Автор: Брух Сергей Викторович.

Группа компаний  «МЭЛ» - оптовый поставщик систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries.

www.mhi-systems.ru       Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Прежде чем рассматривать такую, казалось бы, простую тему, как максимальная длина трубопроводов кондиционера (открывай каталог производителя и смотри, какая там максимальная длина), я хочу задать один вопрос: а что такое ИНЖЕНЕР в нашей специальности? Тот, что смотрит в каталог и выдает то, что там написано? Но это может сделать и обычный менеджер, знаний гидравлики и термодинамики для этого не нужно. Наверное, инженер – это специалист, который видит немного глубже цифр каталога. Специалист, который может объяснить, откуда взялись эти цифры.

Помню, был спор с уважаемым человеком, который в защиту каталогов сказал следующую фразу: «Если у меня на руках будет инструкция, как строить СИНИЙ домик, то КРАСНЫЙ домик я по ней построить не могу, т.к. это будет нарушение инструкции…»

Так вот ИНЖЕНЕР, это наверно человек, который может построить «домик» любого цвета: понимая, что такое фундамент, несущие стены, перекрытия и кровля здания. Неважно, какой при этом у домика будет цвет.

Сплит системы кондиционирования обладают одной важной характеристикой – максимальным расстоянием от наружного блока до внутреннего. Причем на реальных объектах этот параметр часто становится определяющим при выборе кондиционера. Чем больше производительность кондиционера по холоду – тем большую длину трассы кондиционера допускает производитель (таблица 1 на примере Mitsubishi Heavy Industries).

Таблица 1.

Для моделей 2 квт холода максимальная длина трассы для кондиционера составляет, как правило, 15 метров, а для полупромышленных моделей 7 квт и выше – до 50 метров. Для некоторых моделей длина трубопроводов может достигать 100 метров.

Но часто забывают об одной важной детали – производительность кондиционера в каталогах указывается при стандартной длине трубопроводов 7,5 метров, а при максимальной длине производительность кондиционера будет меньше. Насколько меньше – посмотрим на эти таблицы:

Таблица 2.

Эквивалентная длина – длина прямого трубопровода, потери давления в котором такие же, как реальном (с местными сопротивлениями).

В принципе потери мощности не большие - для 50-й модели при длине 30 метров (эквивалентной длины) потери при работе на холод составляют всего 3,4% мощности. С другой стороны для модели 140-й, потери для 50 метров длины составляют уже 17%.

Теперь нужно обратить внимание на теорию.

На рис. 1 изображен классический цикл фреона в контуре кондиционера. Причем прошу обратить внимание, что это цикл для ЛЮБЫХ систем на фреоне R410A, от производительности кондиционера или марки цикл не зависит. Начнем с точки D, с параметрами в которой (температура 75С, давление 27,2 бара) фреон попадает в конденсатор наружного блока. Фреон в данный момент – это перегретый газ, который сначала остывает до температуры насыщения (около 45С), затем начинает конденсироваться и в точке А, полностью переходит из газа в жидкость. Затем происходит переохлаждение жидкости до точки А’ (температура 40С). Считается, что оптимальная величина переохлаждения 5С. После теплообменника наружного блока хладагент поступает на устройство дросселирования (ТРВ либо капиллярка) и его параметры меняются до точки B (температура 5С, давление 9,3 бара). Причем важно, что после дросселирования в жидкостный трубопровод поступает именно смесь жидкости и газа. Чем больше величина переохлаждения фреона в конденсаторе, тем больше доля жидкого фреона поступает во внутренний блок, тем выше КПД кондиционера.

В-С – процесс кипения фреона во внутреннем блоке с постоянной температурой около 5С, С-С’ – перегрев фреона до +10С.

С’ – L – процесс всасывания фреона в компрессор и потери давления при этом. Аналогичный процесс D’ – M.

L – M -  процесс сжатия газообразного фреона в компрессоре с повышением давления и температуры.

Рис. 1. Цикл фреона в холодильной машине на диаграмме I-lgP

Параметры фреона R410A в узловых точках холодильного цикла  

Потери давления в системе зависят от скорости фреона V и гидравлической характеристики сети:

Рекомендуемая скорость движения хладагента:

Жидкостный трубопровод – 0,3-1,2 м/с

Газовый трубопровод – 6-12 м/с

Что будет происходить с кондиционером при увеличении гидравлической характеристики сети (вследствие повышенной длины или большого количества местных сопротивлений)? Повышенные потери давления в газовом трубопроводе приведут к падению давления на входе в компрессор. Компрессор будет захватывать хладагент меньшего давления и значит меньшей плотности. Расход хладагента упадет. На выходе компрессор будет выдавать меньшее давление и упадет температура конденсации. Пониженная температура конденсации приведет к пониженной температуре испарения и обмерзанию  газового трубопровода.

Если повышенные потери давления будут происходить на жидкостном трубопроводе, то процесс даже более интересный: Так как мы выяснили, что в жидкостном трубопроводе идет фреон в насыщенном состоянии, а точнее даже смесь жидкости и пузырьков газа, то любые потери давления будут приводить к небольшому вскипанию хладагента и увеличению доли газа. Увеличение доли газа будет приводить к резкому увеличению объема парогазовой смеси и увеличению скорости движения по жидкостному трубопроводу. Повышенная скорость движения снова будет вызывать повышенные потери давления и процесс будет «лавинообразный». Вот условный график удельных потерь давления в зависимости от скорости движения фреона в трубопроводе:

Рис. 2. Потери давления фреона по длине трубопроводов.

Его можно рассматривать и как график потерь давления по длине. Если, к примеру, потери давления при длине трубопроводов 15 метров составляют 400 Па, то при  увеличении длины трубопроводов в два раза – до 30 метров, потери увеличиваются не в два раза до 800 Па, а 7 раз до 2800 Па. Поэтому простое увеличение длины трубопроводов в два раза относительно его стандартных длин фатально для кондиционера.

Как правильно увеличивать длину трасс больше стандартно допустимых величин?

Для этого нужно решить две проблемы:

Проблема 1 – проблема повышенных потерь давления по длине в трубопроводах.

Как мы выяснили, повышенные потери давления приводят к резкому снижению мощности кондиционера по холоду, уменьшению расхода фреона и перегреву компрессора. Что в свою очередь приведет к заклиниванию или сгоранию обмоток двигателя. Чтобы этого не происходило, мы должны уменьшить удельные потери давления путем уменьшения скорости движения в трубопроводах. Т.е. просто увеличить диаметры трубопроводов. Уменьшение скорости движения фреона в два раза уменьшает потери давления в 4 раза (формула 1) и соответственно во столько же раз позволяет увеличить длину трубопроводов.

Чтобы проверить это на реальном оборудовании, давайте еще раз посмотрим на таблицу 2: потери мощности на холод для 71-й и 140-й моделей при длине 50 метров.

71-я модель коэффициент коррекции 0,94. Потери 6%

140-ямодель коэффициент коррекции 0,829. Потери 17,1%

Значит, потери давления уменьшились 17,1/6=2,85 раза

140-я модель ровно в два раза мощнее 71-й, а трубопроводы там одинаковы (3/8 и 5/8). Поэтому скорость движения фреона ровно в два раза меньше. Потери давления, которые подчиняются квадратичной зависимости от скорости, должны быть около 36%. По факту меньше, т.к. точка отсчета идет не от 0 метров, а от 7,5 метров.

То есть при уменьшении скорости фреона в два раза, потери давления также уменьшаются как минимум в два раза (на практике больше, чем в два).

Теперь давайте посмотрим еще раз на таблицу 1:

Диаметр жидкостного трубопровода 6,35 мм работает как на системе мощностью 2,0 кВт, так и на системе 7,1 кВт. На модели 7 кВт длина труб может достигать 30 метров, значит, никаких критичных потерь давления при такой длине нет. Располагаемое давление компрессора, как мы уже выяснили, не зависит от мощности кондиционера. Поэтому одинаковые жидкостные трубопроводы для моделей от 2-х до 7-ми кВт объясняются отсутствием труб меньшего диаметра. Для моделей от 2-х до 5-ти кВт жидкостный трубопровод взят «с запасом». 

А вот диаметр газового трубопровода подобран ближе к реальным величинам, поэтому его сечение меняется от 9,52 мм до 15,88 мм.

Учитывая все вышеизложенное, можно составить следующую таблицу:

Таблица 3. Увеличение допустимой длины трубопроводов при изменении их диаметра.

Потери мощности при указанной максимальной длине будут от 10% до 15%. Как следует из таблицы 2, потери мощности MHI допускаются до 20%.

Таблица 4.  Дозаправка  фреона на 1 метр превышения длины жидкостного трубопровода:

Проблема 2 – возврат масла в компрессор.

Увеличивая диаметр газового трубопровода, мы уменьшаем скорость движения хладагента, а значит может возникнуть эффект отделения масла и застаивание его в трубопроводах и «масляных ловушках». Чтобы этого не происходило, в некоторых наружных блоках MHI предусмотрены специальные устройства – маслоотделители.

 Рис. 3. Схема фреонового контура наружных блоков FDC200 (250)VS

Таблица 5. Потери мощности наружных блоков 200 и 250 индекса при разных диаметрах газового трубопровода.

Но на большинстве наружек маслоотделителей нет. С другой стороны проблема отделения масла была больше характерна для фреона R22. Во-первых, потому что вязкость минерального масла, применяемого с фреоном R22, больше, чем полиэфирного для фреона R410A. Во-вторых, плотность R410A выше, располагаемое давление выше, поэтому диаметры трубопроводов на 1-2 типоразмера меньше.

В любом случае увеличение диаметра газовых трубопроводов допускается НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УЧАСТКАХ. Т.е. на вертикальных участках трубопровода необходимо применять стандартный (каталожный) диаметр, а на горизонтальных можно переходить на диаметр большего сечения.

Пример:

В жилом комплексе г. Перми на каждом этаже здании выделены специальные помещения для наружных блоков кондиционеров. Но длина трубопроводов, которая возникает при этом, достигает 40 метров. Максимальная длина трассы бытовой сплит системы любого производителя максимум 25 метров. Однако в случае увеличения диаметра газового трубопровода до 1/2  длина трубопровода кондиционера может достигать 40 метров. Смонтирована бытовая модель SRK35ZJ-S.  Участок возле наружного блока выполняется стандартным (1/4, 3/8), далее примерно на расстоянии 1 метр выполнен переход газовой трубы до диаметра ½ на пайке, и затем возле внутреннего блока обратный переход на 3/8. Жидкостная труба без изменений.

Смонтировано уже более 10 кондиционеров по такой схеме. Самый первый более 2-х лет назад. Все кондиционеры работают нормально.

Выводы.

1. Увеличение максимальной длины трассы кондиционеров возможно при увеличении диаметра трубопроводов. Рекомендации для бренда Mitsubishi Heavy Industries приведены в таблице 3.
2. Увеличение диаметра газового трубопровода возможно только на горизонтальных участках.

Необходимо при этом проводить дополнительную заправку хладагента на увеличенную длину жидкостного трубопровода согласно таблице 4.