Reklama
 
 
 
Większa moc, mniej materiału i bakterii Wpływ rur miedzianych o małej średnicy ze żłobieniami wewnętrznymi przy stosowaniu z wymiennikami ciepła do alternatywnych czynników chłodniczych
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 09.07.2016

W przypadku alternatywnych naturalnych lub syntetycznych czynników chłodniczych stosuje się szczególne wymogi dotyczące budowy wymienników ciepła i ich rur miedzianych. Jeśli zostaną one spełnione, zapewniona zostaje nie tylko większa wydajność wymiany ciepła, ale też potrzebna jest mniejsza całkowita ilość chłodziwa.

 

 

 

Chlorofluorowęglowodory (HFC i HCFC) przez wiele lat były bardzo atrakcyjne jako chłodziwo ze względu na niską toksyczność i trudną zapalność. Niestety chlor znajdujący się w górnej warstwie atmosfery jest bardzo trwały i katalizuje tam przekształcanie ozonu w tlen. Związki HFC i HCFC mają tym samym wysoki potencjał redukcji ozonu (ODP), dlatego substancje te stosuje się coraz rzadziej i są one zastępowane przez alternatywne produkty. 

 

Wiele związków HFC ma dodatkowo bardzo wysoki potencjał tworzenia gazów cieplarnianych (GWP). Dlatego pożądane jest stopniowe wycofywanie z rynku także tych produktów. Związek R410A będący fluorowęglowodorem (HFC), rozpoznawalnym po zabarwionym na różowo cylindrze, jest ciągle jeszcze szeroko stosowany w klimatyzacji, chociaż jego potencjał tworzenia gazów cieplarnianych (GWP) jest bardzo wysoki.

 

Naturalne chłodziwa, takie jak propan (R290) i CO2 (R744), mają potencjał redukcji ozonu (ODP) wynoszący zero i bliski zeru potencjał tworzenia gazów cieplarnianych (GWP). Inne nowe produkty zawierają syntetyczne chłodziwa, takie jak nowe hydrofluoroolefiny (HFO), R32 (HFC z umiarkowanym GWP) i mieszaniny HFO i R32.

 

 

2016 06 62 1

Rys. 1. Rury miedziane o małej średnicy ze żłobieniem wewnętrznym

 

 

Chociaż związek R32 należy do grupy HFC, jego potencjał GWP wynosi tylko 675, co stanowi mniej niż jedną trzecią potencjału GWP związku R410A wynoszącego 2 088. Dlatego R32 i mieszaniny R32 z HFO są możliwym zamiennikiem dla R410A i innych chłodziw. R410A to mieszanka R32 i R125. Te substancje są znane pod nazwami chemicznymi difl uorometan (CH2F2) i pentafluorochloroetan (CHF2CF3).

 

Niezależnie od tego, czy dotyczy to chłodziw naturalnych czy syntetycznych, w przypadku alternatywnych chłodziw konieczne jest określanie bardziej surowych kryteriów dotyczących budowy wymienników ciepła, niż w przypadku chłodziw standardowych. W celu zapewnienia wyższej wydajności wymiany ciepła konieczne może być zastosowanie wymienników o nowych kształtach. Wymienniki ciepła musi charakteryzować wysoka wydajność i mniejsza wymagana ilość chłodziwa lub możliwość pracy przy wyższym ciśnieniu i wyższej temperaturze. Oprócz tego ważne jest, aby unikać korozji i nieszczelności. Wymogi mogą być jednak różne w zależności od zastosowanego w aplikacji chłodziwa.

 

Dzisiaj dostępne są różne nowe technologie dla wymienników ciepła z rurami miedzianymi, które są odpowiednie do zmiany na alternatywne czynniki chłodnicze w klimatyzatorach i systemach techniki chłodniczej. Nowe konstrukcje wymienników ciepła są w pełni kompatybilne z nowymi chłodziwami. Wymagają mniej chłodziwa, pracują z wyższym ciśnieniem, są bardziej efektywne energetycznie i bardziej odporne na porażenie grzybem. Wszystkie te czynniki prowadzą do polepszonej wartości wskaźnika Life Cycle Climate Performance (LCCP odnoszący się do oddziaływania na klimat w czasie życia urządzenia – emisja ekwiwalentów CO2). Należy podkreślić, iż współczynnik środowiskowy LCCP w ostatnim czasie ma coraz większe znaczenie w różnych audytach i analizach.

 

Do przedstawionych tutaj nowoczesnych rozwiązań związanych z budową wymienników ciepła na bazie miedzi zaliczają się żłobione wewnętrznie przewody rurowe o małej grubości ścianki i małych średnicach zewnętrznych o wysokiej odporności wykonane ze stopów miedzi i stworzone z myślą o stosowaniu chłodziw wysokociśnieniowych, takich jak CO2 (R744).

 

 

Małe średnice rur w celu zapewnienia lepszego transportu ciepła

 

Standardowe metody produkcyjne w branży HVACR powinny być zmodyfikowane w celu zastosowania rur miedzianych z mniejszą średnicą, co prowadzi do znaczącego polepszenia transferu ciepła. Aby możliwa była redukcja ilości chłodziwa, często stosuje się średnicę zewnętrzną 7 mm, 6,25 mm i 5 mm; spotykane są też średnice do 4 mm. Grubość ścianki rur wynosi od 0,26 mm do 0,21 mm.

 

Wyższa wytrzymałość, mniejsza grubość ścianek i żłobienia wewnętrzne umożliwiają wprowadzenie wymienników ciepła o mniejszych wymiarach. Ponadto często są one bardziej efektywne i bardziej ekonomiczne niż mikrokanałowe aluminiowe wymienniki ciepła (MCHE) i potrzebują mniej chłodziwa.

 

Rowki lub żłobienia na powierzchni wewnętrznej rury miedzianej prowadzą do lepszego przewodzenia ciepła w rurach miedzianych z małymi średnicami. Żłobienia wewnętrzne polepszają proporcję powierzchni do objętości oraz zapewniają lepszy przepływ chłodziwa w kontakcie z wewnętrzną powierzchnią rury. Rezultatem jest bardziej efektywne połączenie przewodzenia ciepła i konwekcji. A zatem zastosowanie rur o małych średnicach ze żłobieniami wewnętrznymi umożliwia budowę znacznie mniejszych klimatyzatorów. Systemy są tym samym kompaktowe, energooszczędne i wysokosprawne. 

 

 

2016 06 63 1n

 

Rys. 2. Lokalne współczynniki przenikania ciepła dla rur miedzianych mających żłobienia wewnętrzne o średnicy 5 mm i 9,53 mm przy różnych przepływach masowych

 

 

Brak ograniczeń sprawności

 

Optymalizacja właściwości powierzchni wewnątrz rur może zwiększać całkowitą wymianę ciepła. Oferowane są różne geometrie żłobień wewnętrznych w celu optymalizacji z różnymi chłodziwami i w różnych warunkach zastosowania (Rysunek 1). Wymienniki ciepła ze średnicą rur od 7 mm do 4 mm występują z mniejszą ilością chłodziwa w porównaniu do standardowych wymienników ciepła ze standardową średnicą rury 9,52 mm. Są one porównywalne z wymiennikami ciepła o profi lu wielokanałowym (mikrokanałowe MCHE). Sprawność energetyczna urządzeń z nowymi chłodziwami i mniejszą średnicą rury jest porównywalna z tymi, które pracują ze standardowym chłodziwem i mają większą średnicę rury. Zastosowanie rur miedzianych o mniejszej średnicy umożliwia bezpieczną eksploatację klimatyzatorów, które są napełnione chłodziwem R 290 (propan), ponieważ potrzebują one tylko bardzo małej ilości chłodziwa. A dokładnie tego wymagają nowe regulacje prawne dotyczące zastosowania w klimatyzatorach w pomieszczeniach [1].

 

Rury miedziane o mniejszych średnicach ze żłobieniami wewnętrznymi polepszają wymianę ciepła w porównaniu do konwencjonalnych rur ze żłobieniami wewnętrznymi. Dzięki temu można zrezygnować z całej serii rur skraplacza, jeśli zastąpi się je bardziej efektywnymi rurami i zoptymalizuje przy tym kształt lameli. Poprawa wydajności oznacza także oszczędność materiału, zarówno przy zastosowaniach w technice chłodniczej, jak i w przypadku klimatyzatorów w budynkach mieszkalnych – wielkość urządzeń i potrzebna ilość chłodziwa są mniejsze, koszty surowcowe zostają zmniejszone.

 

Jak już wspomniano rury o małych średnicach muszą mieć wymaganą wytrzymałość, aby spełniać warunki robocze CO2. W porównaniu z wersjami wymienników MCHE instalacja systemu jest bardziej elastyczna, ponieważ specjalne planowanie obiegu zapobiega niewłaściwemu rozdzielaniu chłodziwa i nadmiernemu przewymiarowaniu w porównaniu do produktów standardowych [3].

 

 

Przegląd korzyści mających wpływ na wydajność



(...)

 

Wyższe ciśnienia robocze nie stanowią problemu

 

(...)

 

Porównanie chłodziw R32 i R410A

 

R32 to interesujące, alternatywny czynnik chłodniczy, ponieważ ciśnienie robocze i właściwości sprężania są porównywalne z parametrami R410A. Nie jest to zaskakujące, ponieważ R32 jest składnikiem R410A. R32 jest bardzo odpowiednim zastępczym chłodziwem, które (niezależnie od modyfi kacji sprężarki ze względu na wyższą temperaturę wyjściową) może być stosowane bez istotnych zmian systemowych. Utajone ciepło czynnika R32 jest o 43 do 50 procent wyższe niż utajone ciepło R410A. Odpowiednio do tego czynnik R32 ma wyższą wolumetryczną (objętościową) wydajność chłodzenia (13 procent) i wyższą efektywność (2 do 3 procent) niż R410A, pomimo o 28 procent niższego przepływu masowego[7].

 

 

2016 06 66 1n

Rys. 4. System split R 290: porównanie wydajności chłodzenia systemu standardowego i systemu zoptymalizowanego z rurą miedzianą 5 mm

 

 

Wyższa wydajność chłodnicza i sprawność czynnika R32 umożliwiają zmniejszenie wymaganej ilości chłodziwa w systemie o co najmniej 15 procent. Oprócz tego, efektywna wymiana ciepła, mniejsza gęstość pary i niższy przepływ masowy w systemie pracującym z chłodziwem R 32 mogą zmniejszać spadek ciśnienia o ok. 50 procent. Powyższe fakty dowodzą, że wydajność chłodziwa R32 (podobnie jak mieszanin R32 i HFO) w systemach kompaktowych z mniejszą średnicą rur miedzianych może zostać zoptymalizowana. Czynnik R32 wpisuje się w tendencję do wprowadzania systemów wymagających mniejszych ilości czyn- nika chłodniczego i charakteryzujących się bardziej kompaktowymi wymiarami, dzięki czemu stopniowo zwiększony zostaje stopień redukcji potencjału tworzenia gazów cieplarnianych (GWP), a także zmniejsza się ryzyko zapalności A2L.

 

Podobnej mocy systemy pracujące z chłodziwami R32 i R410A zostały poddane porównaniu teoretycznemu. Badanie to wykazało, że średnice rur wymienników ciepła i rur przyłączeniowych przy zmianie z R410A na R32 można zredukować o 30 procent bez konieczności ograniczania wydajności. Ta zmiana umożliwia zastosowanie małych średnic rur miedzianych (5 do 7 mm). Wielkość jednostki wewnętrznej pracującej z czynnikiem R32 można zmniejszyć w porównaniu z jednostką pracującą z chłodziwem R410 A lub R22 od 5 do 15 procent [8].

 

 

Do zalet zastosowania rur miedzianych ze żłobieniami wewnętrznymi o mniejszych średnicach możemy zaliczyć:

  • mniej materiału rurowego i lamelowego oraz mniejsze użycie chłodziwa przyczyniają się do zmniejszenia całkowitych kosztów systemu. Zastosowanie rur miedzianych z mniejszą średnicą prowadzi do polepszonej sprawności energetycznej, do bardziej kompaktowych wymiarów jednostek i niższych kosztów materiałowych całego systemu [5]. Przy zmianie ze standardowych rur 9,52 mm na rury 5 mm ze żłobieniami wewnętrznymi różnica może być znacząca;
  • zmniejszenie masy rury o 40 do 50 procent;
  • zmniejszenie masy lameli o 40 do 50 procent;
  • zmniejszenie objętości wewnętrznej o co najmniej 50 procent i odpowiednio mniejsza ilość czynnika chłodniczego;
  • redukcja wymaganej grubości ścianki o 50 procent przy jednoczesnym spełnieniu wymogów w zakresie odporności na ściskanie;
  • zwiększenie współczynnika przenikania ciepła o co najmniej 20 procent i tym samym wyższa wymiana ciepła;
  • o 40 procent niższe koszty wymiennika ciepła.

 

 

 

Programy optymalizacji wymiarów

 

(...)

 

Przeciwbakteryjne lamele miedziane

 

(...)

 

Wnioski

 

Nowe, oparte na miedzi wymienniki ciepła umożliwiają płynne przechodzenie na alternatywne chłodziwa w pompach cieplnych przeznaczonych do budynków mieszkalnych i komercyjnych, w przypadku klimatyzatorów oraz komercyjnych systemów techniki cieplnej. Całkowita wydajność wymiany ciepła może zostać polepszona przez rury ze żłobieniami wewnętrznymi o małej średnicy – oprócz tego występują dodatkowe pozytywne efekty wynikające z optymalizacji powierzchni wewnętrznych i redukcję średnicy rury.

 

Przy zastosowaniu alternatywnych chłodziw, takich jak R290 i R744, wymagana ilość chłodziwa jest mniejsza, a kompaktowa konstrukcja wymienników ciepła z mniejszymi średnicami rur miedzianych zmniejsza koszty i polepsza wydajność. Wysoko wydajne rury ze stopów miedzi (CuFe2P) z małą średnicą rury, które są zintegrowane w kompaktowe wymienniki ciepła, mogą utrzymywać wyższe ciśnienie i w prostszy sposób spełniają wymogi kompaktowych zastosowań techniki chłodniczej R744.

 

Wymienniki ciepła z miedzi mają właściwości przeciwbakteryjne. Redukcja efektywności energetycznej, która powstaje przy dotychczasowych instalacjach w trakcie ich okresu użytkowania przez grzyb, jest mniejsza. Uniknięcie tej straty sprawności może polepszyć wartość parametru Life Cycle Climate Performance (LCCP).

 

 

Yoram SHABTAY
Prezes Heat Transfer Technologies LLC,
Prospect Heights, Illinois / USA

 

Nigel COTTON
Dyrektor projektu
w European Copper Institute (ECI), Bruksela

 

 

 

LITERATURA:

[1] DING G., REN T., WU W., ZHENG R., GAO Y., SONG J., LIU Z., CHEN S.: Developing Low Charge R 290 Room Air Conditioner by Using Smaller Diameter Copper Tubes, 10th IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural Refrigerants, Delft, The Netherlands, No. 183, 2012.

[2] www.heattransfertechnologies.com, www. copperalliance.eu

[3] WU W., DING G., ZHENG Y., GAO Y., SONG J.: Principle of Designing Fin-and-tube Heat Exchanger with Smaller Diameter Tubes for Air Conditioner, International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue University, Paper 2223, July 16–19, 2012.

[4] HOLLAND M.: High Effi ciency MicroGroove Coils for Commercial & Industrial Applications, MicroGroove Technology for Commercial Systems seminar, Copper Alliance, ASHRAE Convention, Dallas TX, January 29, 2013.

[5] HIPCHEN J., WEED R., ZHANG M., and NASUTA D.: Simulation-Based Comparison of Optimized AC Coils Using Small Diameter copper and Aluminum Microchannel Tubes, International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, No. 2464, July 16–19, 2012.

[6] PHAM H., RAJENDRAN R.: R 32 and HFOs as Low-GWP Refrigerants for Air Conditioning, Paper 2262, International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue University, July 11–16, International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue University, July 11–16, 2012.

[7] DIERYCKX M.: Next Generation Refrigerants – A Daikin Perspective, 2nd Regional Symposium, Alternative Refrigerants for Air-Conditioning Industry in High-Ambient Temperature Countries; the Way Forward, October 17, 2012.

[8] CoilDesigner, Center for Environmental Energy Engineering (CEEE). For information on CoilDesigner, visit www.ceee.umd.edu

[9] ZHENG W., WEED R., HIPCHEN J.: Developing Low-Charge R 290 Room Air Conditioners by Using Small Diameter Copper Tubes, prepublication manuscript, Copper Development Association, 2014.

[10] CHARACKLIS W.: Microbial fouling. In: Characklis, W., Marshall, K. (eds) Biofi lms. Wiley, New York, pp 523–584, 1990.

[11] ROSE L., SIMMONS R., CROW S., AHEARN D.: Volatile organic compounds associated with microbial growth in automobile air conditioning systems. Current Microbiology 41: 206–209, 2000.

[12] SCHMIDT M.: Characterization and Control of the Microbial Community Affi liated with Copper or Aluminum Heat Exchangers or HVAC Systems, Current Microbiology, 2012, DOI 10.10007/ s00284-012-0137-0.

[13] WEAVER L., MICHELS H., KEEVIL C.: Potential for Preventing Spread of Fungi in Airconditioning Systems Constructed Using Copper Instead of Aluminium, Letters in Applied Microbiology, Vol. 50: 18–23, 2010.

[14] Environmental Protection Agency, Offi ce of Pesticide Programs, Antimicrobial Division, February 29, 2008, Notice of Pesticide Registration #82012–1.

[15] DING G.: Comparative Study of the Long-Term Performance of Copper and Aluminum Fin-and- Tube Heat Exchangers, 2007, Report V to International Copper Association Environmental Protection Agency, Offi ce of Pesticide Programs, Antimicrobial Division, February 29, 2008, Notice of Pesticide Registration #82012–1.

[16] ZHANG M., MUEHLBAUER J.: Life Cycle Climate Performance Model for Residential Heat Pump Systems, 2012, International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue University, Paper 2479, July 16–19.

 

PODOBNE ARTYKUŁY:

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.