerazione.
La figura seguente mostra un singolo circuito frigorifero che serve due batterie DX. Si noti che ogni bobina ha il proprio solenoide e la propria valvola di espansione termica. Ci dovrebbe essere una valvola TX per ogni distributore. Si dovrebbero usare solenoidi individuali se gli evaporatori funzioneranno in modo indipendente (ad es. per il controllo della capacità). Se entrambi gli evaporatori funzionano contemporaneamente, è possibile utilizzare un'unica elettrovalvola in un tubo comune.
