Što kompresor radi u rashladnom sustavu?

Kompresor je srce svakog rashladnog sustava. Njegova primarna zadaća je da komprimirati pare rashladnog sredstva pod niskim pritiskom u pare visokog pritiska i visoke temperature , koji zatim teče u kondenzacijska jedinica gdje se toplina odbija u okolinu. Bez kompresora koji radi, cijeli ciklus hlađenja se zaustavlja — nema hlađenja, nema prijenosa topline, nema kontrole temperature.

U praktičnom smislu, kompresor djeluje kao pumpa koja održava cirkuliranje rashladnog sredstva kroz sustav. On uzima paru niskog tlaka koja se vraća iz isparivača, značajno podiže njezin tlak i temperaturu i gura je prema zavojnici kondenzatora unutar kondenzacijske jedinice. Ova razlika tlaka je ono što pokreće kretanje rashladnog sredstva i omogućuje kontinuirano funkcioniranje cijelog termodinamičkog ciklusa.

Kako se kompresor uklapa u puni ciklus hlađenja

Hlađenje radi na ciklusu kompresije pare koji uključuje četiri ključne komponente: kompresor, kondenzator, ekspanzijski ventil i isparivač. Svaki ima posebnu ulogu, ali kompresor pokreće i održava ciklus stvaranjem razlike tlaka o kojoj ovisi sve ostalo.

Evo kako ciklus teče korak po korak:

1. Rashladno sredstvo ulazi u isparivač kao niskotlačna tekućina i apsorbira toplinu iz rashlađenog prostora, isparavajući u paru.
2. Ova niskotlačna para putuje do kompresora, koji je komprimira — dramatično podižući i tlak i temperaturu.
3. Visokotlačna, vruća para ulazi u kondenzacijsku jedinicu, gdje zavojnica kondenzatora i ventilator odbacuju toplinu u vanjski zrak, uzrokujući kondenzaciju rashladnog sredstva natrag u tekućinu.
4. Visokotlačna tekućina prolazi kroz ekspanzijski ventil, padajući u tlaku i temperaturi prije ponovnog ulaska u isparivač.

Kompresor je jedina komponenta u ovoj petlji koja dodaje energiju rashladnom sredstvu. Svaki drugi stupanj ili pasivno prenosi toplinu ili koristi mehaniku tlaka. Zbog toga učinkovitost kompresora izravno određuje ukupnu potrošnju energije cijelog sustava.

Što kompresor zapravo čini rashladnom sredstvu

Kada para rashladnog sredstva uđe u kompresor pod usisnim tlakom — obično između 10 PSI i 70 PSI ovisno o vrsti rashladnog sredstva i primjeni — kompresor mehanički smanjuje volumen te pare. Prema zakonima o plinu, smanjenje volumena uz održavanje konstantne mase povećava tlak. Kompresor podiže tlak pražnjenja na bilo koje mjesto 100 PSI do preko 400 PSI u primjenama na visokim temperaturama.

Zajedno s tlakom, temperatura naglo raste. Pare rashladnog sredstva koje ulaze u kompresor na možda 20°F (–7°C) mogu izaći na izlaznim temperaturama višim od 150°F (65°C) ili višim. Ova vruća para pod tlakom upravo je ono što kondenzacijska jedinica treba za učinkovito ispuštanje topline u okolni zrak.

Zbog toga je odnos između kompresora i kondenzacijske jedinice neodvojiv. Kondenzacijska jedinica — u kojoj se nalaze kompresor, zavojnica kondenzatora, ventilator kondenzatora i povezane kontrole — oslanja se na kompresor za isporuku rashladnog sredstva pod pravim tlakom i temperaturom za učinkovitu kondenzaciju.

Vrste kompresora koji se koriste u rashladnim sustavima

Ne rade svi kompresori na isti način. Tip koji se koristi u kondenzacijskoj jedinici značajno utječe na performanse, razinu buke, zahtjeve održavanja i prikladnost primjene.

Klipni kompresori

Oni koriste klipove koje pokreće radilica za komprimiranje rashladnog sredstva. Oni su vrlo svestrani, rade sa širokim rasponom tlakova i rashladnih sredstava. Uobičajeno u komercijalnim rashladnim kondenzacijskim jedinicama od 1 KS do 15 KS , klipni kompresori su izdržljivi, ali mogu biti bučni i zahtijevaju periodično održavanje ventila.

Spiralni kompresori

Spiralni kompresori koriste dva spojena spiralna spirala za komprimiranje rashladnog sredstva. Jedan svitak ostaje nepomičan dok drugi kruži, progresivno smanjujući volumen plina. Oni su tiši, učinkovitiji i imaju manje pokretnih dijelova od klipnih tipova. Većina modernih stambenih i lakih komercijalnih kondenzacijskih jedinica koristi spiralne kompresore. Ocjene učinkovitosti (EER) za sustave temeljene na pomicanju često su 10-15% više nego ekvivalentni recipročni modeli.

Rotacijski kompresori

Rotacijski kompresori koriste kotrljajući klip unutar cilindra za komprimiranje rashladnog sredstva. Kompaktni su, lagani i obično se nalaze u malim rashladnim jedinicama i prozorskim klima uređajima. Njihov jednostavan dizajn rezultira niskim vibracijama i tihim radom, iako su najprikladniji za aplikacije manjeg kapaciteta 2 HP .

Vijčani kompresori

Vijčani kompresori koriste dvostruke spiralne rotore za kontinuirano komprimiranje rashladnog sredstva. Dizajnirani su za velike komercijalne i industrijske rashladne primjene, obično u rasponu od 20 HP do nekoliko stotina HP . Vijčani kompresori koji se nalaze u velikim kondenzacijskim jedinicama koje se koriste u skladištima hladnjača, postrojenjima za preradu hrane i industrijskim rashladnim uređajima, daju dosljednu izvedbu i lako se mogu prilagoditi kapacitetu.

Centrifugalnini kompresori

Korišteni u vrlo velikim rashladnim sustavima, centrifugalni kompresori oslanjaju se na rotirajuće rotore velike brzine za ubrzavanje pare rashladnog sredstva i pretvaranje brzine u tlak. Najučinkovitiji su pri velikim opterećenjima i obično se koriste u sustavima koji prekoračuju 200 tona kapaciteta hlađenja .

Uloga kompresora unutar kondenzacijske jedinice

Kondenzacijska jedinica je samostalni sklop koji obično uključuje kompresor, zavojnicu kondenzatora, motor ventilatora kondenzatora, lopaticu ventilatora, vodove rashladnog sredstva, električne kontrole i zaštitni ormarić. Kompresor je montiran unutar ove jedinice - obično u podnožju - i komponenta je koja troši najviše električne energije.

U standardnoj kondenzacijskoj jedinici hlađenoj zrakom, kompresor stvara tlak u rashladnom sredstvu i šalje ga izravno u zavojnicu kondenzatora, koja je postavljena tako da ventilator kondenzatora može uvlačiti ili gurati zrak iz okoline preko nje. Učinkovitost odbijanja topline na zavojnici kondenzatora izravno ovisi o kompresoru koji isporučuje rashladno sredstvo pri ispravnom tlaku pražnjenja.

Ako kompresor ne radi bolje - zbog istrošenih ploča ventila, curenja rashladnog sredstva ili električnih kvarova - kondenzacijska jedinica u cjelini gubi sposobnost adekvatnog odbijanja topline. To uzrokuje porast temperature zasićene kondenzacije sustava, povećavajući tlak glave, smanjujući učinkovitost i na kraju dovodeći do blokade sustava na sigurnosnim kontrolama visokog tlaka.

Kompresor čini otprilike 70-90% ukupne električne energije koju troši kondenzacijska jedinica tijekom normalnog rada. To ga čini najvažnijom komponentom za održavanje i zaštitu.

Kako performanse kompresora utječu na učinkovitost sustava

Učinkovitost kompresora mjeri se koeficijentom učinka (COP) i omjerom energetske učinkovitosti (EER). Viši COP znači veći učinak hlađenja po jedinici potrošene električne energije. Moderni visokoučinkoviti spiralni kompresori koji se koriste u komercijalnim kondenzacijskim jedinicama mogu postići COP od 3,5 do 5,0 , što znači da isporučuju 3,5 do 5 jedinica rashladne energije za svaku 1 jedinicu unesene električne energije.

Nekoliko čimbenika utječe na to koliko učinkovito kompresor obavlja svoj posao:

• Omjer kompresije: Omjer tlaka ispuštanja i tlaka usisavanja. Veći omjeri znače da kompresor radi jače, trošeći više energije. Održavanje niske temperature kondenzacije (održavanjem čistih zavojnica kondenzatora) smanjuje omjer kompresije i poboljšava učinkovitost.
• Usisno pregrijavanje: Rashladno sredstvo koje ulazi u kompresor treba biti lagano pregrijano (5–10°F / 3–6°C iznad temperature zasićene pare) kako bi se spriječilo nakupljanje tekućine, koje može uništiti komponente ventila.
• Temperatura okoline: Kako vanjska temperatura raste, kondenzacijska jedinica mora raditi protiv više temperature okoline, povećavajući pritisak i smanjujući učinkovitost kompresora. Na temperaturi okoline od 95°F (35°C), tipična kondenzacijska jedinica može trošiti 15–25% više energije nego na 70°F (21°C).
• Punjenje rashladnog sredstva: Prenapunjen ili premalo napunjen sustav prisiljava kompresor da radi izvan projektiranog raspona tlaka, smanjujući učinkovitost i rizikujući mehanička oštećenja.
• Učinkovitost motora: Kompresori s promjenjivom brzinom (pogonjeni inverterom) mogu modulirati kapacitet od samo 20% do 100%, u skladu sa stvarnim zahtjevima opterećenja i izbjegavajući rasipanje energije na uključivanje/isključivanje.

Uobičajeni problemi s kompresorom i što oni znače za sustav

Kada kompresor razvije probleme, simptomi se često pojavljuju u cijelom rashladnom sustavu — ne samo na samom kompresoru. Razumijevanje ovih načina kvara pomaže u dijagnosticiranju problema prije nego što rezultiraju potpunim pregorevanjem kompresora, što je jedan od najskupljih popravaka u bilo kojoj kondenzacijskoj jedinici.

Kvar ventila

U klipnim kompresorima, usisni i ispusni ventili mogu puknuti ili se iskriviti zbog curenja tekućine ili starenja. Neispravan ventil smanjuje sposobnost kompresora da održi razliku tlaka, što rezultira nizak tlak pražnjenja i slaba sposobnost hlađenja unatoč tome što kompresor radi. Potrošnja struje obično pada ispod nazivne pločice.

Električni izgaranje

Do kvarova namota dolazi kada se izolacija motora pokvari zbog pregrijavanja, neravnoteže napona ili kontaminacije vlagom. Pregorjeli kompresor ispušta kiselinu u krug rashladnog sredstva, koja se mora ukloniti filtar-sušačima usisnog voda prije ugradnje zamjenskog. Električni izgaranje čini značajan dio kvarova kompresora - pokazuju industrijski podaci do 30–40% kvarova kompresora imaju električno podrijetlo.

Liquid Slugging

Ako tekuće rashladno sredstvo ili ulje uđu u kompresorsku komoru kompresora, ne mogu se komprimirati (tekućine se ne mogu stlačiti), a rezultirajući hidraulički udar može napuknuti klipove, savijati klipnjače ili oštetiti spiralne omote. To se događa kada je sustav prepunjen, ekspanzijski ventil se ne otvori ili se isparivač previše ohladi i rashladno sredstvo migrira natrag u kompresor tijekom ciklusa isključivanja.

Pregrijavanje

Kompresori se oslanjaju na povratnu paru rashladnog sredstva za odvođenje topline od namota motora. Ako je pregrijavanje usisnog voda previsoko — recimo, iznad 65°F (36°C) na ulazu kompresora — rashladno sredstvo nije dovoljno gusto da učinkovito hladi motor, što dovodi do pregrijavanja i eventualnog kvara namota. To je često posljedica premalih usisnih vodova, prekomjernog opterećenja sustava ili niske količine rashladnog sredstva.

Trošenje ležaja

Kompresori podmazani uljem ovise o pravilnoj cirkulaciji ulja kako bi ležajevi bili podmazani. Nisko punjenje rashladnog sredstva, migracija rashladnog sredstva koje razrjeđuje ulje ili pogrešan viskozitet ulja mogu dovesti do ubrzanog trošenja ležajeva. Rezultat je povećana mehanička buka (zvukovi kucanja ili škripanja iz kondenzacijske jedinice) i eventualno mehaničko zapriječenje.

Zaštita kompresora: postupci održavanja koji su važni

Budući da je kompresor i najkritičnija i obično najskuplja komponenta u kondenzacijskoj jedinici, njegova zaštita pravilnim održavanjem i upravljanjem sustavom je ključna. Sljedeći postupci izravno produljuju radni vijek kompresora.

• Održavajte zavojnice kondenzatora čistima: Prljave zavojnice u kondenzacijskoj jedinici podižu tlak, tjerajući kompresor da radi više. Zavojnice treba čistiti najmanje dvaput godišnje u komercijalnim primjenama, češće u prašnjavim okruženjima ili okruženjima s puno krhotina. A Porast temperature kondenzacije od 10°F (6°C) može smanjiti učinkovitost kompresora za 5–8% i skratiti vijek trajanja.
• Održavajte ispravno punjenje rashladnog sredstva: Provjerite i potvrdite punjenje rashladnog sredstva pomoću mjerenja pothlađivanja i pregrijavanja. Preniska cijena od samo 10% može smanjiti kapacitet sustava za 20% i uzrokovati pregrijavanje kompresora.
• Redovito kontrolirajte radne tlakove: Abnormalni tlakovi usisavanja ili ispuštanja rani su pokazatelji razvoja problema. Zabilježite pritiske tijekom svakog posjeta servisu i usporedite trendove tijekom vremena.
• Provjerite kvalitetu električne energije: Neravnoteža napona veća od 2% između faza u trofaznom kompresoru može uzrokovati neravnotežu struje do 10 puta više od tog postotka, značajno povećavajući zagrijavanje motora i skraćujući vijek trajanja izolacije namota.
• Ugradite grijače kućišta radilice: Za sustave izložene niskim temperaturama okoline, grijači kućišta radilice sprječavaju migraciju rashladnog sredstva u ulje kompresora tijekom ciklusa isključivanja, štiteći od nakupljanja tekućine pri pokretanju.
• Provjerite kondenzatore i kontaktore: Kondenzatori za pokretanje i rad izravno utječu na karakteristike pokretanja i rada motora kompresora. Slabi kondenzatori uzrokuju teško pokretanje koje opterećuje namote kompresora. Kontaktore treba pregledati na rupičastu pojavu i zamijeniti ih prije nego što uzrokuju povremene probleme s povezivanjem.

Dimenzioniranje kompresora i usklađivanje s kondenzacijskom jedinicom

Odabir odgovarajuće veličine kompresora jedna je od najvažnijih odluka u dizajnu rashladnog sustava. Prevelik kompresor ima kratke cikluse — prečesto se uključuje i isključuje — što uzrokuje promjene temperature, prekomjerno trošenje i neučinkovit rad. Premali kompresor radi neprekidno, ne može postići zadanu temperaturu i radi na povišenim temperaturama pražnjenja koje mu skraćuju vijek trajanja.

Veličina kompresora izražava se u konjskim snagama (HP) ili tonama rashladnog (TR), gdje 1 tona rashladnog sredstva iznosi 12 000 BTU/h rashladnog kapaciteta . Pravilno dimenzioniranje zahtijeva izračun ukupnog toplinskog opterećenja rashlađenog prostora, uzimajući u obzir:

• Prijenosno opterećenje (toplina koja ulazi kroz zidove, podove i stropove)
• Infiltracijsko opterećenje (topli zrak koji ulazi kroz otvore na vratima)
• Opterećenje proizvoda (toplina koja se mora ukloniti iz uskladištenih proizvoda)
• Unutarnja opterećenja (rasvjeta, motori, ljudi u prostoru)
• Pull-down opterećenje (dodatni kapacitet potreban da se topli prostor spusti na početnu zadanu vrijednost)

Odabrana kondenzacijska jedinica mora sadržavati kompresor koji može podnijeti ovo ukupno opterećenje u očekivanim radnim uvjetima — posebno na projektiranoj usisnoj temperaturi (u odnosu na temperaturu isparavanja) i projektiranoj temperaturi kondenzacije (u odnosu na temperaturu okoline plus temperaturu pristupa zavojnici kondenzatora).

Većina proizvođača kompresora i kondenzacijskih jedinica objavljuje tablice performansi koje pokazuju kapacitet pri različitim temperaturama usisavanja i temperaturama kondenzacije. Uvijek birajte na temelju stvarnih uvjeta rada, a ne samo na ocjenama s natpisne pločice, koje se obično daju u standardnim uvjetima ARI testa koji možda neće odgovarati primjeni u stvarnom svijetu.

Kompresori promjenjive brzine u modernim kondenzacijskim jedinicama

Tradicionalni kompresori rade fiksnom brzinom — ili su potpuno uključeni ili potpuno isključeni. Ova binarna operacija znači da sustav uvijek radi punim kapacitetom kada je uključen, bez obzira je li potreban puni kapacitet. Moderne kondenzacijske jedinice sve više koriste kompresore promjenjive brzine s inverterskim pogonom koji kontinuirano prilagođavaju svoju brzinu kako bi odgovarali stvarnim zahtjevima za hlađenjem.

Ušteda energije može biti znatna. Kada rashladni sustav treba samo 60% svog nazivnog kapaciteta, kompresor s promjenjivom brzinom koji radi smanjenom brzinom troši znatno manje energije od kompresora s fiksnom brzinom koji se uključuje i isključuje. Studije su pokazale da kondenzacijske jedinice s promjenjivom brzinom mogu smanjiti potrošnju energije kompresora za 30–50% u primjenama s promjenjivim profilima opterećenja u usporedbi s ekvivalentima fiksne brzine.

Dodatne prednosti kompresora s promjenjivom brzinom uključuju:

• Stabilnije temperature rashlađenog prostora zahvaljujući modulirajućem kapacitetu umjesto promjene temperature uslijed uključivanja/isključivanja
• Smanjeno mehaničko trošenje zbog eliminacije čestih start/stop ciklusa
• Manja potrošnja vršne struje pri pokretanju, smanjujući troškove potražnje na računima za komunalne usluge
• Bolja kontrola vlažnosti u aplikacijama preciznog hlađenja

Kompresori s promjenjivom brzinom doista imaju veću početnu cijenu i složeniju elektroničku kontrolu, ali operativne uštede u komercijalnim primjenama obično daju razdoblja povrata od 2–4 godine ovisno o satima rada i lokalnim troškovima električne energije.

Očitavanje dijagnostike kompresora: tlakovi, temperature i jakost struje

Za tehničare i upravitelje objekata, razumijevanje kako izgledaju normalni radni parametri kompresora čini dijagnosticiranje problema daleko jednostavnijim. Bitna su tri mjerenja: usisni tlak, ispusni tlak i amperaža.

Tlak usisavanja

Usisni tlak odgovara temperaturi isparavanja. Za rashladnu primjenu na srednjim temperaturama uz korištenje R-404A s temperaturom kutije od 35°F (2°C), usisni tlak obično bi trebao biti oko 45–55 PSI , što odgovara temperaturi isparavanja od približno 20–25°F (–7 do –4°C). Nizak usisni tlak obično ukazuje na nisko punjenje rashladnog sredstva, ograničeni uređaj za mjerenje ili preveliki kompresor. Visoki usisni tlak može značiti prekomjerno punjenje rashladnog sredstva, veliko opterećenje proizvoda ili neispravne ventile kompresora.

Tlak ispuštanja

Ispusni tlak odražava temperaturu kondenzacije unutar zavojnice kondenzatora kondenzacijske jedinice. Za R-404A na temperaturi okoline od 95°F (35°C) s pravilno čistim kondenzatorom, tlak pražnjenja trebao bi biti otprilike 250–280 PSI . Povišeni tlak pražnjenja (iznad 300 PSI u ovom scenariju) ukazuje na prljave zavojnice kondenzatora, neadekvatan protok zraka oko kondenzacijske jedinice, prekomjerno punjenje rashladnog sredstva ili plinove koji se ne mogu kondenzirati u sustavu.

Amperaža Draw

Usporedba izmjerene amperaže s natpisnom pločicom kompresora RLA (Rated Load Amperage) brza je provjera ispravnosti. Amperaža znatno iznad RLA ukazuje na to da kompresor radi previše naporno - obično zbog visokog tlaka pražnjenja ili mehaničkih problema. Amperaža znatno ispod RLA ukazuje na nizak usisni tlak ili neispravne ispusne ventile koji smanjuju učinkovit rad kompresije.

Kada zamijeniti ili popraviti kompresor u kondenzacijskoj jedinici

Zamjena kompresora je skupa — obično u rasponu od 500 do 3000 dolara ili više samo za kompresor plus rad. Odluka o zamjeni u odnosu na popravak (ili zamjena cijele kondenzacijske jedinice) ovisi o nekoliko čimbenika.

• Starost kondenzacijske jedinice: Ako je jedinica veća od 10–12 godina , zamjena samo kompresora možda neće imati ekonomskog smisla. Ostale komponente kao što su zavojnica kondenzatora, motor ventilatora i kontrole također stare i mogu se pokvariti ubrzo nakon zamjene kompresora.
• Vrsta kvara: Mehanički kvar (slomljeni ventil, istrošeni ležajevi) koji nije kontaminirao krug rashladnog sredstva može opravdati zamjenu samo kompresora u novijoj jedinici. Pregorjelost električne energije koja je proširila kiselinu po cijelom sustavu zahtijeva temeljito čišćenje i često čini potpunu zamjenu jedinice praktičnijom.
• Vrsta rashladnog sredstva: Jedinice koje koriste postupno ukinute rashladne tvari kao što su R-22 ili R-404A bolje bi bilo potpuno zamijeniti novijim, učinkovitijim kondenzacijskim jedinicama koje rade na rashladnim tvarima s nižim GWP-om kao što su R-448A ili R-454C, čime se izbjegavaju tekući troškovi opskrbe i usklađenosti.
• Identifikacija temeljnog uzroka: Prije zamjene bilo kojeg kompresora, temeljni uzrok kvara mora se identificirati i ispraviti. Ugradnja novog kompresora u sustav s istim temeljnim problemom - prljavi kondenzatorski svici, nepravilno punjenje rashladnog sredstva, problemi s naponom - jamči da će i zamjena prerano propasti.