Diversi sistemi HVAC richiedono che le tubazioni di refrigerazione in campo siano progettate e installate in loco. Esempi includono unità di condensazione, bobina di espansione diretta (DX) nei gestori d'aria, evaporatori remoti con refrigeratori raffreddati ad aria e refrigeratore con condensatori remoti raffreddati ad aria. Questa guida copre R-22, R-407C, R-410A e R-134A utilizzati nei sistemi di aria condizionata commerciali. Non si applica ai sistemi di refrigerazione industriale e/o volume del refrigerante variabile (VRV).
Le informazioni contenute in questa guida all'applicazione si basano sul capitolo 2 del manuale di refrigerazione di Ashrae e sulla buona esperienza di McQuay con questo tipo di attrezzature.
Un sistema di tubazioni del refrigerante correttamente progettato e installato dovrebbe:
- Fornire un flusso di refrigerante adeguato agli evaporatori, utilizzando dimensioni pratiche della linea di refrigerante che limitano la caduta di pressione.
- Evita di intrappolare l'olio eccessivo in modo che il compressore abbia abbastanza olio per funzionare correttamente in ogni momento.
- Evita le ranghi di refrigerante liquido.
- Sii pulito e asciutto.
Elenco di controllo del design delle tubazioni del refrigerante
Il primo passo nel design delle tubazioni del refrigerante è raccogliere informazioni sul prodotto e sul cantiere. Di seguito è riportato un elenco di controllo per ciascuno. Il modo in cui queste informazioni vengono utilizzate verranno spiegate in tutto il resto di questa guida.
Informazioni sul prodotto
- Numero modello di componenti unitari (sezione di condensazione, evaporatore, ecc.)
- Capacità massima per circuito di refrigerazione
- Capacità minima per circuito di refrigerazione
- Carica operativa dell'unità
- Capacità di giù della pompa dell'unità
- Tipo di refrigerante
- Opzioni dell'unità (bypass a gas caldo, ecc.)
- L'attrezzatura include valvole di isolamento e porte di ricarica
- L'unità ha una pompa giù?
Informazioni sul cantiere
- Schizzo di come verranno eseguite le tubazioni, incluso:
- Distanze
- Cambiamenti di elevazione
- Layout dell'attrezzatura
- Raccordi
- Dettagli specifici per le connessioni delle tubazioni dell'evaporatore
- Condizioni ambientali in cui verranno eseguite le tubazioni
- Ambient Operating Range (il sistema funzionerà durante l'inverno?)
- Tipo di carico di raffreddamento (comfort o processo)
- Isolamento dell'unità (isolatori a molla, in gomma-in-taglio, ecc.)
Layout tipici delle tubazioni del refrigerante
Questa figura mostra un'unità di condensazione montata su grado collegato a una bobina DX installata in un'unità di maneggevolezza montata sul tetto.
- Una linea liquida fornisce refrigerante liquido dal condensatore a una valvola di espansione termica (TX) adiacente alla bobina.
- Una linea di aspirazione fornisce gas refrigerante alla connessione di aspirazione del compressore.
Questa figura mostra un refrigeratore raffreddato ad aria montato sul tetto con un evaporatore remoto all'interno dell'edificio.
- 1. Esistono due circuiti di refrigerazione, ciascuno con una linea liquida che fornisce refrigerante liquido dal condensatore a una valvola TX adiacente all'evaporatore e una linea di aspirazione che ritorna gas refrigerante dall'evaporatore alle connessioni di aspirazione del compressore.
- 2. C'è un riser a doppia aspirazione su uno dei circuiti.
Questa figura mostra un refrigeratore interno con un condensatore remoto raffreddato ad aria sul tetto.
- 1. La linea di gas di scarico corre dal lato 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 a caldo sul circuito scorre dalla linea di scarico del compressore alla connessione della linea del liquido sull'evaporatore.
Nozioni di base sulla progettazione di tubazioni
Una buona progettazione di tubazioni si traduce in un equilibrio tra il costo iniziale, la caduta di pressione e l'affidabilità del sistema. Il costo iniziale è influenzato dal diametro e dal layout delle tubazioni. La caduta di pressione nelle tubazioni deve essere ridotta al minimo per evitare di influenzare negativamente le prestazioni e la capacità. Poiché quasi tutti i sistemi a pipied hanno l'olio del compressore che passa attraverso il circuito di refrigerazione e ritorno al compressore, una velocità minima deve essere mantenuta nelle tubazioni in modo che l'olio sufficiente venga restituito al pozzetto del compressore in condizioni di carico completo e parziale.
Una buona regola empirica è un minimo di:
- 500 piedi al minuto (FPM) o 2,54 metri al secondo (MPS) per le linee di aspirazione e gas caldo.
- 1000 fpm (5,08 MPS) per aspirazione e riser di gas caldo.
- Meno di 300 fpm (1,54 mps) per evitare che si verifichi martellamento liquido quando il solenoide si chiude su linee liquide.
Il tubo di rame disegnato duro viene utilizzato per i sistemi di refrigerazione alocarburi. I tipi L e K sono approvati per le applicazioni di condizionamento dell'aria e refrigerazione (ACR). Il tipo M non viene utilizzato perché il muro è troppo sottile. La dimensione nominale si basa sul diametro esterno (OD). Le dimensioni tipiche includono 5/8 pollici, 7/8 pollici, 1-1/8 pollici, ecc.
Il tubo di rame destinato alle applicazioni ACR è disidratato, caricato di azoto e collegato dal produttore (vedere la figura sotto).
I raccordi formati, come gomiti e magliette, vengono utilizzati con il tubo di rame disegnato duro. Tutte le articolazioni sono brasate con torce di ossia-acetilene da un tecnico qualificato. Come accennato in precedenza, le dimensioni della linea del refrigerante vengono selezionate per bilanciare il calo della pressione con il costo iniziale, in questo caso del tubo di rame, pur mantenendo abbastanza velocità del refrigerante per riportare l'olio al compressore. Le gocce di pressione vengono calcolate aggiungendo la lunghezza del tubo richiesto ai piedi equivalenti (metri) di tutti i raccordi nella linea. Questo viene quindi convertito in PSI (KPA).
Dropmi di pressione e variazione di temperatura
Mentre il refrigerante scorre attraverso i tubi, la pressione scende e cambia la temperatura di saturazione del refrigerante. La diminuzione sia della temperatura di pressione che di saturazione influisce negativamente sulle prestazioni del compressore. La progettazione del sistema di refrigerazione adeguata tenta di ridurre al minimo questa variazione a meno di 2 ° F (1,1 ° C) per linea. Pertanto, è comune ascoltare la caduta di pressione denominata "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 45 ° F (7,2 ° C) temperatura di aspirazione satura. Supponendo una perdita di linea di 2,1 ° C di 2 ° F (1 ° F, l'evaporatore dovrebbe essere dimensionato per consegnare 25 tonnellate (87,9 kW) di raffreddamento a 47 ° F (7,2 ° C (7,2 ° C) temperatura di aspirazione satura.
La tabella seguente confronta le gocce di pressione delle temperature e delle pressioni per diversi refrigeranti comuni. Si noti che i refrigeranti hanno gocce di pressione diverse per la stessa variazione di temperatura. Ad esempio, molti documenti si riferiscono alla caduta di pressione accettabile con 2 ° F (1,1 ° C) o circa 3 psi (20,7 kPa) per R-22. Lo stesso cambiamento di 3 psi in R-410A, provoca una variazione di temperatura di 1,2 ° F (0,7 ° C).
Nota la pressione di aspirazione e scarico in base a 100 piedi equivalenti (30,5 m) e 40 ° F (4,4 ° C) temperatura satura.
Linee liquide
Le linee liquide collegano il condensatore all'evaporatore e trasportano refrigerante liquido alla valvola TX. Se il refrigerante nella linea del liquido lampeggia a un gas perché la pressione scende troppo in basso o a causa di un aumento di elevazione, il sistema di refrigerazione funzionerà male. Il sotto-raffreddamento liquido è l'unico metodo che impedisce il lampeggiamento del refrigerante al gas a causa delle cadute di pressione nella linea.
La dimensione della linea effettiva non dovrebbe fornire non superiore a una caduta di pressione da 2 a 3 ° F (1,7 ° C). La caduta di pressione effettiva in PSI (KPA) dipenderà dal refrigerante.
Le linee liquide di grandi dimensioni è scoraggiata perché aumenterà in modo significativo la carica del refrigerante del sistema. Questo, a sua volta, influisce sulla carica dell'olio.
Poiché il refrigerante liquido viene sollevato dal condensatore all'evaporatore, la pressione del refrigerante viene ridotta. Diversi refrigeranti avranno diversi cambiamenti di pressione in base all'elevazione. Fare riferimento alla tabella 2 per refrigeranti specifici. Il calo della pressione totale nella linea del liquido è la somma della perdita di attrito, oltre al peso della colonna del refrigerante liquido nel montante.
Refrigerante | Drop drop a pressione 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) |
Solo il refrigerante liquido sub-corettato eviterà di lampeggiare sulla valvola TX in questa situazione. Se il condensatore fosse stato installato sopra l'evaporatore, l'aumento della pressione dal peso del refrigerante liquido nella linea avrebbe impedito al refrigerante di lampeggiare in una linea di dimensioni adeguate senza sotto-raffreddamento.
È importante avere un po 'di sotto-raffreddamento alla valvola TX in modo che la valvola funzioni correttamente e non fallisca prematuramente. Seguire le raccomandazioni del produttore. Se non è disponibile nessuno, fornire da 4 a 6 ° F (da 2,2 a 3,3 ° C) di sotto-raffreddamento nella valvola TX.
Le linee liquide richiedono che diversi componenti e/o accessori della linea del refrigerante siano selezionati e installati (Figura seguente). Sono necessarie valvole di isolamento e porte di ricarica. In generale, è desiderabile avere valvole di isolamento per la manutenzione dei componenti del sistema di base, come un'unità di condensazione o un condensatore. In molti casi, i produttori forniscono valvole di isolamento con il loro prodotto, quindi assicurati di controllare cosa è incluso. Le valvole di isolamento sono disponibili in diversi tipi e forme.
Riferendosi a questa figura :
- Lavorando dal condensatore, c'è un filtro di linea liquida-asciugale. L'essiccatore del filtro rimuove i detriti dal refrigerante liquido e contiene un essiccante per assorbire l'umidità nel sistema. Gli essiccatori del filtro sono usa e getta o permanenti con nuclei sostituibili.
- Successivamente c'è un vetro a vista che consente ai tecnici di visualizzare le condizioni del refrigerante nella linea liquida. Molti occhiali da vista includono un indicatore di umidità che cambia colore se l'umidità è presente nel refrigerante.
- Seguendo il vetro a vista è la valvola TX.
I possibili accessori per questo sistema includono:
- Una porta di bypass a gas caldo. Questo è un raccordo di specialità che si integra con il distributore: un connettore laterale ausiliario (ASC).
- Una valvola a solenoide della pompa giù. Se viene utilizzata una pompa verso il basso, la valvola del solenoide verrà posizionata appena prima della valvola TX, il più vicino possibile all'evaporatore.
- Ricevitori nella linea liquida. Questi vengono utilizzati per memorizzare il refrigerante in eccesso per la pompa o il servizio (se il condensatore ha un volume inadeguato per mantenere la carica del sistema) o come parte di un approccio di controllo ambientale basso allagato. I ricevitori vengono generalmente evitati perché rimuovono il sotto-raffreddamento dal condensatore, aumentano il costo iniziale e aumentano la carica del refrigerante.
Le linee liquide devono essere inclinate 1/8 pollice per piede (10,4 mm/m) nella direzione del flusso del refrigerante. La trapping non è necessaria.
Linee di aspirazione
Le linee di gas di aspirazione consentono al gas refrigerante dall'evaporatore di fluire nell'ingresso del compressore. La sottodimensionamento della linea di aspirazione riduce la capacità del compressore costringendola a funzionare a una pressione di aspirazione inferiore per mantenere la temperatura di evaporatore desiderata. L'oversizzare la linea di aspirazione aumenta i costi iniziali del progetto e può comportare una velocità di gas refrigerante insufficiente per spostare l'olio dall'evaporatore al compressore. Ciò è particolarmente importante quando vengono utilizzati le riser di aspirazione verticali.
Le linee di aspirazione devono essere dimensionate per un massimo da 2 a 3 ° F (1,7 ° C) perdita di pressione. 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 e olio surriscaldati. L'olio scorre sul fondo del tubo e viene spostato dal gas refrigerante che scorre sopra di esso. Quando il sistema si ferma, il refrigerante può condensare nel tubo a seconda delle condizioni ambientali. Ciò può comportare un rallentamento se il refrigerante liquido viene disegnato nel compressore quando il sistema si riavvia.
Per promuovere un buon ritorno del petrolio, le linee di aspirazione devono essere lanciate 1/8 di pollice per piede (10,4 mm/m) nella direzione del flusso del refrigerante. Le connessioni per evaporatore richiedono cure speciali perché l'evaporatore ha il potenziale per contenere un grande volume di refrigerante condensato durante i cicli di offs. Per ridurre al minimo il rallentamento del refrigerante condensato, gli evaporatori devono essere isolati dalla linea di aspirazione con una trappola invertita come mostrato nelle figure seguenti:
La trappola dovrebbe estendersi sopra la parte superiore dell'evaporatore prima di portare al compressore.
- Con più evaporatori, le tubazioni di aspirazione dovrebbero essere progettate in modo che le cadute di pressione siano uguali e il refrigerante e l'olio di una bobina non possono fluire in un'altra bobina.
- Le trappole possono essere utilizzate nella parte inferiore dei riser per catturare il refrigerante condensato prima di fluire sul compressore. Le trappole intermedie non sono necessarie in un montante di dimensioni adeguate mentre contribuiscono al calo della pressione.
- Di solito con apparecchiature di condizionamento dell'aria prodotta commercialmente, i compressori vengono "preparati" a una connessione comune sul lato dell'unità.
- Gli essiccatori del filtro della linea di aspirazione sono disponibili per aiutare a pulire il refrigerante prima che entri nel compressore. Poiché rappresentano un significativo calo di pressione, dovrebbero essere aggiunti solo se le circostanze le richiedono, ad esempio dopo il burnout del compressore. In questo caso, l'asciugatrice del filtro di aspirazione viene spesso rimosso dopo il periodo di interruzione per il compressore di sostituzione. Gli essiccatori del filtro di aspirazione catturano quantità significative di olio, quindi dovrebbero essere installati secondo le specifiche del produttore per promuovere il drenaggio dell'olio.
Linee di scarico
Le linee di gas di scarico (spesso indicate come linee di gas caldo) consentono al refrigerante di fluire dalla scarica del compressore all'ingresso del condensatore. Le linee di scarico sottodimensionali ridurranno la capacità del compressore e aumenterà il lavoro del compressore. Le linee di scarico eccessivo aumentano il costo iniziale del progetto e possono comportare una velocità di gas refrigerante insufficiente per riportare l'olio al compressore. Figure di seguito.
Dettagli delle tubazioni della linea di scarico
Le linee di scarico trasportano sia vapore refrigerante che olio. Poiché il refrigerante può condensare durante il ciclo off, le tubazioni dovrebbero essere progettate per evitare che il refrigerante liquido e l'olio fuogano di nuovo nel compressore. Le trappole possono essere aggiunte sul fondo dei riser per catturare olio e refrigerante condensato durante i cicli di spostamento, prima che fluisca all'indietro nel compressore. Le trappole intermedie nei riser non sono necessarie in un montante di dimensioni adeguate mentre aumentano la caduta di pressione. Le linee di scarico devono essere lanciate 1/8 di 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, durante i cicli di OFF devono essere installati una trappola invertita o una valvola di ritegno nell'ingresso del condensatore per impedire al refrigerante liquido all'indietro nel compressore. In alcuni casi (cioè con compressori alternativi), un silenziatore di scarico viene installato nella linea di scarico per ridurre al minimo le pulsazioni (che causano vibrazioni). L'olio è facilmente intrappolato in un silenziatore di scarico, quindi dovrebbe essere posizionato nella porzione orizzontale o nel flusso di tubazioni, il più vicino possibile al compressore.
Circuiti di refrigerazione multipli
Per il controllo e la ridondanza, molti sistemi di refrigerazione includono due o più circuiti di refrigerazione. Ogni circuito deve essere tenuto separato e progettato come se fosse un singolo sistema. In alcuni casi, un singolo circuito di refrigerazione serve più evaporatori, ma più circuiti di refrigerazione non dovrebbero mai essere collegati a un singolo evaporatore. Un errore comune è installare unità di condensazione a due circuiti con una bobina per evaporatore a circuito singolo.
Questa figura mostra bobine DX comuni che includono più circuiti. Intrelaced è il più comune. È possibile avere singole bobine, ognuna con un singolo circuito, installato nello stesso sistema e collegata a un circuito di refrigerazione dedicato.
Mentre le applicazioni più comuni di condizionamento dell'aria hanno un evaporatore per ciascun circuito, è possibile collegare più evaporatori a un singolo circuito di refrigerazione.
La figura seguente mostra un singolo circuito di refrigerazione che serve due bobine DX. Si noti che ogni bobina ha la propria valvola di espansione del solenoide e termica. Dovrebbe esserci una valvola TX per ciascun distributore. I singoli solenoidi devono essere utilizzati se gli evaporatori saranno gestiti in modo indipendente (cioè per il controllo della capacità). Se entrambi gli evaporatori funzionano contemporaneamente, è possibile utilizzare una singola valvola a solenoide in un tubo comune.
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