Czym jest blok sprężarkowo-skraplaczowy: budowa i zasada działania

Praktycznie w skład wszystkich systemów wentylacji wchodzi blok sprężarkowo-skraplaczowy, odpowiedzialny za ogrzewanie lub chłodzenie powietrza. KKB należy do klasy klimatyzatorów nieautonomicznych.

W nim czynnik chłodniczy w stanie ciekłym przechodzi etap przygotowawczy, a następnie trafia do wymiennika ciepła i ulega parowaniu.

W tym materiale opowiemy o zasadach działania tego urządzenia, szczegółowo omówimy niuanse jego doboru oraz niektóre cechy montażu.

Składowe bloku sprężarkowo-skraplaczowego

KKB to monoblok z kompaktowo rozmieszczonymi w nim podzespołami. Stosuje się je w tandemie z urządzeniami wentylacji nawiewnej, z systemami split dowolnego typu, wyposażonymi w jednostki wewnętrzne lub systemy chłodzenia bezpośredniego. Mogą one zastąpić chiller, gdy instalacja tego ostatniego jest niemożliwa ze względu na duże obciążenie dachu.

Głównymi elementami tej istotnej części systemu wentylacji są:

• kompresor;
• silnik;
• wentylator odśrodkowy lub osiowy;
• wymiennik ciepła pełniący funkcję skraplacza;
• system zasilania elektrycznego;
• system sterowania.

Dodatkowo KKB wyposaża się w łączniki zwiększające jego wydajność, składające się z dławika, specjalnego filtra, zaworu elektromagnetycznego, szkła wziernikowego. Nowoczesne modele KKB pracują na czynnikach chłodniczych bezpiecznych dla ozonu. Może w nich krążyć wysokiej jakości ekologiczny freon R-22, R-407C, R-410a. Pasują one zarówno do wszelkich instalacji wentylacyjnych, jak i do chłodnic kanałowych.

Blok sprężarkowo-skraplaczowy montuje się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Zazwyczaj producenci wyposażają agregat w zabezpieczenie przed wahaniami napięcia i ciśnienia.

Wewnętrzne elementy KKB izoluje się i uziemia, aby uniknąć porażenia prądem elektrycznym. Producenci pokrywają powierzchnie wszystkich podzespołów urządzenia powłoką antykorozyjną. Pozwala to na eksploatację w wilgotnych warunkach.

Zalety bloku sprężarkowo-skraplaczowego

Jeśli porównamy KKB z chillerem, można zauważyć wyraźne zalety tego pierwszego:

1. Wytworzenie jednego kW chłodu jest tańsze, ponieważ nie ma tu pośredniego nośnika chłodu.
2. Wygodna regulacja. Każdy KKB podłącza się do jednej jednostki nawiewnej, dlatego sterowanie odbywa się za pomocą standardowych sterowników.
3. Prosty montaż. Żadne dodatkowe wentylatory, przewody ani inne elementy nie są potrzebne. Wymagany będzie tylko montaż wymiennika ciepła parownika.

KKB może być elementem dużego systemu wentylacyjnego oraz oddzielnym blokiem wbudowanym w urządzenie. Występują one jako stacjonarne jednostki podłogowe oraz naścienne wiszące. Stacjonarne bloki umieszcza się przy budynkach i na dachu.

Włączenie KKB do systemu klimatyzacji jest najtańszym i najbardziej dostępnym rozwiązaniem

Sprężarka KKB w nowoczesnym wykonaniu wyposażana jest w zabezpieczenie przed niestabilną pracą sieci elektrycznej, wpływem wilgoci, uszkodzeniami mechanicznymi, krytycznie wysokimi i niskimi temperaturami. Wszystko to zakłóca działanie agregatu. Obudowa, w której zamknięty jest blok, wykonana jest ze stali ocynkowanej, dzięki czemu nie koroduje.

Aby przyspieszyć chłodzenie urządzenia, producenci często uzupełniają wymiennik ciepła, skraplacz i przewody aluminiowymi wstawkami. Chroniony przed szkodliwymi czynnikami jest również wymiennik ciepła – na jego powierzchnię nakładany jest specjalny antykorozyjny stop.

Aby umożliwić kontrolę ciśnienia wewnątrz KKB, wszystkie elementy mające kontakt z czynnikiem chłodniczym wyposaża się w rewizyjne nyple.

Mimo takich zalet, nierzadko zdarza się, że po zamontowaniu KKB szybko ulega awarii lub w ogóle nie uruchamia się. Specjaliści wskazują na jedną przyczynę. Jest to nieumiejętny dobór bloku sprężarkowo-skraplaczowego i parownika.

Niuanse doboru KKB

Najczęściej dobiera się odpowiedni do konkretnych warunków agregat sprężarkowo-skraplaczowy według mocy. W tym celu należy wykonać standardowe obliczenia, bazując na wydajności jednostki wentylacyjnej w m³/h, temperaturze, wilgotności powietrza zewnętrznego w okresie letnim oraz temperaturze powietrza nawiewanego. Ten parametr wraz z wilgotnością dobiera się dla konkretnego regionu zgodnie z SNiP.

Pierwszy parametr przyjmuje się o 6 stopni mniejszy niż optymalna temperatura w pomieszczeniu. Oprócz tych wartości trzeba będzie skorzystać z diagramu i-d. Następnie wszystkie znalezione parametry podstawia się do wzoru: Qchł = 1,2 x L x (Izew - I naw) / 3600.

Na zdjęciu przedstawiono psychometryczny diagram i-d wilgotnego powietrza. Za jego pomocą, na podstawie dwóch znanych wielkości, można określić pozostałe parametry powietrza, w tym również zapotrzebowanie na chłód, bez skomplikowanych obliczeń.

Aby całkowicie uniknąć obliczeń, czasami korzysta się z uproszczonej metody. Ustalono, że na każde 10 m² przy wysokości pomieszczenia 3 m potrzeba 1 kW chłodu. Jeśli powierzchnia pomieszczenia wynosi 200 m², potrzebny jest blok o mocy 20 kW.

Specjaliści zalecają zwrócić uwagę na kilka niuansów ważnych dla prawidłowego wyboru urządzenia. Aby zagwarantować efektywną pracę bloku sprężarkowo-skraplaczowego (KKB), należy go obliczać nie na maksymalną temperaturę zewnętrzną, ale na minimalną przewidzianą zakresem pracy KKB.

Jeśli obliczenia zostaną wykonane dla maksymalnej temperatury powietrza na zewnątrz, urządzenie będzie mogło pracować normalnie, gdy temperatura na zewnątrz będzie równa obliczonej lub wyższa. Gdy temperatura spadnie, wystąpi zjawisko częściowego wrzenia czynnika chłodniczego w parowniku. Ciekły freon powróci do ssania sprężarki. Doprowadzi to do zaklinowania się sprężarki.

Dla prawidłowej pracy wydajność sprężarki musi być mniejsza od maksymalnej wydajności parownika. Zestaw przyłączeniowy nie zawsze jest sprzedawany razem z blokiem sprężarkowo-skraplaczowym. Czasami trzeba go dobrać samodzielnie, ale do tego trzeba znać parametry techniczne elementów wchodzących w skład tego układu armatury.

Zalecenia dotyczące doboru filtro-osuszacza

Ten element jest niezbędny do wchłaniania wilgoci i różnych niepożądanych zanieczyszczeń z instalacji freonowej. Jego dobór odbywa się na podstawie tabel producentów, z uwzględnieniem rodzaju czynnika chłodniczego. Ponadto ważne jest, aby wcześniej wiedzieć, w jaki sposób będzie montowany ten element – przez lutowanie, z użyciem kołnierzy lub na złączkach. Od tego będą zależeć wymiary przyłączeniowe.

Ten element armatury odpowiada za utrzymanie czystości obwodu chłodniczego. Tylko filtr dobrej jakości dobrze radzi sobie z tym zadaniem.

Na wybór filtra wpływa również wskaźnik wydajności cieczy, który determinuje interwał między wymianami. Ważne jest też, jak będzie funkcjonował blok sprężarkowo-skraplaczowy (KKB) – wyłącznie w trybie chłodzenia, czy również grzania. W pierwszym przypadku freon będzie przepływał w jednym kierunku, w drugim – w obu.

Jak wybrać szkło wziernikowe?

Ten element jest niezbędny do kontroli poziomu napełnienia freonem, stanu filtra oraz obecności wilgoci w obwodzie. Przy jego doborze bierze się pod uwagę rodzaj freonu, temperaturę otoczenia, sposób montażu wziernika, obecność wskaźnika wilgotności oraz krytyczny poziom wilgotności.

Jeśli w obwodzie krąży freon R407C lub R410A, olej poliestrowy przeznaczony dla tych typów może tworzyć kwas i alkohol w reakcji z wodą. Zasygnalizuje to zmiana koloru wziernika, co pomoże zapobiec zaklinowaniu się sprężarki w wyniku rozkładu oleju. O normalnym stanie obwodu chłodniczego świadczy zielony kolor wskaźnika.

Przejście w stronę żółtego odcienia oznacza, że obwód chłodniczy wymaga bardziej uważnego monitorowania. Całkowicie żółty wskaźnik wskazuje na niedopuszczalną ilość wilgoci w obwodzie. Po podjęciu działań w celu jej usunięcia konieczna będzie wymiana filtra.

Wybór zaworu termoregulacyjnego

Zawór rozprężny termostatyczny (ZRT) reguluje dopływ czynnika chłodniczego z bloku do parownika w celu chłodzenia. Dobiera się go według typu czynnika chłodniczego, nominalnej wydajności chłodniczej, temperatury wrzenia, przechłodzenia, skraplania. Uwzględnia się również poziom temperatury czynnika roboczego – maksimum i minimum.

Zawór rozprężny termostatyczny (ZRT) to ważny element obiegu chłodniczego. Rozróżnia się dwa rodzaje zaworów rozprężnych termostatycznych – z wyrównaniem zewnętrznym i wewnętrznym. Pełni on rolę regulatora dopływu czynnika chłodniczego do parownika. Odpowiada również za jego rozprężenie, prowadzące do obniżenia ciśnienia i temperatury.

Wpływa na wybór także sposób wyrównania ciśnienia – wewnętrzny lub zewnętrzny. Należy wiedzieć, jak będzie wykonywany montaż ZRT. Zazwyczaj instaluje się go do lutowania, kołnierzowania lub na złączkach.

Dobór zaworu elektromagnetycznego

Na wybór tego elementu wpływa rodzaj freonu, maksymalne wartości temperatury i ciśnienia roboczego. Istotny jest również parametr, jakim jest szczytowa wartość otwierającej różnicy ciśnień. Należy zwrócić uwagę na wymiary przyłączeniowe oraz wydajność.

Należy uwzględnić współczynnik Kv, który uwzględnia zmianę przepływu czynnika roboczego, gdy różnica ciśnień na zaworze elektromagnetycznym wynosi 1 bar.

Rodzaje bloków sprężarkowo-skraplaczowych

Rodzaj bloku sprężarkowo-skraplaczowego determinuje rodzaj własnego chłodzenia. Może być realizowane za pomocą powietrza, wody, zewnętrznego chłodziwa. Agregaty pierwszego rodzaju mają wbudowany wentylator wytwarzający strumień powietrza.

Jeżeli w konstrukcji zawarty jest wentylator osiowy, to agregat montuje się na zewnątrz budynku. W przypadku wentylatora odśrodkowego, montaż agregatu wykonuje się bezpośrednio w pomieszczeniu.

Moc chłodzonego powietrzem bloku sprężarkowo-skraplaczowego może być bardzo duża – do 45 kW na godzinę. W zastosowaniach domowych zwykle wystarcza agregat o mocy maksymalnie 8 kW.

Agregat sprężarkowo-skraplaczowy, w którym skraplacz chłodzony jest wodą, jest bardziej wydajny. Nie wymaga do swojej pracy dużej ilości powietrza, dlatego charakteryzuje się kompaktową budową i przeznaczony jest do montażu wewnętrznego. Jego montaż jest możliwy w znacznej odległości.

Bloki sprężarkowo-skraplaczowe ze skraplaczem oddzielnym stosuje się rzadziej, głównie przy braku miejsca w pomieszczeniu. Wtedy sam blok instaluje się wewnątrz pomieszczenia, a wymiennik ciepła umieszcza się na zewnątrz.

Zasada działania KKB

Podstawą działania bloku sprężarkowo-skraplaczowego jest prawo fizyki dotyczące pochłaniania energii cieplnej przy zmianie stanu czynnika chłodniczego z ciekłego na inną postać skupienia. Gdy proces przebiega w odwrotnym kierunku, wydzielana jest wcześniej zgromadzona energia cieplna i przekazywana do odbiornika.

Gdy blok sprężarkowo-skraplaczowy pracuje w trybie chłodzenia, wewnątrz wymiennika ciepła następuje parowanie freonu, a następnie jego skraplanie. Przy ogrzewaniu jest odwrotnie.

Włączają i wyłączają agregat, a także regulują moc strumienia powietrza za pomocą systemu sterowania. Do podłączenia go do bloku kompresorowo-kondensacyjnego służą specjalne szyny i czujniki.

Podczas gdy montaż systemu chłodniczego (chiller) pozwala indywidualnie ustawiać temperaturę dla każdego pomieszczenia, przy zastosowaniu bloku kompresorowo-kondensacyjnego temperatura będzie wszędzie taka sama. Ustawia się ją na głównym termostacie dla całego budynku.

KKB z chłodzeniem powietrznym

Obieg chłodniczy ma 2 wymienniki ciepła. Jeden z nich - wymiennik ciepła skraplacza (kondensatora) znajduje się w samym bloku kompresorowo-kondensacyjnym. Drugi - wymiennik ciepła parownika, znajduje się w chłodnicy powietrza centralnego klimatyzatora. Oprócz tych elementów, w obiegu chłodniczym znajduje się sprężarka, umieszczona w obudowie bloku kompresorowo-kondensacyjnego.

Jego elementami są również filtr-osuszacz, zawór termostatyczny (TRV), szkło wziernikowe. Ostatnie trzy elementy znajdują się na międzybłokowej magistrali cieczowej w pobliżu parownika.

W przeciwieństwie do innych elementów obiegu chłodniczego, przekrój do przepuszczania freonu w zaworze termostatycznym jest niewielki. Jego regulacja zależy od temperatury parowania freonu w wymienniku ciepła i wartości ciśnienia. Przed zaworem termostatycznym sprężony gazowy freon w wymienniku ciepła skraplacza ma nadciśnienie wytwarzane przez sprężarkę. Po zaworze termostatycznym - w wymienniku ciepła parownika ciśnienie spada.

W skraplaczu czynnik chłodniczy, tracąc ciepło do otoczenia, ulega kondensacji. Po oddaniu części energii cieplnej freon nadal pozostaje pod podwyższonym ciśnieniem, ale tylko do momentu przejścia przez zawór termostatyczny. Po tym ciśnienie gwałtownie spada i następuje chłodzenie.

Najczęściej blok kompresorowo-kondensacyjny wyposaża się w skraplacz chłodzony powietrzem. Wlotowe i wylotowe rurociągi bloku są wyposażone w zawory odcinające, aby wykluczyć przedostanie się do środka wilgoci lub zanieczyszczeń zewnętrznych.

Pod wpływem wentylatora odśrodkowego głównego klimatyzatora powierzchnia wymiany ciepła parownika nagrzewa się. Uzyskuje wysoką temperaturę i przechodzi w fazę gazową również dotychczas ciekły czynnik chłodniczy krążący w parowniku. Przy tym pochłania on ciepło z powietrza nawiewanego, tym samym je chłodząc.

Następnie czynnik chłodniczy w postaci gazu ponownie trafia do sprężarki, ulega sprężeniu, przekształca się w stan ciekły i proces cyrkulacji zostaje wznowiony.

Agregat z chłodzeniem wodnym

Instalacja bloku kompresorowo-kondensacyjnego z chłodzeniem wodnym wymaga wstępnych obliczeń hydraulicznych i profesjonalnego montażu. Koszt tych bloków jest wyższy niż w przypadku analogów powietrznych. Tłumaczy się to koniecznością dodatkowych nakładów na urządzenie wieży chłodniczej, poprowadzenie obiegu do niej, zakup pomp.

Te urządzenia są przeznaczone do montażu wewnątrz budynku. Chłodzenie skraplacza odbywa się tutaj za pomocą cieczy, która krąży w zamkniętym obiegu. Na zewnątrz instaluje się chłodnię kominową – mokrą lub suchą – lub wykorzystuje się wodę przepływową.

To urządzenie klimatyzacyjne ma dodatkowy wymiennik ciepła. Chłodzi on czynnik chłodniczy i, częściowo odbierając ciepło, podgrzewa krążącą wodę, którą można następnie ponownie wykorzystać. Jej użycie w systemie ogrzewania, do ciepłej wody użytkowej uzasadnia nieco większe nakłady na zakup urządzenia tego typu.

KKB z chłodzeniem wodnym można montować w wysokich budynkach. Takie urządzenia idealnie nadają się do obszarów nadmorskich, ponieważ instalacja wewnętrzna chroni je przed działaniem agresywnego środowiska, które tam występuje.

Zaletą urządzeń z chłodzeniem wodnym jest ich wyższa moc oraz możliwość i perspektywa zwiększenia odległości między blokiem a chłodnią kominową według potrzeb. Jeśli jako czynnik chłodzący wykorzystuje się wodę przepływową, koszt klimatyzacji znacznie spada.

Cechy montażu KKB

Instalacja agregatu sprężarkowo-skraplaczowego powinna być poprzedzona starannym przygotowaniem. Przede wszystkim sprawdza się zgodność takich danych agregatu, jak podłączenie fazowe, napięcie, częstotliwość prądu z odpowiednimi parametrami linii zasilającej.

W miejscu, w którym planuje się montaż KKB, nie powinno być kurzu, w przeciwnym razie może on dostać się do wymiennika ciepła. Strumień powietrza wychodzący ze skraplacza nie może do niego wracać.

Proces montażu systemu wentylacji rozpoczyna się od ustawienia podłogowego KKB, parownika, ułożenia magistrali międzyblokowej. Najtrudniejszym momentem jest montaż zaworu rozprężnego TRV, filtrów osuszających, zbiorników wyrównawczych, wzierników i innych elementów.

W przypadku montażu urządzenia na ziemi należy je umieścić tak, aby nie dostawała się do niego woda deszczowa i śnieg. Przestrzeń wokół bloku powinna być wolna, bez przeszkód dla przepływu powietrza i konserwacji. Nie wolno podłączać kanałów powietrznych doprowadzających i odprowadzających powietrze z bloku.

Montaż i prace związane z instalacją bloków sprężarkowo-skraplaczowych wykonują wyspecjalizowane firmy, których pracownicy posiadają odpowiednie kwalifikacje i certyfikaty. Aby podłączyć blok, potrzebny jest specjalistyczny sprzęt i narzędzia. Zdarza się również, że blok wymaga doładowania lub całkowitego napełnienia czynnikiem.

Renomowani producenci KKB

KKB o wysokich parametrach eksploatacyjnych produkuje włoska firma Aermec. W ofercie znajdują się profesjonalne bloki sprężarkowo-skraplaczowe z chłodzeniem powietrznym oraz urządzenia do użytku domowego.

Cieszą się popularnością agregaty KKB Aerotek, produkowane przez międzynarodową firmę o tej samej nazwie, założoną w Szwajcarii. Parametry urządzenia są w pełni dostosowane do potrzeb rosyjskiego konsumenta.

Słynie z jakości produkowanego sprzętu francuska firma Airwell. Nie mniej popularne są agregaty Carrier, dostarczane na rynek klimatyzacji przez amerykańską korporację Carrier. Swoje przedstawicielstwo ma u nas firma Daikin z Japonii, której urządzenia klimatyzacyjne również cieszą się dużym zainteresowaniem.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Składowe agregatu kompresorowo-kondensatorowego:

Rozsądny wybór bloku kompresorowo-kondensatorowego:

Aby zapewnić doskonałą wentylację biura, domu lub innego pomieszczenia, blok kompresorowo-kondensatorowy będzie najlepszym rozwiązaniem. Sam agregat ma niewielką wagę i gabaryty, ale nie umniejsza to jego możliwości funkcjonalnych. Ważne jest, aby nie naruszać zasad eksploatacji i trzymać się instrukcji, wtedy agregat będzie służył przez wiele lat.

Jeśli pojawiły się pytania dotyczące tematu artykułu, można je zadać w bloku komentarzy, a my postaramy się udzielić na nie jak najbardziej zrozumiałej odpowiedzi. Tam również można zostawić komentarz do tego artykułu lub podzielić się radą dotyczącą wyboru KKB.