Przewodnik po sprężarkach do klimatyzatorów i lodówek

The kompresor do klimatyzatora i lodówki systemy to pojedynczy element określający zużycie energii, wydajność chłodniczą, kompatybilność z czynnikiem chłodniczym i długoterminową niezawodność. Każdy inny element obwodu chłodniczego — skraplacz, parownik i zawór rozprężny — działa na suficie, na którym znajduje się sprężarka. Nieprawidłowy wybór kosztuje od 20 do 40% więcej energii operacyjnej w całym okresie użytkowania urządzenia. W tym przewodniku omówiono testy porównawcze wydajności, dopasowywanie wydajności, diagnostykę usterek i dobór czynników chłodniczych do zastosowań mieszkaniowych i małych obiektów komercyjnych.

COP 4,5

Szczytowy współczynnik wydajności w najwyższej klasy sprężarkach spiralnych z inwerterem

70%

awarii sprężarek można powiązać z jedną, możliwą do uniknięcia przyczyną pierwotną

R-32 / R-410A

dominujące nowoczesne czynniki chłodnicze wymagające kompatybilności ze specyficznymi sprężarkami

Która sprężarka zapewnia wyższą wydajność

Sprawność sprężarki mierzy się współczynnikiem wydajności (COP) — stosunkiem mocy chłodniczej w watach do poboru mocy elektrycznej w watach. Współczynnik COP wynoszący 3,5 oznacza, że sprężarka zapewnia 3,5 kW chłodzenia na każdy 1 kW zużyty. Typ sprężarki określa pułap COP osiągalny w danych warunkach pracy.

Typ sprężarki	Typowy zakres COP	Kontrola prędkości	Najlepsza aplikacja	Poziom hałasu
Przewijanie falownika	3,8 – 5,2	Zmienna (20 – 120 Hz)	Split AC, systemy VRF	42 – 52 dB
Obrotowy o stałej prędkości	2,8 – 3,6	Naprawiono (50/60 Hz)	Okno AC, małe podziały	48 – 58 dB
Falownik obrotowy	3,4 – 4,6	Zmienna (15 – 100 Hz)	Splity średniej klasy, urządzenia przenośne	44 – 54 dB
Ruch posuwisto-zwrotny (tłok)	2.4 – 3.2	Naprawiono	Lodówki, małe chillery	52 – 64 dB
Liniowy (lodówka)	3,0 – 4,0	Zmienna (silnik liniowy)	Wysokiej klasy lodówki domowe	25 – 38 dB

Inwerterowe sprężarki spiralne przodują we wszystkich typach pod względem wydajności, ponieważ geometria spirali eliminuje posuwisto-zwrotne straty masy i nieszczelności zaworów, które ograniczają konstrukcję tłoków. Przy częściowym obciążeniu – które stanowi od 70 do 85% rzeczywistego czasu pracy większości mieszkaniowych jednostek prądu przemiennego – sprężarka inwerterowa pracująca z częstotliwością 40 Hz zużywa od 35 do 50% mniej energii niż jednostka o stałej prędkości, która włącza się i wyłącza w celu utrzymania tej samej średniej temperatury.

Praca ze stałą prędkością

Sprężarka pracuje ze 100% wydajnością lub całkowicie się zatrzymuje. Włącza się i wyłącza od 4 do 8 razy na godzinę przy częściowym obciążeniu. Każdy rozruch pobiera od 3 do 5 razy większy prąd roboczy przez 0,5 do 2 sekund, generując ciepło, naprężenia łożysk i mierzalne skoki energii w każdym cyklu.

35% średniej energii w porównaniu z odpowiednikiem falownika

Działanie falownika

Sprężarka moduluje prędkość w sposób ciągły w zakresie od 20 do 120 Hz, aby dopasować się do zapotrzebowania na chłodzenie w czasie rzeczywistym. Całkowicie eliminuje cykle start-stop podczas normalnej pracy. Utrzymuje ustawioną temperaturę w zakresie ±0,5°C w porównaniu z ±2 do 3°C w przypadku jednostek o stałej prędkości.

Przewaga COP utrzymana w pełnym zakresie operacyjnym

Jak wybrać wydajność sprężarki

Wydajność sprężarki wyrażana jest w BTU/h (brytyjskich jednostkach cieplnych na godzinę) lub watach mocy chłodniczej. Prawidłowe dopasowanie wydajności nie polega na zakupie największej dostępnej jednostki — zarówno zbyt mała, jak i zbyt duża wielkość powodują mierzalne awarie systemu w ciągu 2 do 5 lat od instalacji.

Zasada rozmiaru

W przypadku klimatyzacji w budynkach mieszkalnych standardowe szacunkowe obciążenie wynosi od 600 do 700 BTU/h na metr kwadratowy klimatyzowanej przestrzeni w dobrze izolowanym pomieszczeniu. Dodaj 15% w przypadku dużego nasłonecznienia, 10% w przypadku sufitów o wysokości powyżej 2,8 m i 20% w przypadku sąsiadujących kuchni komercyjnych. Nigdy nie zaokrąglaj w górę o więcej niż jeden stopień wydajności nominalnej – przewymiarowana sprężarka powoduje destrukcyjne krótkie cykle.

Oblicz obciążenie cieplne pomieszczenia

Pomnóż powierzchnię podłogi (m²) przez 650 BTU/h jako wartość bazową. Dodaj obciążenie użytkowe — każda osoba wnosi około 400 BTU/h ciepła jawnego. Dodaj obciążenie urządzeń w kuchniach, serwerowniach lub pomieszczeniach komercyjnych: od 1000 do 3500 BTU/h na główne urządzenie lub szafę wytwarzającą ciepło.

Zastosuj współczynnik korekty klimatycznej

Projektowa temperatura otoczenia ma bezpośredni wpływ na pracę sprężarki. W przypadku temperatur otoczenia powyżej 38°C należy zmniejszyć wydajność znamionową o 8 do 12% — sprężarki są przystosowane do standardowych warunków AHRI przy temperaturze otoczenia 35°C, a wydajność w gorącym klimacie jest wymiernie niższa niż na tabliczce znamionowej. Producenci publikują tabele korekcyjne; użyj ich.

Dopasuj sprężarkę lodówki do objętości szafki

Sprężarki chłodnicze są dobierane według pojemności skokowej (cm3), a nie BTU. Lodówka do użytku domowego o pojemności 200 litrów zazwyczaj wymaga w standardowych warunkach sprężarki tłokowej o pojemności skokowej od 7 do 10 cm3. Komercyjne szafy o dużej pojemności (400 do 600 litrów) wymagają pojemności skokowej od 12 do 18 cm3, często z dwustopniowym lub równoległym układem sprężarek zapewniającym stabilność temperatury.

Sprawdź dopasowanie ciśnienia w systemie

Każda sprężarka jest przystosowana do określonego zakresu ciśnienia ssania i tłoczenia dostosowanego do docelowego czynnika chłodniczego. Zainstalowanie sprężarki z czynnikiem R-410A w układzie wypełnionym R-22 powoduje powstanie ciśnienia ssania o 30–40% niższego niż projektowane, co powoduje ciągłą pracę sprężarki bez osiągnięcia wartości zadanej – jest to stan awaryjny, w wyniku którego uzwojenia silnika ulegają zniszczeniu w ciągu 800–1200 godzin pracy.

Co powoduje awarię sprężarki

Awaria sprężarki stanowi od 55 do 65% całkowitych kosztów wymiany systemu HVAC. Sam komponent rzadko ulega awariom na skutek przypadkowego zmęczenia materiału — w 70% udokumentowanych awarii bezpośrednią przyczyną jest konkretny błąd operacyjny lub instalacyjny, który występował od pierwszego dnia eksploatacji.

Płynne zamulanie

Ciekły czynnik chłodniczy lub olej dostaje się do komory sprężania. Ciecze są nieściśliwe — uderzenie ślimaka powoduje wygięcie korbowodów, pęknięcie płytek zaworowych i zniszczenie łożysk w jednym przypadku. Spowodowane nadmiernym naładowaniem czynnikiem chłodniczym, awarią urządzenia dozującego lub szybkim wyrównaniem ciśnienia podczas ponownego uruchomienia.

28% niepowodzeń

Nieodpowiednie smarowanie

Brak oleju na skutek niskiego ładunku, zablokowane przewody powrotne oleju lub niewłaściwa lepkość oleju w stosunku do typu czynnika chłodniczego. Suche powierzchnie łożysk generują ciepło, które niszczy izolację uzwojenia silnika, powodując awarię elektryczną, która wydaje się niezwiązana z pierwotną przyczyną smarowania.

22% niepowodzeń

Przeciążenie elektryczne

Długotrwałe warunki wysokiego napięcia powyżej 110% tabliczki znamionowej, warunki niskiego napięcia poniżej 90% lub jednofazowe w jednostkach trójfazowych. Uzwojenia silnika przepalają się z powodu przetężenia; powstałe zwęglone zanieczyszczenia zanieczyszczają obieg czynnika chłodniczego i wymagają pełnego przepłukania układu przed wymianą sprężarki.

18% niepowodzeń

Wysoka temperatura tłoczenia

Temperatury gazów wylotowych powyżej 135°C rozkładają olej sprężarkowy na lakier węglowy i kwasy. Spowodowane wysokim stopniem sprężania (niskie ciśnienie ssania, wysokie ciśnienie skraplania), niedoborem czynnika chłodniczego lub zablokowanym przepływem powietrza w skraplaczu, zmniejszającym zdolność odprowadzania ciepła o 20 do 40%.

13% niepowodzeń

Zanieczyszczenie czynnika chłodniczego

Wilgoć, substancje nieskraplające się (powietrze, azot) lub niekompatybilne mieszaniny czynników chłodniczych w systemie. Wilgoć reaguje z czynnikiem chłodniczym i olejem, tworząc kwas fluorowodorowy, który stopniowo atakuje gniazda zaworów, uzwojenia silnika i powierzchnie łożysk w ciągu 6 do 18 miesięcy, zanim wywoła mierzalne objawy.

9% niepowodzeń

Priorytet zapobiegania

Zamontuj akumulator w linii ssawnej we wszystkich układach typu split w budynkach mieszkalnych oraz grzałkę karteru w każdym urządzeniu narażonym na działanie temperatur otoczenia poniżej 10°C. Te dwa elementy, kosztujące poniżej 5% wartości wymiany sprężarki, zapobiegają zatykaniu się cieczy i migracji oleju – czyli łącznie dwóm największym kategoriom awarii.

Która sprężarka pasuje do każdego czynnika chłodniczego

Zgodność czynnika chłodniczego i sprężarki jest twardym ograniczeniem inżynieryjnym, a nie preferencją. Każdy czynnik chłodniczy działa w określonej zależności ciśnienie-temperatura, która określa wymaganą pojemność sprężarki, rodzaj oleju, klasę izolacji silnika i materiał uszczelniający. Niedopasowanie któregokolwiek z tych parametrów powoduje awarię systemu w ciągu kilku miesięcy.

Czynnik chłodniczy	GWP	Ciśnienie robocze	Kompatybilny olej kompresorowy	Zalecany typ sprężarki
R-410A	2088	Wysokie (24 – 28 barów)	PO (poliester)	Przewijak, obrotowy — wysokociśnieniowy
R-32	675	Wysokie (25 – 30 barów)	POE (niska lepkość)	Przewijanie falownika, obracanie falownika
R-22 (starsza wersja)	1810	Średnie (8 – 18 barów)	Olej mineralny lub alkilobenzen	Ruch posuwisto-zwrotny, przewiń
R-134a	1430	Średnie (6 – 16 barów)	POE	Tłokowe — lodówki, motoryzacja
R-290 (propan)	3	Niskie – Średnie (6 – 14 barów)	PAG lub POE (klasa HC)	Hermetyczne tłokowe — lodówki
R-600a (izobutan)	3	Niskie (3 – 8 barów)	Olej mineralny (kompatybilny z HC)	Liniowe lub hermetyczne, tłokowe

Przejście z R-410A na R-32 jako dominujący czynnik chłodniczy AC – spowodowane o 68% niższym potencjałem tworzenia efektu cieplarnianego R-32 – wymaga sprężarek o wyższej tolerancji temperatury tłoczenia. Temperatury tłoczenia R-32 są od 10 do 15°C wyższe niż R-410A w równoważnych warunkach, co wymaga izolacji uzwojenia silnika klasy F (155°C) lub wyższej oraz oleju sprężarkowego opracowanego dla środowiska o podwyższonych temperaturach.

Krytyczne ostrzeżenie dotyczące zgodności

Nigdy nie wyposażaj układu R-410A w sprężarkę R-32 bez wymiany wszystkich uszczelek, sprawdzenia uzwojeń silnika i pełnego przepłukania układu olejem. R-32 w warunkach pracy pod wysokim ciśnieniem atakuje uszczelki z gumy NBR (nitrylowej) przystosowane do pracy z R-410A, tworząc ścieżki wycieku czynnika chłodniczego w ciągu 6 do 18 miesięcy pracy z mieszanym czynnikiem chłodniczym.

Klimatyzator

W przypadku nowych instalacji mieszkaniowych należy nadać priorytet przewijaniu falownika z kompatybilnością z R-32 lub R-410A. Sprawdź, czy objętość napełnienia olejem POE jest zgodna ze specyfikacją producenta sprężarki — a nie ogólnymi tabelami objętości systemu.

Lodówka

W przypadku urządzeń gospodarstwa domowego hermetyczne sprężarki tłokowe lub liniowe R-600a zapewniają najniższy poziom hałasu i energii. Komercyjne urządzenia chłodnicze na R-134a lub R-290 wymagają hermetycznych sprężarek tłokowych o dopasowanej pojemności skokowej i podzespołów wewnętrznych o klasie HC.