VGF szaklap

Kompresszorok és hűtőközegek

| |  389 | |

Kompresszorok és hűtőközegek

A gázsűrítők működését a különböző hűtőközegek jelentős módon befolyásolják. A méretezés, és a kiválasztás tehát egy hűtőrendszer tervezésénél kulcsfontosságú. A hűtőközegek gyorsan változnak, kiváltásuk, cseréjük esetén mindig szem előtt kell tartani a kompresszorok egyedi tulajdonságait.

Az elméleti háttér

A hűtési körfolyamat megértéséhez ismerni kell a Log p-h diagramot. Az első ábrán látható, hogy X=0-tól balra lévő terület a folyadékvezeték, a túlhűtött folyadékkal, az X=1-től nagyobb területrész a túlhevített gőzmező. A kettő közötti rész folyadékot és túlhevített gőzt egyaránt tartalmaz, ez a nedves mező. Az A és a B pont között látjuk az elpárologtató fajlagos hőfelvételét (q0). Egy valós körfolyamatot a 1. ábrán láthatunk.

Az elpárologtató fajlagos hőfelvétele q0=h1’-h4. Ezzel szemben a kompresszorba belépő hűtőközeg nyomása és hőmérséklete a szívóvezeték ellenállása miatt az 1-es pontba kerül. Innen politrópikus állapotváltozás mentén jutunk el a 2-es pontba. A 2-es és az 1-es pont különbsége a munkafelvétel, azaz a kompresszor áramfelvétele. A kondenzátor hőleadása a 2’ és a 3’ görbe alatti területtel egyezik meg. Az ábrán látható, hogy minden egyes vezetéknek van nyomásvesztesége, hogy ez minimális legyen, a csőhálózatot megfelelően kell méretezni. A hasznos hűtőteljesítmény kiszámításánál figyelembe kell venni a geometriai szállító teljesítményt, a fajlagos hőfelvételt, amely minden hűtőközegnél más, valamint a kompresszorba belépő hűtőközeg térfogatát. A fajlagos hőfelvétel és a belépő hűtőközeg térfogatának hányadosának minél magasabbnak kell lennie, mert az adott kompresszor annál nagyobb teljesítmény leadására lesz képes.

Kompresszorok fajtái

Adódik tehát a kérdés, milyen hűtőközeget és milyen kompresszort válasszunk? A hűtőközegekből a piacon egyre szélesebb a kínálat, így a kiválasztásban is nagy mozgástér adódik. A kompresszorokból is nagy választék áll rendelkezésre, léteznek térfogat kiszorítási elven működők, ezen belül is az alternáló mozgásúak (hagyományos dugattyús), forgó mozgásúak (rotációs, scroll, csavar, gördülő dugattyús). Léteznek dinamikus kompresszorok is, például a turbós valamint a gőzsugaras kompresszorok. A kompresszorokat a meghajtás szerint is lehet csoportosítani, vannak nyitott, félhermetikus, hermetikus kompresszorok.

Közegek és rendszerek

A légszárítók, kisebb feldolgozó terek a 10-12 °C hőmérsékletű terek hűtése esetén (Q0˂8kW) klímatartományról beszélünk. Az esetek többségében itt hermetikus dugattyús kompresszorokat használunk. Ebben az esetben választhatjuk hűtőközegként az R134a-t, vagy az R404A-t. Az R134a esetén jobb COP értékeket kapunk, és alacsonyabb a GWP értéke. Míg a 404A-nál kisebb lökettérfogatú kompresszorból nagyobb teljesítményt lehet elérni. Ebből következően az ár is kedvezőbb lesz. Mivel a COP tekintetében viszonylag nagy különbségek vannak, megéri R134a hűtőközeg használatával a rendszert kialakítani, mert pár éven belül az energiaszámlákban megtérül a nagyobb kompresszor ára. (1.táblázat)

Hűtőközeg

Telpár.

Tkond.

Tbelső

Qhűtő

COP

R134a

0

50

10…12

˂ 7 kW

2…2,2

R404A

0

50

10…12

˂ 9 kW

1,7…1,9

R134a

0

40

10…12

˂ 6 kW

2,5…2,8

R404A

0

40

10…12

˂ 9 kW

2,2…2,4

 

 

 

 

 

 

 

Normál hűtőkamrák, kisteljesítményű folyadékhűtők, kereskedelmi hűtőbútorok esetén (Q0˂6kW) normál tartományról beszélhetünk. Itt is a hermetikus dugattyús kompresszorok jöhetnek szóba. Ebben az esetben a COP közel azonos az R134a és az R404A esetében. Ami a 134a felé dönti a mérleg nyelvét, az alacsonyabb GWP érték, amely így hosszabb távon üzemeltethető berendezést eredményez.  Szóba jöhetnek az R404A helyett az új hűtőközegek, mint az R407A, R407F, R448A, R449A. (2. táblázat)

Hűtőközeg

Telpár.

Tkond.

Tbelső

Qhűtő

COP

R134a

-8

45

0…2

˂ 5 kW

1,5…1,7

R404A

-8

45

0…2

˂ 7 kW

1,5…1,7

R134a

-8

35

0…2

˂ 6 kW

2…2,4

R404A

-8

35

0…2

˂ 9 kW

2,1…2,3

Mélyhűtő tartományba, ahol fagyasztott árus hűtőkamrák, fagyasztós hűtőbútorok vannak (Q0˂4kW) - szintén hermetikus dugattyús kompresszorokat használva -, viszonylag egyértelmű, hogy az R404A a jó választás, mert ár-érték arányában ez a legkedvezőbb a kisteljesítményű berendezéseknél. Meg kell említenünk az új hűtőközeget, az R452A-t, melynek az alkalmazási tartománya hasonló, mint a 404A esetén. Nyomógáz véghőmérséklete viszonylag magasabb, bár kicsit kisebb a teljesítménye, de a GWP 45%-el alacsonyabb. Legnagyobb hátránya, hogy van hőmérséklet csúszása.

Gombhoz a kabátot

Más megközelítésből is megvizsgálhatjuk a kiválasztás kérdését. Nem életszerű a hűtőközeghez választani a kompresszort, ám egy gondolatkísérlet erejéig tegyük meg. Ez azért érdekes, mert megláthatjuk, hogy a kompresszorok COP értékeit mennyire befolyásolja az adott hűtőközeg. Tételezzük fel, hogy Q0=13-15 kW-os hűtőteljesítményt szeretnénk elérni, normál tartományon, R404A hűtőközeget töltve a berendezésekbe. Két hermetikus scrollt, és két-két hermetikus illetve félhermetikus dugattyús kompresszort vizsgálunk meg. Látható, hogy a félhermetikus dugattyús és a scroll kompresszorok közel azonos COP-vel rendelkeznek, bár a scroll kompresszorok ára kedvezőbb, de nem javítható. A hermetikus dugattyús készülékeknek rosszabb a COP-je, amely abból adódik, hogy rosszabb a hűtésük. Az eredményeket a 3. táblázat foglalja össze.

Kompr. típus

kialakítása

Telpár.

Tkond.

Qhűtő

COP

Copeland ZB66KCE

Herm. scroll

-8

45

15,05 kW

2,13

Bizter 4DES-7Y-40S

Félherm. dugattyús

-8

45

13,67 kW

2,15

L’Unite TAGD4612Z

Herm. dugattyús

-8

45

14,04 kW

1,77

Copeland ZB66KCE

Herm. scroll

-8

35

18 kW

3,13

Bizter 4DES-7Y-40S

Félherm. dugattyús

-8

35

16,75 kW

2,96

L’Unite TAGD4612Z

Herm. dugattyús

-8

35

18,18 kW

2,4

Fix tömegáram, különböző teljesítmény

Érdemes még egy esetet megvizsgálnunk. Van egy 18 m3/h fix tömegáramú félhermetikus kompresszorunk, melyek teljesítményét különböző hűtőközegek esetén vizsgálunk. Azt vehetjük észre, hogy a COP értékekben nincsenek markáns különbségek, ellenben a hűtőteljesítmény tekintetében jelentős eltérések mutatkoznak. Az adatokból megfigyelhetjük, ha az R404A hűtőközeget szeretnénk kiváltani R407F-re azt könnyen megtehetjük, nem kell kicserélnünk a kompresszort nagyobbra. Ellenben ha R134a-ra akarjuk cserélni a hűtőközeget, akkor majd kétszer akkora, 32-33 m3/h tömegáramú kompresszorra van szükségünk a 9 kW hűtőteljesítmény eléréséhez. Ezen kívül a csővezeték is megváltozik, míg 404A hűtőközegnél a 28/16-os csővezeték elég volt a 9 kW teljesítményhez, addig a 134a esetén nagyobb csővezetékekre lesz szükség. Nem túl költséghatékony tehát a hűtőközegeket kicserélni. A R410A jó megoldásnak tűnik, még kisebb kompresszorra van szükségünk, még kisebb csővezetékkel. Az adatokat a 4. táblázat foglalja össze.

Kompr. típus

Hűtőközeg

Telpár

Tkond.

Qhűtő

COP

Pvill

Bizter 4DES-5Y-40S

R134a

-8

45

5,08

2,38

2,14

Bizter 4DES-5Y-40S

R407C

-8

45

7,81

2,35

3,32

Bizter 4DES-5Y-40S

R404A

-8

45

9,1

2,18

4,17

Bizter 4DES-5Y-40S

R407F

-8

45

9,05

2,32

3,9

Bizter 4DES-7Y-40S

R410A

-8

45

12,15

2,16

5,62

Hermetikus kompresszor kiváltása

Első, és legfontosabb, hogy ugyanolyan hűtőközeget válasszunk, mint ami a rendszerben volt. A villanymotor fázisa és frekvenciája is azonos legyen. Előfordul, hogy egy Amerikából behozott kompresszor frekvenciája 60 Hz, ez nem fog megfelelően működni Európában. A motorok típusaiban is lehetnek eltérések, vannak LST (alacsony ind. nyomatékú: RSIR; RSCR; PSC) motorok, és vannak HST (magas ind. nyomatékú: CSIR; CSR; TRI) motorok. A kiváltásnál tekintettel kell lennünk a fizikális méretekre, és arra, hogy a motor teljesítménye közel azonos legyen. A szakemberek általában kisebb teljesítményű motorokat javasolnak cserekor, mert a nagyobb teljesítmény esetén előfordulhat, hogy az átlagnál magasabb külső hőmérséklet hatására a kondenzációs hő annyira megemelkedik, hogy a kompresszor kiáll hibára. Ezt elkerülendő, jobb választás egy picivel kisebb teljesítményt választani. Kicsivel többet jár így a kompresszor, de minél kevesebbet kapcsol ki és be, annál hosszabb az élettartama is.

Összefoglalva elmondható, hogy a hűtőközegek megválasztásánál, kiválasztásánál alaposan meg kell fontolnunk minden paramétert. Cikkünk néhány esetet dolgozott fel, de ahány szivattyú, annyi lehetséges kimenetel. A neves gyártók minden segítséget megadnak a hűtősöknek, ezen kívül a hűtőközeg forgalmazóknál is lehet segítséget kérni. A rosszul méretezett rendszer sok bosszúságot okoz. Érdemes tehát előre gondolkodni egy kicsit.

HűtésKompresszor