Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của điều hòa
Một hệ thống làm lạnh bao gồm bốn thành phần chính: Máy nén, bình ngưng, thiết bị giãn nở và thiết bị bay hơi. Mỗi thành phần trong hình 1 phải có kích thước và lắp đặt đúng để hoạt động cùng nhau và thực hiện chính xác.
Máy nén
Chức năng của máy nén bao gồm làm tăng áp suất của môi chất lạnh đến điểm mà nhiệt độ khí sẽ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ môi trường không khí được sử dụng để ngưng tụ. Ví dụ: Nếu nhiệt độ không khi thiết kế ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 100 độ F, khí làm lạnh thường sẽ được nén áp suất hơi ngưng tụ hoặc bão hòa, nhiệt độ là 120 đến 130 độ F. Trong máy nén trục vít, khí làm lạnh được nén giữa các mặt của hai cuộn lồng vào nhau, một trong số đó quay quanh trong khi mặt kia vẫn đứng yên.
Chú thích:
Low pressure vapor liquid mixture/ Hỗn hợp chất lỏng hơi áp suất thấp.
High pressure vapor liquid mixture/ hỗn hợp chất lỏng hơi áp suất cao.
High pressure vapor/ Hơi áp suất cao
High pressure liquid/ chất lỏng áp suất cao
low pressure liquid/ Chất lỏng áp suất thấp
Low pressure vapor/ Hơi áp suất thấp
Evaporator/ Thiết bị bay hơi
Compressor/ Máy nén
Condenser/ Bình ngưng
Expansion device/ Van tiết lưu (van dãn nở)
Bình Ngưng.
Một bình ngưng làm mát bằng không khí thường có một hoặc nhiều cuộn dây truyền nhiệt và một hoặc nhiều quạt. Các quạt hút không khí xung quanh thông qua các cuộn dây, khiến khí lạnh bên trong các ống ngưng tụ. Công suất của một bình ngưng tụ được làm mát bằng bằng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ dòng chảy của không khí xung quanh và diện tích bề mặt của ống dây.
Khi môi suất lạnh có áp suất cao chảy qua cuộn dây, nó bắt đầu ngưng tụ, nhưng vẫn ở nhiệt độ ổn định (đối với môi chất R22) trong khi đối với môi chất R407C nhiệt độ và áp suất sẽ thay đổi do sự trượt của môi chất lạnh.
Các cuộn dây trên dày hơn các kích thước sao cho khí làm lạnh đã ngưng tụ hoàn toàn và nhiều nhiệt sẽ được loại bỏ khỏi nó. Quá trình này được gọi là làm mát phụ. Làm mát phụ chất làm lạnh chất lỏng ngăn không cho nó quay trở lại trạng thái hơi khi áp suất giảm giữa thiết bị ngưng tụ và thiết bị giãn nở. Làm mát phụ cũng cải thiện khả năng làm mát của chất làm lạnh.
Thiết bị bay hơi.
Các cuộn dây của thiết bị bay hơi loại bỏ nhiệt từ luồng không khí cung cấp, làm mát không khí cung cấp trong quá trình. Các cuộn dây bay hơi thường bao gồm một số hàng ống đồng được liên kết cơ học và các lá tản nhiệt bằng nhôm hoặc đồng. Tùy thuộc vào kích thước và công suất của cuộn dây, nó có thể bao gồm một hoặc một vài mạch môi chất lạnh (xem hình 2)
Một thiết bị phân phối môi chất lạnh trên mỗi mạch cuộn dây bay hơi DX cung cấp áp suất thấp. Môi chất lạnh nhiệt độ thấp đến các ống coil. Điều quan trọng là tất cả các ống phân phối đều có cùng chiều dài, áp suất giảm trên chúng sẽ bằng nhau và chất làm lạnh sẽ được phân bổ đều cho các ống coil.
Khi chất làm lạnh dạng lỏng đi qua các ống coil, nhiệt được truyền từ luồng không khí cung cấp đến môi chất lạnh. Khi nhiệt được thêm vào môi chất lạnh, nó sẽ bốc hơi giống như nước sôi trên bếp. Hỗn hợp lỏng- hơi vẫn duy trì ở nhiệt độ và áp suất không đổi cho đến khi nó bay hơi hoàn toàn (đối với dung môi lạnh R22), trong khi đối với R407C, nhiệt độ và áp suất sẽ giảm nhẹ do sự trượt của môi chất lạnh. Công suất cuộn coil được xác định bởi loại và lượng chất làm lạnh được sử dụng, chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và môi chất lạnh và lượng không khí đi qua cuộn dây.
Khi chất làm lạnh đã bay hơi hoàn toàn, khả năng làm mát không khí của nó giảm đáng kể. Nếu quá ít chất làm lạnh được đưa vào cuộn dây, nó sẽ bay hơi nhanh và không khí sẽ không được làm mát đầy đủ. Nếu quá nhiều chất làm lạnh được đưa vào cuộn coil, nó sẽ không bay hơi chút nào và chất làm lạnh dạng lỏng sẽ quay trở lại máy nén. Các cuộn dây bay hơi mở rộng trực tiếp (DX) được thiết kế để làm bay hơi tất cả các chất làm lạnh trong quá trình sau đó "quá nhiệt" chất làm lạnh ở hàng ống cuối hoặc hai ống coil cuối. Khi chất làm lạnh được làm nóng quá mức để đảm bảo nó không ngưng tụ trở lại trạng thái lỏng trong đường hút. Quá nhiệt cũng được sử dụng để điều khiển van tiết lưu.
Van tiết lưu:
Van tiết lưu kiểm soát dòng chất làm lạnh đến cuộn dây bay hơi. Trane sử dụng các van tiết lưu (nhiệt tĩnh) được kiểm soát nhiệt độ (TXV) như trong hình 3.
[caption id="attachment_1826" align="aligncenter" width="700"]
Hình 3 cấu tạo van tiết lưu điều hòa[/caption]
Ghi chú:
Diaphragn/ màng van
liquid line/ Dòng chất lỏng
valve body/ Thân van
superheat spring/ lò xo quá nhiệt.
superheat adjustment screw/ Vít điều chỉnh quá nhiệt
distributor/ Thiết bị phân phối
equalixer line/ Đường cân bằng
capillary tube/ống mao dẫn
sensing bulb/ bóng đèn cảm biến
superheater 590F74psig/ Bộ tản nhiệt 59 độ F 74 psig
Thermal rexpansion valve (TXV) có hai bộ phận chính: Thân van và bóng đèn cảm biến.
Van điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh đến cuộn dây bay hơi. Khi chất làm lạnh đi qua van, nó được mở rộng đáng kể. Điều này làm cho áp suất và nhiệt độ của chất làm lạnh giảm xuống, làm cho nó phù hợp để làm mát không khí.
Lượng chất làm lạnh được cung cấp cho cuộn dây dựa trên tải làm mát của không khí cung cấp và lượng quá nhiệt được tạo ra. Khi tải làm mát tăng, chất làm lạnh ở dạng lỏng sẽ hấp thụ nhiệt nhiều hơn và bay hơi nhanh hơn. Điều này có nghĩa là nhiều cuộn dây bay hơi có sẵn để làm nóng hơi môi chất lạnh và nó để lại cuộn dây ở nhiệt độ cao. Ngược lại khi tải làm mát giảm, chất làm lạnh ở dạng lỏng không bay hơi nhanh vì vậy quá trình quá nhiệt xảy ra môi chất lạnh rời khỏi cuộn dây ở nhiệt độ thấp hơn.
Bóng đèn cảm biến gắn vào van được tích hợp với môi chất làm lạnh dạng lỏng và hơi. Chất làm lạnh này phải cùng loại với chất trong hệ thống. Hơi môi chất lạnh trong bóng đèn cảm biến gây áp lực lên màng ngăn trong thân van, khiến van mở hoặc đóng.
Khi nhiệt độ của khí hút quá nhiệt rời khởi thiết bị bay hơi tăng do tải làm mát tăng, chất làm lạnh trong bóng đèn cảm biến sẽ làm tăng áp suất lên màng ngăn van. Áp suất tăng làm cho van mở và cho phép lượng lớn môi chất lạnh chảy vào cuôn dây để đáp ứng nhu cầu làm mát cao hơn. Khi nhiệt độ của khí hút giảm do giảm tải làm mát, khí trong bóng đèn cảm biến ngưng tụ làm giảm áp suất của nó lên màng ngăn van. Điều này cho phép van hạn chế dòng chất làm lạnh vào cuộn dây cho đến khi nhu cầu làm mát thấp được đáp ứng đầy đủ.
Thân van chứa một là xo quá nhiệt giữ cho mọi thứ cân bằng. Bằng cách xoay một ốc vít ở dưới cùng của van, lò xo có thể được đặt cho một lượng quá nhiệt nhất định. Ví dụ: Nếu lò xo quá nhiệt được đặt ở mức 15 độ F của quá nhiệt nó sẽ gây áp lực lên van bằng với áp suất khí bốc hơi trong bóng đèn cảm biên sẽ có trên màng ngăn van khi khí hút bị quá nhiệt ở 15 độ C. Dòng cân bằng được sử dụng để ngăn giảm áp suất xảy ra trên bộ phân phối và cuộn DX ảnh hưởng đến hoạt động của van tiết lưu.
Điều kiện thiết kế ứng dụng
Trước khi chọn thiết bị, trước tiên bạn phải thiết lập các thông số làm việc cơ bản sau:
Tải trọng làm mát thiết kế.
Thiết kế nhiệt độ làm mát ngoài trời.
Nhiệt độ hút môi chất lạnh.
Tải trọng làm mát thiết kế thường được thấy trong lịch trình làm việc. Nhiệt độ không khí ngoài trời thiết kế cũng có thể được liệt kê trong lịch trình công việc. Nhiệt độ không khí ngoài trời thiết kế cũng có thể được liệt kê trong lịch trình công việc. Nếu không biết nhiệt độ hút bão hòa (SST), giả sử nó nằm trong khoảng 40 độ F đến 45 độ F. Điều này thể hiện cách tiếp cận công nghiệp tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nếu các hệ thống thực tế hoạt động vượt quá SST được đề xuất, việc cắt giảm áp suất cao hoặc thấp sẽ được kích hoạt và chỉ ra khả năng sử dụng sai thông tin thiết bị ngưng tụ RAUP.
Khi sử dụng thiết bị ngưng tụ được thiết kế sẵn, bạn có thể sử dụng các xếp hạng như trong hình (RAUP R22), dữ liệu hiệu suất R407C để xác định kích thước thiết bị ngưng tụ nào sẽ đáp ứng khả năng làm mát của hệ thống.
Chọn một TXV phù hợp với tải trọng của cuộn dây bay hơi nó phục vụ và cài đặt một TXV cho mỗi thiết bị phân phối. Để biết công suất cuộn dây lớn hơn, hãy tham khảo mạch trong AHU và tổng tải trọng AHU để xác định số tải trọng, số lượng của TXV. Số lượng TXV được liệt kê ở đây dựa trên giả định rằng thiết bị bay hơi có các mạng tương tự như RAUP.
Lưa chọn TXV cho khớp với AHU, nên chủ yếu dựa trên năng lực của hệ thống cuối cùng.
Điều quan trọng là các chu trình RAUP là bằng hoặc nhỏ hơn các mạch AHU.
Thông tin hiệu suất cuộn DX (direct expansion)
Có thể chọn cuộn dây bay hơi mở rộng trực tiếp (DX) bằng chương trình CLCP DX TOPSS.
Để chọn cuộn DX, bạn nhập công suất làm mát hoặc nhiệt độ không khí cho phép và nhiêt độ hút bão hòa saturated suction temperature (SST)
Các SST lên đến 50 độ F có thể được chấp nhận đối với một số ứng dụng nhất định nhưng việc kiểm soát độ ẩm trở nên khó khăn ở các SST cao hơn này. Tương tự như vậy, thiết kế các SST dưới 24 độ F, SST có thể dẫn đến việc tích tụ bằng trên thiết bị bay hơi trong thời gian giảm tải và nên tránh trừ khi các quy định được thực hiện cho rã đông cuộn định kỳ.
Hệ thống SST tối đa được khiến nghị là 48 độ F để giảm rủi ro áp suất cao.
Xem thêm>>> Điều hòa âm trần nối ống gió Trane
Một hệ thống làm lạnh bao gồm bốn thành phần chính: Máy nén, bình ngưng, thiết bị giãn nở và thiết bị bay hơi. Mỗi thành phần trong hình 1 phải có kích thước và lắp đặt đúng để hoạt động cùng nhau và thực hiện chính xác.
Máy nén
Chức năng của máy nén bao gồm làm tăng áp suất của môi chất lạnh đến điểm mà nhiệt độ khí sẽ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ môi trường không khí được sử dụng để ngưng tụ. Ví dụ: Nếu nhiệt độ không khi thiết kế ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 100 độ F, khí làm lạnh thường sẽ được nén áp suất hơi ngưng tụ hoặc bão hòa, nhiệt độ là 120 đến 130 độ F. Trong máy nén trục vít, khí làm lạnh được nén giữa các mặt của hai cuộn lồng vào nhau, một trong số đó quay quanh trong khi mặt kia vẫn đứng yên.
Chú thích:
Low pressure vapor liquid mixture/ Hỗn hợp chất lỏng hơi áp suất thấp.
High pressure vapor liquid mixture/ hỗn hợp chất lỏng hơi áp suất cao.
High pressure vapor/ Hơi áp suất cao
High pressure liquid/ chất lỏng áp suất cao
low pressure liquid/ Chất lỏng áp suất thấp
Low pressure vapor/ Hơi áp suất thấp
Evaporator/ Thiết bị bay hơi
Compressor/ Máy nén
Condenser/ Bình ngưng
Expansion device/ Van tiết lưu (van dãn nở)
Bình Ngưng.
Một bình ngưng làm mát bằng không khí thường có một hoặc nhiều cuộn dây truyền nhiệt và một hoặc nhiều quạt. Các quạt hút không khí xung quanh thông qua các cuộn dây, khiến khí lạnh bên trong các ống ngưng tụ. Công suất của một bình ngưng tụ được làm mát bằng bằng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ dòng chảy của không khí xung quanh và diện tích bề mặt của ống dây.
Khi môi suất lạnh có áp suất cao chảy qua cuộn dây, nó bắt đầu ngưng tụ, nhưng vẫn ở nhiệt độ ổn định (đối với môi chất R22) trong khi đối với môi chất R407C nhiệt độ và áp suất sẽ thay đổi do sự trượt của môi chất lạnh.
Các cuộn dây trên dày hơn các kích thước sao cho khí làm lạnh đã ngưng tụ hoàn toàn và nhiều nhiệt sẽ được loại bỏ khỏi nó. Quá trình này được gọi là làm mát phụ. Làm mát phụ chất làm lạnh chất lỏng ngăn không cho nó quay trở lại trạng thái hơi khi áp suất giảm giữa thiết bị ngưng tụ và thiết bị giãn nở. Làm mát phụ cũng cải thiện khả năng làm mát của chất làm lạnh.
Thiết bị bay hơi.
Các cuộn dây của thiết bị bay hơi loại bỏ nhiệt từ luồng không khí cung cấp, làm mát không khí cung cấp trong quá trình. Các cuộn dây bay hơi thường bao gồm một số hàng ống đồng được liên kết cơ học và các lá tản nhiệt bằng nhôm hoặc đồng. Tùy thuộc vào kích thước và công suất của cuộn dây, nó có thể bao gồm một hoặc một vài mạch môi chất lạnh (xem hình 2)
Một thiết bị phân phối môi chất lạnh trên mỗi mạch cuộn dây bay hơi DX cung cấp áp suất thấp. Môi chất lạnh nhiệt độ thấp đến các ống coil. Điều quan trọng là tất cả các ống phân phối đều có cùng chiều dài, áp suất giảm trên chúng sẽ bằng nhau và chất làm lạnh sẽ được phân bổ đều cho các ống coil.
Khi chất làm lạnh dạng lỏng đi qua các ống coil, nhiệt được truyền từ luồng không khí cung cấp đến môi chất lạnh. Khi nhiệt được thêm vào môi chất lạnh, nó sẽ bốc hơi giống như nước sôi trên bếp. Hỗn hợp lỏng- hơi vẫn duy trì ở nhiệt độ và áp suất không đổi cho đến khi nó bay hơi hoàn toàn (đối với dung môi lạnh R22), trong khi đối với R407C, nhiệt độ và áp suất sẽ giảm nhẹ do sự trượt của môi chất lạnh. Công suất cuộn coil được xác định bởi loại và lượng chất làm lạnh được sử dụng, chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và môi chất lạnh và lượng không khí đi qua cuộn dây.
Khi chất làm lạnh đã bay hơi hoàn toàn, khả năng làm mát không khí của nó giảm đáng kể. Nếu quá ít chất làm lạnh được đưa vào cuộn dây, nó sẽ bay hơi nhanh và không khí sẽ không được làm mát đầy đủ. Nếu quá nhiều chất làm lạnh được đưa vào cuộn coil, nó sẽ không bay hơi chút nào và chất làm lạnh dạng lỏng sẽ quay trở lại máy nén. Các cuộn dây bay hơi mở rộng trực tiếp (DX) được thiết kế để làm bay hơi tất cả các chất làm lạnh trong quá trình sau đó "quá nhiệt" chất làm lạnh ở hàng ống cuối hoặc hai ống coil cuối. Khi chất làm lạnh được làm nóng quá mức để đảm bảo nó không ngưng tụ trở lại trạng thái lỏng trong đường hút. Quá nhiệt cũng được sử dụng để điều khiển van tiết lưu.
Van tiết lưu:
Van tiết lưu kiểm soát dòng chất làm lạnh đến cuộn dây bay hơi. Trane sử dụng các van tiết lưu (nhiệt tĩnh) được kiểm soát nhiệt độ (TXV) như trong hình 3.
[caption id="attachment_1826" align="aligncenter" width="700"]
Ghi chú:
Diaphragn/ màng van
liquid line/ Dòng chất lỏng
valve body/ Thân van
superheat spring/ lò xo quá nhiệt.
superheat adjustment screw/ Vít điều chỉnh quá nhiệt
distributor/ Thiết bị phân phối
equalixer line/ Đường cân bằng
capillary tube/ống mao dẫn
sensing bulb/ bóng đèn cảm biến
superheater 590F74psig/ Bộ tản nhiệt 59 độ F 74 psig
Thermal rexpansion valve (TXV) có hai bộ phận chính: Thân van và bóng đèn cảm biến.
Van điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh đến cuộn dây bay hơi. Khi chất làm lạnh đi qua van, nó được mở rộng đáng kể. Điều này làm cho áp suất và nhiệt độ của chất làm lạnh giảm xuống, làm cho nó phù hợp để làm mát không khí.
Lượng chất làm lạnh được cung cấp cho cuộn dây dựa trên tải làm mát của không khí cung cấp và lượng quá nhiệt được tạo ra. Khi tải làm mát tăng, chất làm lạnh ở dạng lỏng sẽ hấp thụ nhiệt nhiều hơn và bay hơi nhanh hơn. Điều này có nghĩa là nhiều cuộn dây bay hơi có sẵn để làm nóng hơi môi chất lạnh và nó để lại cuộn dây ở nhiệt độ cao. Ngược lại khi tải làm mát giảm, chất làm lạnh ở dạng lỏng không bay hơi nhanh vì vậy quá trình quá nhiệt xảy ra môi chất lạnh rời khỏi cuộn dây ở nhiệt độ thấp hơn.
Bóng đèn cảm biến gắn vào van được tích hợp với môi chất làm lạnh dạng lỏng và hơi. Chất làm lạnh này phải cùng loại với chất trong hệ thống. Hơi môi chất lạnh trong bóng đèn cảm biến gây áp lực lên màng ngăn trong thân van, khiến van mở hoặc đóng.
Khi nhiệt độ của khí hút quá nhiệt rời khởi thiết bị bay hơi tăng do tải làm mát tăng, chất làm lạnh trong bóng đèn cảm biến sẽ làm tăng áp suất lên màng ngăn van. Áp suất tăng làm cho van mở và cho phép lượng lớn môi chất lạnh chảy vào cuôn dây để đáp ứng nhu cầu làm mát cao hơn. Khi nhiệt độ của khí hút giảm do giảm tải làm mát, khí trong bóng đèn cảm biến ngưng tụ làm giảm áp suất của nó lên màng ngăn van. Điều này cho phép van hạn chế dòng chất làm lạnh vào cuộn dây cho đến khi nhu cầu làm mát thấp được đáp ứng đầy đủ.
Thân van chứa một là xo quá nhiệt giữ cho mọi thứ cân bằng. Bằng cách xoay một ốc vít ở dưới cùng của van, lò xo có thể được đặt cho một lượng quá nhiệt nhất định. Ví dụ: Nếu lò xo quá nhiệt được đặt ở mức 15 độ F của quá nhiệt nó sẽ gây áp lực lên van bằng với áp suất khí bốc hơi trong bóng đèn cảm biên sẽ có trên màng ngăn van khi khí hút bị quá nhiệt ở 15 độ C. Dòng cân bằng được sử dụng để ngăn giảm áp suất xảy ra trên bộ phân phối và cuộn DX ảnh hưởng đến hoạt động của van tiết lưu.
Điều kiện thiết kế ứng dụng
Trước khi chọn thiết bị, trước tiên bạn phải thiết lập các thông số làm việc cơ bản sau:
Tải trọng làm mát thiết kế.
Thiết kế nhiệt độ làm mát ngoài trời.
Nhiệt độ hút môi chất lạnh.
Tải trọng làm mát thiết kế thường được thấy trong lịch trình làm việc. Nhiệt độ không khí ngoài trời thiết kế cũng có thể được liệt kê trong lịch trình công việc. Nhiệt độ không khí ngoài trời thiết kế cũng có thể được liệt kê trong lịch trình công việc. Nếu không biết nhiệt độ hút bão hòa (SST), giả sử nó nằm trong khoảng 40 độ F đến 45 độ F. Điều này thể hiện cách tiếp cận công nghiệp tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nếu các hệ thống thực tế hoạt động vượt quá SST được đề xuất, việc cắt giảm áp suất cao hoặc thấp sẽ được kích hoạt và chỉ ra khả năng sử dụng sai thông tin thiết bị ngưng tụ RAUP.
Khi sử dụng thiết bị ngưng tụ được thiết kế sẵn, bạn có thể sử dụng các xếp hạng như trong hình (RAUP R22), dữ liệu hiệu suất R407C để xác định kích thước thiết bị ngưng tụ nào sẽ đáp ứng khả năng làm mát của hệ thống.
Chọn một TXV phù hợp với tải trọng của cuộn dây bay hơi nó phục vụ và cài đặt một TXV cho mỗi thiết bị phân phối. Để biết công suất cuộn dây lớn hơn, hãy tham khảo mạch trong AHU và tổng tải trọng AHU để xác định số tải trọng, số lượng của TXV. Số lượng TXV được liệt kê ở đây dựa trên giả định rằng thiết bị bay hơi có các mạng tương tự như RAUP.
Lưa chọn TXV cho khớp với AHU, nên chủ yếu dựa trên năng lực của hệ thống cuối cùng.
Điều quan trọng là các chu trình RAUP là bằng hoặc nhỏ hơn các mạch AHU.
Thông tin hiệu suất cuộn DX (direct expansion)
Có thể chọn cuộn dây bay hơi mở rộng trực tiếp (DX) bằng chương trình CLCP DX TOPSS.
Để chọn cuộn DX, bạn nhập công suất làm mát hoặc nhiệt độ không khí cho phép và nhiêt độ hút bão hòa saturated suction temperature (SST)
Các SST lên đến 50 độ F có thể được chấp nhận đối với một số ứng dụng nhất định nhưng việc kiểm soát độ ẩm trở nên khó khăn ở các SST cao hơn này. Tương tự như vậy, thiết kế các SST dưới 24 độ F, SST có thể dẫn đến việc tích tụ bằng trên thiết bị bay hơi trong thời gian giảm tải và nên tránh trừ khi các quy định được thực hiện cho rã đông cuộn định kỳ.
Hệ thống SST tối đa được khiến nghị là 48 độ F để giảm rủi ro áp suất cao.
Xem thêm>>> Điều hòa âm trần nối ống gió Trane