Αντλίες θερμότητας

Α.Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ

ΤΙΤΛΟΣ ΘΕΜΑΤΟΣ : ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Ονοματεπώνυμο Σπουδαστή : ΣΤΡΑΒΟΣΚΟΥΦΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ Επιβλέπων Καθηγητής : ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Γ. ΛΙΟΓΚΑΣ

διπλ. Μηχανολόγος Μηχανικός

Κ α β ά λα τη ν 14 / 4 / 2005

To θέμα που θα αναλύσουμε στη τπυχιακή αυτή εργασία είναι η αντλία θερμότητας και το πω ς αυτή καθιστά τη χρησιμοποίηση της τεχνολογίας της, ω ς πλέον αποδοτική και οικονομικά συμφέρουσα. Στα κεφάλαια που ακολουθούν γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στο κλιματισμό και τη κατάταξη των κλιματιστικώ ν εγκαταστάσεων. Αναφερόμαστε στην αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας και τους δύο ψυκτικούς κύκλους λειτουργίας της.

Π ροσδιορίζουμε τα κύρια συστατικά μέρη αλλά και τα βοηθητικά σ τοιχεία από τα οποία απ οτελείται η αντλία θερμότητας, καθώς και τους διαφόρους τύπους αντλιών θερμότητας που διακρίνονται σε κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθος και το τύπο κατασκευής, τη πηγή άντλησης της θερμότητας, το εργαζόμενο ρευστό κτλ. Στη συνέχεια επεκτεινόμαστε όσο το δυνατόν αναλυτικότερα στις εφαρμογές τις οποίες χρησιμοποιούνται οι αντλίες θερμότητας σε οικιακό αλλά και βιομηχανικό επίπεδο. Στη συνέχεια αναφερόμαστε στην απ οδοτικότητα των συστημάτω ν αυτών αλλά και τα πλεονεκτήματα που απορρέουν από τη χρήση τους, διότι οι αντλίες θερμότητας από ενεργειακής απόψεω ς είναι πάρα πολύ αποδοτικά συστήματα κατά πρώτων, και κατά δεύτερον καθίστανται σαν εφαρμογές φιλικές προς το περιβάλλον.

Στο τελευταίο κεφάλαιο της -πτυχιακής αυτής εργασίας πραγματευόμαστε ένα παράδειγμα εγκατάστασης ενός συστήματος αντλίας θερμότητας με βάση δύο κριτήρια; επιλέγοντας το σωστό μέγεθος ισχύος το οποίο θα είναι επαρκές στην κάλυψη του θερμικού φορτίου, και τη πραγματοποιούμενη οικονομία, η οποία αποδεικνύεται βάση της οικονομικής σύγκρισης που γίνεται μεταξύ της αντλίας θερμότητας την οποία πρόκειται να εγκαταστήσουμε και άλλων συστημάτων, όπως σύγκριση με ηλεκτρική θέρμανση και σύγκριση με κεντρικό σύστημα θέρμανσης λέβητα-καυστήρα πετρελαίου.

Α φ ιε ρ ώ ν ε τα ι σ τη μνήμη το υ Κ υρίου Καλ τσούνη Δ η μ η τρ ίο υ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

1. Εισαγωγή στο κλιματισμό

Η πανάρχαια προσπάθεια του ανθρώ που να εξασφαλίσει θέρμανση το χειμώνα και δροσιά το καλοκαίρι έχει δώσει τη θέση της στη προσπάθεια για πλήρη έλεγχο των κλιματικώ ν συνθηκών από το σύγχρονο άνθρω πο των μεγαλουπόλεων. Α υτός είναι ο σκοπός του κλιματισμού και επιτυγχάνεται με τη βοήθεια της σύγχρονης τεχνολογίας και την εφαρμογή αυτής στα διάφορα είδη κλιματιστικών εγκαταστάσεων.

Ο κλιματισμός αποβλέπει στη δημιουργία και διατήρηση επιθυμητών συνθηκών θερμοκρασίας, υγρασίας, κινητικότητας και καθαρότητας του αέρα στους διάφορους χώ ρους ανάλογα με το προορισμό και τη χρήση τους.

Ό ταν προορίζεται για χώ ρους διαμονής ή εργασία ανθρώπων, πρέπει να επιτυγχάνει και να διατηρεί (με όσο το δυνατόν χαμηλότερο κόστος) κατάλληλες συνθήκες ανέσεως. Γενικότερα μπορεί να ειπω θεί ότι ο κλιματισμός αναφέρεται σε χώ ρους κατοικιών, γραφείων, εμπορικώ ν κέντρων ή άλλων καταστημάτων, οπότε είναι καθαρά κλιματισμός ανέσεως, με τη στενή έννοια.

Ό ταν ο κλιματισμός προορίζεται για την εξυπηρέτηση στόχω ν της βιομηχανίας ή γενικότερα εργασιακών χώ ρων μπορεί να έχει σαν άμεσο στόχο να πετύχει ανεκτές συνθήκες (προστασία της υγείας των εργαζομένων και όχι άνεση). Σε μια βιομηχανία τροφίμων εξάλλου είναι συχνό το φαινόμενο να επιδιώ κεται, ένας συνδυασμός των περιβαλλοντικώ ν συνθηκών που εξυπηρετεί κατά κύριο λόγο τη παραγω γική διαδικασία, έστω και αν αυτό σε πολλές περιπ τώ σεις απομακρύνεται από τις συνθήκες ανέσεω ς των εργαζομένων (π.χ. βιολογικές ζυμώσεις, επιτάχυνση ή επιβράδυνση βιολογικών και χημικών διεργασιών).

Μια άλλη κατηγορία βιομηχανικών κλιματισμών παραβλέπει κατά κόρων των ανθρώ πινο παράγοντα και τη συμβολή αυτού στη παραγω γική διαδικασία με τέτοιο τρόπο που συχνά οι συνθήκες διαβίω σης του ανθρώπινου δυναμικού που εργάζονται στη βιομηχανία να είναι δυσβάστακτες. Ό λόγος αυτός γίνεται για μονάδες που εξυπηρετούν μονάχα σκοπιμότητες που σχετίζονται με τη συντήρηση και τη π ροστασία των διάφορων βιομηχανικών προϊόντων και αγαθών. Ο κλιματισμός αυτού του είδους συνηθέστερα αναφέρεται σαν ψύξη, κατάψυξη, ξήρανση κ.α. και αποτελεί ένα ολόκληρο κεφάλαιο που έχει πολλά κοινά αλλά και πολλά διαφορετικά χαρακτηριστικά από τον ανθρω ποκεντρικό κλιματισμό.

Σαν μία κατηγορία κλιματισμού διαφορετική από τι άλλες αναφέρεται και εκείνη που έχει σαν στόχο να εξυπηρετήσει τις ειδικές ανάγκες νοσοκομείων. Εδώ η άνεση που προσφέρει ο κλιματισμός πρέπει να θυσιάζεται με πολύ αυστηρά κριτήρια όσω ν αφορά τη καθαρότητα που πρέπει να έχει ο αέρας, την ικανότητα της κλιματιστικής εγκατάστασης στην απομάκρυνση των νοσογόνων μικροοργανισμώ ν καθώς και την εξασφάλιση της προσαρμογής της σ τις ειδικές συνθήκες που απαιτούνται σε διάφορες π εριπ τώ σεις όπως είναι π.χ. σε περίπ τω ση κάποιας χειρουργικής επέμβασης ή διαμόρφωση κατάλληλων σ υνθηκώ ν για την ανάρρω ση των ασθενών.

Σε όλες τις περιπ τώ σεις πάντα ο κλιματισμός έχει να είναι αντιμέτωπος με διάφορες συγκεκριμένες απαιτήσεις που σχετίζονται με τον εσωτερικό χώρο, με ένα εχθρικό για την απ όδοση του περιβάλλον, και μια σειρά

ανταγω νιστικώ ν παραγόντων όπως είναι π.χ. θερμικά φορτία, σκόνη, κάττνισμα, κτλ.

Ό σον τώρα αφορά τη κλιματική άνεση που αναφέρεται και σχεδιάζεται για ανθρώ πους, εμπεριέχει πολλούς υποκειμενικούς παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπ’ όψιν. Για το λόγο αυτό πρέπει έγκαιρα να επισημανθεί η διάκριση ανάμεσα σ τις ιδανικές , επ ιθυμητές και τις εφικτές συνθήκες ανέσεως".

Ιδανικές συνθήκες ανέσεως: είναι εκείνες που ικανοποιούν κατά άριστο τρόπο το σύνολο των κλιματολογικών παραγόντω ν ενός χώ ρου και προσαρμόζονται κατά ιδανικό τρόπο σ τις απαιτήσεις ή στους σ τόχους των χρηστών.

Επιθυμητές συνθήκες ανέσεως: είναι εκείνες που επιλέγονται για ένα χώρο και προσεγγίζουν σε ικανοποιητικό βαθμό τις ιδανικές συνθήκες ανέσεως, χω ρίς όμως να π αραγνω ρίζουν βασικούς π αράγοντες κόστους και τεχνολογικών δυνατοτήτων.

Εφικτές συνθήκες ανέσεως: είναι και οι τελικές συνθήκες περιβάλλοντος που επιτυγχάνονται από μια σ υγκεκριμένη εγκατάσταση που λειτουργεί με αποδεκτά τεχνοοικονομικά δεδομένα σε συγκεκριμένες (π ρ α γμ α τικές) συνθήκες εξω τερικού περιβάλλοντος.

Γ ια κάθε χώ ρο δηλαδή μπορούν να π ροσδιοριστούν κάποιες ιδανικές συνθήκες ανέσεως που θα π ροσαρμοστούν ρεαλιστικά για να προκύψουν οι επιθυμητές. Οι επιθυμητές συνθήκες ανέσεως θα αποτελέσουν την αφετηρία όλων των τεχνικών υπ ολογισμών σε συνδυασμό με τις πιθανές μέσες δυσμενέστερες τιμές του εξω τερικού κλίματος. Η τελική εγκατάσταση σε κάθε στιγμή της πραγματικής λειτουργίας της (με δεδομένες συνθήκες και τιμές για όλους τους σχετικούς π αράγοντες) θα διαμορφώνει μια πραγματική (εφικτή) κατάσταση εσωτερικού κλίματος.

Για να γίνουν σωστές επιλογές και κυρίως να περάσουμε από τις ιδανικές στις επιθυμητές σ υνθήκες πρέπει ακόμη να είναι γνω στές οι επιπτώσεις των αναπόφευκτω ν διακυμάνσεων. Γ ια την ανάτπυξη ενός φυτού π.χ. πρέπει να π ροσδιοριστούν κάποια όρια θερμοκρασίας, υγρασίας κτλ.

Που επιτυγχάνουν επ ιθυμητές διεργασίες ή βελτιώ νουν την απόδοση και να συσχετιστούν τα προκύπτοντα τεχνικά και οικονομικά π ροβλήματα με το αναμενόμενο αποτέλεσμα (οικονομοτεχνικός σχεδιασμός).

Μια κλιματιστική εγκατάσταση δηλαδή θεωρείται πετυχημένη μόνο όταν διατηρεί τη θερμοκρασία, την υγρασία, τη καθαρότητα και τα κίνηση του αέρα στο χώρο στα επιθυμητά π λαίσια ώστε να μπορεί ο άνθρω πος να απολαμβάνει το περιβάλλον μέσα στο οποίο ζει και εργάζεται, ενώ συγχρόνως η στάθμη του θορύβου και η κατανάλωση ενέργειας κυμαίνονται σε πολύ χαμηλά επίπεδα.

1.1 Κατάταξη των κλιματιστικώ ν εγκαταστάσεων

Η κατάταξη των κλιματιστικώ ν εγκαταστάσεω ν μπορεί να γίνει με πάρα πολλά κριτήρια, ανάλογα τους παράγοντες που λαμβάνουμε υπόψη μας σε κάθε περίπτωση μπορούμε να κατατάξουμε τις κλιματιστικές μονάδες στις ακόλουθες κα τη γ ο ρ ίες:

1.1.1 Ως προς τον άμεσο σκοπό 1) Κλιματισμός άνεσης 2) Ο βιομηχανικός κλιματισμός 1.1.2 Ως προς την εποχή λειτουργίας 1) Στις χειμερινές εγκαταστάσεις κλιματισμού 2) Στις θερινές εγκαταστάσεις κλιματισμού 3) Στις κλιματιστικές εγκαταστάσεις για όλες τι εποχές

Οι εγκαταστάσεις της χειμερινής ή της θερινής περιόδου κατηγορίες Β.1 και Β.2) λέγονται και εγκαταστάσεις μερικού κλιματισμού.

1.1.3 Ως προς το είδος των κλιματιστικώ ν μηχανημάτων

1) Στις κεντρικές κλιματιστικές εγκαταστάσεις, που προορίζονται για το κλιματισμό ολόκληρου του κτηρίου στο οποίο τοποθετούνται.

2) Στις ημικεντρικές αυτόνομες εγκαταστάσεις που εξυπηρετούν τις τοπικές ανάγκες ενός ορόφου ή διαμερίσματος. Έ χουν το πλεονέκτημα της απλότητας της εγκατάστασης τους και της αυτόνομης λειτουργίας ανεξάρτητα από τους υπόλοιπους ορόφους ή τα διαμερίσματα του κτηρίου.

3) Στις μικρές τοπικές κλιματιστικές μονάδες δωματίου, που προορίζονται για την εξυπηρέτηση ενός μόνο δωματίου και συναντώ νται σε ένα πλήθος μοντέλων από άποψη διαστάσεων και ισχύων, έτσι ώστε να είναι δυνατή και εύκολη η τοποθέτησή τους στο δωμάτιο και η ικανοποίηση των απαιτούμενων συνθηκών ανέσεως σε κάθε μεμονωμένο χώ ρο που διαθέτει κεντρικό κλιματισμό.

Οι μονάδες δωματίου διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες ; 1) Στις μονάδες δωματίου τύπου παραθύρου ή ντουλάπας.

2) Και σ τις λεγάμενες διαιρούμενες μονάδες γνωστές και ως split units.

Στις μονάδες δωματίου είναι πολύ δύσκολος ο έλεγχος της υγρασίας, της ταχύτητας του αέρα και της σ τάθμης του θορύβου και η διατήρησή τους σε ικανοποιητικά επίπεδα. Μόνο με κεντρική εγκατάσταση κλιματισμού μπορούμε να επιτύχουμε ιδανική κατάσταση του αέρα και ιδανική λειτουργία της εγκατάστασης.

Μεγάλη ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια στον οικιακό κλιματισμό έχουν πάρει οι διαιρούμενες μονάδες δωματίου, που προορίζονται να λειτουργούν για όλο το χρόνο και είναι οι λεγάμενες αντλίες θερμότητας.

Αυτό είναι και το αντικείμενο με το οποίο ασχολείται η τπυχιακή μας εργασία και θα π ροσπαθήσουμε να το αναλύσουμε όσο το δυνατόν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια στα κεφάλαια που ακολουθούν.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2^

2. Αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας 2.1 Γενικά

Για να γίνει ευκολότερα κατανοητή η λειτουργία της αντλίας θερμότητας αρκεί να αναλογιστούμε τη λειτουργία που επιτελεί μία απλή αντλία (αντλία ρευστών), που όπως σε όλους μας είναι γνωστό μία αντλία ρευστών χρησιμοποιείται όταν απαιτείται μεταφορά ενός ρευστού από ένα μέρος σε κάποιο άλλο. Γίνεται πλέον πασιφανές πω ς όπως ο όρος "αντλία" υπονοεί, μια αντλία θερμότητας μεταφέρει τη θερμότητα από μία θέση πρσς κάποια άλλη. Το χειμώνα, κινεί τη θερμότητα από το εξω τερικό περιβάλλον προς το εσωτερικό για να θερμάνει το σπίτι σας. Τσ καλοκαίρι, κινεί τη θερμότητα στην αντίθετη κατεύθυνση για να δροσίσει το σπίτι σας.

Οι λειτουργίες που μόλις περιγράψαμε θα μπορούσαμε εύκολα να πούμε πως δεν είναι εφικτές σε καμία περίτττωση διότι έρχεται σε αντίθεση με τα γνωστά μας θερμοδυναμικά αξιώματα, τα οποία μέσα σε γενικές γραμμές αναφέρσυν πως η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας η οποία μπορεί να ξεπεράσει τα όρια του σ υστήματος στο οποίο βρίσκεται και να περάσει σε κάποιο άλλο σύστημα. Η διαδρομή την οποία ακολουθεί η θερμότητα όταν μεταφέρεται είναι από τα θερμότερα σώματα π ρος τα σώματα με χαμηλότερη θερμοκρασία.

Εύλογα λοιπόν μπορεί να προκόψει το ερώ τημα στον καθένα από εμάς και να αναρωτηθεί, τι πραγματικά είναι μια αντλία θερμότητας; Μήπως είναι τελικά μια μαγική συσκευή; Φυσικά και δε πρόκειται για καμία τέτοια περίπτωση.

Η εξήγηση είναι πολύ απλή και βρίσκεται στο π αράδειγμα που δώσαμε προηγούμενα με την αντλία ρευστών. Ό πω ς μια υδραντλία πσυ χρησιμοποιεί την ενέργεια για να ανεβάσει το νερό σε μια υψηλότερη θέση έτσι και μια αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια για να μεταβιβάσει τη θερμότητα από τις δροσερές θέσεις στις θερμότερες θέσεις. Γ ια να επιτύχουν λοιπό τον σκοπό τους, οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούν δύο θερμικούς κύκλους. Ένα κύκλο ψύξης όμοιο με αυτό των άλλων ψυκτικών συσκευών π.χ. το ψυγείο ή των air conditioners και ένα κύκλο θέρμανσης ο οποίος ακολουθεί την αντίθετη πορεία από αυτή του κύκλου ψύξης, και στους οποίους θα αναφερθούμε λεπτομερέστερα σε επόμενη ενότητα.

Ακόμη ένα ερώ τημα που μπορεί κάποιος εύλογα να θέσει πάνω στη λειτουργία της αντλίας θερμότητας κατά το κύκλο της θέρμανσης είναι, γιατί να μην μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια άμεσα στη θερμότητα;

Εδώ είναι η σημαντικότερη διαφορά των αντλιών θερμότητας, σε σχέση με τα υπόλοιπα συστήματα θέρμανσης. Η αντλία θερμότητας είναι ένα σύστημα θέρμανσης που μεταφέρει το χειμώνα τις θερμίδες από μια ψυχρή πηγή (π.χ. τον εξω τερικό αέρα) προς μια θερμότερη (π.χ. το εσωτερικό περιβάλλον μιας κατοικίας), σε καμία περίπ τωση δεν είναι μία γεννήτρια θερμότητας όπως όλα τα κοινά ηλεκτρικά σ ώματα ή ένας λέβητας όπου με τη καύση του πετρελαίου παράγεται θερμότητα. Το πλεονέκτημα της αντλίας θερμότητας είναι ότι παίρνει λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από όλα τα συμβατικά συστήματα θέρμανσης τα οπαία μετατρέπσυν την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμότητα (όπως τα ηλεκτρικά σώματα, τις θερμάστρες κτλ).

Λόγο της άντλησης θερμότητας από μια πηγή και τη μετακίνηση αυτής σε ένα άλλο σημείο, εκεί όπου είναι εφικτό και επιθυμητό, το κόστος είναι κατά πολύ μικρότερο από το να παράγουμε στο σημείο εκείνο τη θερμότητα με τη διαδικασία της καύσης κάποιου καυσίμου ή ακόμη και καταναλώνοντας ενέργεια σε κάποιον ηλεκτρικό θερμαντήρα. Η αντλία θερμότητας είναι πολύ πιο αποδοτικά από οποιοδήποτε άλλο σύστημα θέρμανσης και έτσι εξοικονομούμε χρήματα και ενέργεια.

Αφού λοιπόν η θερμότητα είναι ένα αγαθό το οποίο μπορούμε να το π ρομηθευόμαστε από κάποιες πηγές χω ρίς κόστος είναι πιο συμφέρον να μεταφέρουμε τη θερμότητα αυτή στο π εριβάλλον που θέλουμε να θερμάνουμε παρά να χρησιμοποιούμε για τη θέρμανση του κάποιο από τα συμβατικά συστήματα θέρμανσης όπως θερμαντικές αντιστάσεις, θερμάστρες κτλ.

Το μόνο κόστος στη περίπτωση χρησιμοποίησης της αντλίας θερμότητας είναι το κόστος της ενέργειας που απαιτείται για να λειτουργήσει η αντλία και να κάνει τη μετακίνηση της θερμότητας από το ένα σημείο στο άλλο. Ένα W att ηλεκτρικής ενέργειας όταν μετατραπεί σε θερμότητα αποδίδει 3.41 Btu. Με τη βοήθεια όμως μιας αντλίας θερμότητας είναι δυνατόν να μεταφερθεί κατά πολύ περισσότερη θερμότητα καταναλώνοντας την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται γραφικά η σύγκριση μεταξύ μιας αντλίας θερμότητας και μίας ηλεκτρικής αντίστασης.

θΕρ\*6ττιττχ B t j

) 40 ao βΰ ια α ΐ2 ο

Vt'art κχιταναλ»^·ιμ£νης

“ “ Σ β ιρ ό 1 " "■ 2

ΣΧΗΜΑ 1

Γεγονός είναι ότι σ τις ήπιες χειμερινές θερμοκρασίες μπορούμε να πάρουμε τρεις φορές πιο πολλή θερμότητα για κάθε W att της ηλεκτρικής ενέργειας που ξοδεύουμε από ότι θα π αίρναμε από ένα ηλεκτρικό σώμα.

Εντούτοις, όπως θα δούμε παρακάτω, οι αντλίες θερμότητας δεν επιτυγχάνουν υψηλές αποδώ σεις για ένα μεγάλο μέρος του έτους. Η μείωση του ενεργειακού κόστους διαφέρει από εγκατάσταση σε εγκατάσταση. Οι κατάλληλα ταξινομημένες στις εγκαταστάσεις αντλίες θερμότητας μπορούν να μειώσουν τις δαπάνες θέρμανσης κατά 30 έω ς 50 τοις εκατό έναντι στα

ηλεκτρικά σώματα. Η ποιότητα της εγκατάστασης έχει πολύ μεγάλες επιπτώ σεις τόσο στην εξοικονόμηση ενέργειας όσο και τη μακροζωία.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη λειτουργία των αντλιώ ν θερμότητας απαιτείται επεξήγηση του κύκλου ψύξης τους. Σε ένα σύστημα ψύξεως, μια χημική ένωση που ονομάζεται ψυκτικό μέσο ή ψυκτικό υγρό χρησιμοποιείται για να μεταφέρει τη θερμότητα από το ένα σημείο σε κάποιο άλλο. Το ψυκτικό μέσο είναι υγρό, με θερμοκρασία σημείου βρασμού, κάτω από τη θερμοκρασία του π εριβάλλοντος σε ατμοσφαιρική πίεση. Το ψυκτικό βράζει ή μετατρέπεται σε αέριο στη κανονική θερμοκρασία του δωματίου.

Η θερμοκρασία βρασμού οποιουδήποτε ρευστού εξαρτάται άμεσα από τη πίεση αυτού. Αν η πίεση στο ρευστό αυξηθεί, τότε αυξάνεται και η θερμοκρασία του σημείου βρασμού. Αν ελαττω θεί η πίεση, τότε η θερμοκρασία του σημείου βρασμού ελαττώνεται. Με τον έλεγχο της πίεσης του ψυκτικού μέσου σε ένα σύστημα ψύξης, ελέγχεται η θερμοκρασία βρασμού.

Αν η θερμοκρασία βρασμού του ψυκτικού μέσου που περιέχεται σε ένα δοχείο ελαττώ νεται αρκετά με τη μείωση της πίεσης, τότε η θερμοκρασία βρασμού του ψυκτικού μέσου χαμηλώνει αρκετά, σε σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα που περιβάλει το δοχείο. Αόγω της διαφοράς αυτής των θερμοκρασιών ,η θερμότητα θα μετακινηθεί από τον αέρα που περιβάλει το δοχείο προς το ψυκτικό που βρίσκεται μέσα σε αυτό, αυτό ακριβώς περιγράφεται και στο σχήμα που ακολουθεί.

Χαμηλή____

π[«7η \ _ _

Εξσγωτγή

θεομάττιπι

ΣΧΗΜΑ2

Αυτό προκαλεί το βρασμό του ψυκτικού μέσου ή τη μεταβολή του σε αέριο. Το αποτέλεσμα θα είναι να ψυχθεί ο αέρας που περιβάλει το δοχείο. Αντίθετα, αν η πίεση του ψυκτικού μέσου που βρίσκεται μέσα στο δοχείο αυξηθεί, τότε θα αυξηθεί και η θερμοκρασία του σημείου βρασμού πιο πάνω από τη θερμοκρασία του αέρα που π εριβάλλει το δοχείο. Έτσι, θα μετακινηθεί θερμότητα από το ψυκτικό προς τον αέρα. Σ’ αυτό το σημείο, το ψυκτικό μέσο βρίσκεται σε κατάσταση ατμού. Καθώς όμως αποβάλλει θερμότητα, συμπυκνώνεται σε υγρό και θερμαίνεται ο αέρας που περιβάλει το δοχείο.

Π(;ηλι1

ΣΧΗΜΑ3

Σ’ ένα ψυκτικό σύστημα, στο σημείο όπου η πίεση στο ψυκτικό μέσο ελαττώ νεται, απορροφάται θερμότητα από το σύστημα. Η θερμοκρασία του σημείου βρασμού ελαττώ νεται κάτω από αυτή του νερού ή του αέρα που περιβάλλει το ψυκτικό μέσο και αυτό με τη σειρά του απορροφά θερμότητα. Η πίεση του ψυκτικού μέσου στο τμήμα του συστήματος αυξάνεται και αποβάλλεται θερμότητα από αυτό προς το περιβάλλον. Σε αυτή τη περίπτωση, η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου αυξάνεται πάνω από αυτή του αέρα ή του νερού που περιβάλλει το συγκεκριμένο τμήμα που φέρει το ψυκτικό μέσο, ενώ η θερμότητα ρέει από το ψυκτικό προς τον αέρα ή το νερό.

Η διαδικασία αυτή είναι ένας συνήθεις ψυκτικός κύκλος αντλίας θερμότητας.

Σ’ ένα σύστημα ψύξεως, το οποίο λειτουργεί, συναντάμε πάντα δύο πλευρές πιέσεως. Τη πλευρά υψηλής πίεσης και τη πλευρά χαμηλής πίεσης.

Για τη συναλλαγή της θερμότητας απαιτούνται δύο σ τοιχεία (εναλλάκτες): το ένα στοιχείο διαρρέετε από ψυκτικό υψηλής πίεσης, ενώ το άλλο διαρρέετε από ψυκτικό χαμηλής πίεσης.

Η υψηλή πίεση στην αντίστοιχη πλευρά επιτυγχάνεται από ένα συμπιεστή. Στη πλευρά χαμηλής πίεσης ελέγχεται από μια εκτονωτική διάταξη. Το στοιχείο χαμηλής πίεσης αναφέρεται σαν εξατμιστής. Το στοιχείο υψηλής πίεσης αναφέρεται σαν συμπυκνωτής. Ο σ υμπυκνωτής ψύχεται από αέρα ή νερό και χαρακτηρίζεται σαν αερόψ υκτος ή υδρόψυκτος, αντίστοιχα.

Περισσότερα όμως για τις επιμέρους διατάξεις και μέρη του συστήματος των αντλιών θερμότητας θα αναφερθούν σε επόμενο κεφάλαιο.

Ό ταν το σύστημα που αναφέραμε παραπάνω χρησιμοποιείται σαν αντλία θερμότητας, μπορεί να αντιστραφούν τα δύο στοιχεία με μία διάταξη η οποία αναφέρεται σαν τετράοδος βαλβίδα. Η θέση των στοιχείων δεν αλλάζει αλλά μεταβάλλεται η ροή του ψυκτικού μέσου. Έτσι, μπορούμε να κλιματίσουμε το χώρο χειμώνα καλοκαίρι, αλλάζοντας τη κατεύθυνση της ροής του ψυκτικού μέσου μέσα στα στοιχεία με τη βοήθεια αυτής της βαλβίδας. Το χειμώνα τοποθετούμε το συμπυκνωτή μέσα στο δωμάτιο και τον εξατμιστή στο περιβάλλον, ενώ το καλοκαίρι συμβαίνει το αντίθετο.

Οι αντλίες θερμότητας συνήθως είναι κατασκευασμένες έτσι για να χρησιμοποιούνται χειμώνα και καλοκαίρι. Με αυτοματισμούς μπορεί να ελεγχθεί αυτόματα η ροή του ψυκτικού μέσου, όσον αφορά την εξω τερική θερμοκρασία. Η αντλία θερμότητας μπορεί να λειτουργήσει σαν air conditioner (κλιματιστικό) στη μία περίπτωση και σαν θερμαντήρας στην άλλη.

2.2 Αντλώντας θερμότητα

Το κλειδί για την κατανόηση της εργασ ίας των αντλιών θερμότητας είναι ότι ακόμη και όταν το εξω τερικό π εριβάλλον είναι πάρα πολύ κρύο.

υπάρχει θερμική ενέργεια στον αέρα. Ο αέρας θα πρέπ ει να έχει θερμοκρασία -460 βαθμοί F ("απόλυτο μηδέν") για να μην υπάρχει καμία ποσότητα θερμότητας που να μπορούμε να εκμεταλλευτούμε. Α ν η θερμοκρασία μιας ημέρας είναι 20 βαθμοί της κλίμακας φαρενάϊτ είναι 480 βαθμοί φαρενάϊτ επάνω από το απόλυτο μηδέν. 70 βαθμοί φαρενάϊτ είναι 530 βαθμοί φαρενάϊτ επάνω από το απόλυτο μηδέν. Έτσι λοιπόν μια αντλία θερμότητας πρέπει μόνο να μετακινήσει τη θερμότητα υψηλότερα σε μια σχετικά μικρή απόσταση, έτσι ούτως ώστε να είναι ικανή να καλύψει τις ανάγκες μας. Για να το πετύχει λοιπόν αυτό η αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί το ψυκτικό κύκλο που θα αναλύσουμε λεπτομερέστερα παρακάτω.

2.3 Ο κύκλος ψύξης των αντλιών θερμότητας 2.3.1 Θέρμανση με μια αντλία θερμότητας

Μια ψυκτική ουσία είναι ένα ρευστό που ατμοποιείται (βράζει) σε μια χαμηλή θερμοκρασία. Η ψυκτική ουσία κυκλοφορεί μέσω των σωλήνων ("γραμμές ψυκτικών ουσιών") που ταξιδεύουν σε όλη την αντλία θερμότητας.

Θα αρχίσουμε την περιγραφή του κύκλου ψύξης από το σημείο A το οποίο και απεικονίζεται στο παρακάτω σκίτσο, και περιγράφει την αντλία θερμότητας όταν θερμαίνει το σπίτι.

Στο σημείο A η ψυκτική ουσία είναι ένα κρύο υγρό, πιο κρύο από τον υπαίθριο αέρα. Η ψυκτική ουσία ρέει στην υπαίθρια σπείρα (σημείο Β). Αυτή η σπείρα είναι ένας "εναλλάκτης θερμότητας" ο οποίος έχει μεγάλη επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας έτσι ώστε να απορροφήσει τη θερμότητα από τον εξω τερικό αέρα και να την εναποθέσει στην ψυκτική ουσία. Η θερμότητα που προστίθεται στην ψυκτική ουσία αναγκάζει το ρευστό για να ατμοποιηθεί, έτσι αυτός ο εναλλάκτης θερμότητας καλείται "εξατμιστής" κατά τη διάρκεια του κύκλου θέρμανσης. Ό ταν το ψυκτικό μέσο αλλάζει φάση (σε αυτήν την περίπτωση από την υγρή στην αέρια), τότε πραγματοποιείται μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας.

Στο σημείο C η ψυκτική ουσία έχει ήδη περάσει στην αέρια φάση και συγκεκριμένα είναι ένα κρύο αέριο, που έχει θερμανθεί και ατμοποιηθεί από τον εξωτερικό αέρα. Στο συγκεκριμένο σημείο της εγκατάστασης το ψυκτικό ρευστό είναι πολύ κρύο για να καταφέρει να θερμάνει το σπίτι, έτσι λοιπόν στη

συνέχεια μπαίνει στο κύκλωμά μας ο συμπιεστής ο οποίος δίνει και τη λύση(το σημείο D). Ο συμπιεστής χρησιμοποιείται για να αυξήσουμε την πίεση του αερίου.

Όταν αυτό συμβαίνει, η θερμοκρασία του αερίου επίσης αυξάνεται. Για να το κατανοήσει κάποιος αυτό καλύτερα, ένας τρόπος είναι να σ κεφτεί ότι ο συμπιεστής συγκεντρώνει τη θερμική ενέργεια. Ο συμπιεστής θεωρείται συχνά ως "καρδιά" της αντλίας θερμότητας, δεδομένου ότι κάνει το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας για να εξαναγκάσει τη θερμοκρασία να ανεβεί.

Ακόμη μία σημαντική λειτουργία του συμπιεστή είναι το γεγονός πω ς ο σ υμπιεστής είναι υπεύθυνος για την εξαναγκασμένη κυκλοφορία του πλέον θερμού αερίου (σημείο Ε) περαιτέρω στον κύκλο.

Η εσωτερική σπείρα (το σημείο F) είναι το εξάρτημα στο οποίο η ψυκτική ουσία αποδίδει τη θερμότητά της στον εσωτερικό αέρα. Έ νας ανεμιστήρας φυσά τον αέρα μετά από την εσωτερική σπείρα για να διανείμει τη θερμότητα στο σπίτι. Αυτό ψύχει έως ένα βαθμό την ψυκτική ουσία στο σημείο όπου ένα μεγάλο μέρος της συμπυκνώνεται, περνώ ντας τώρα αντίστροφα από ότι προηγούμενα από την αέρια στην υγρή φάση. Στην περίοδο θέρμανσης, ο εσωτερικός εναλλάκτης καλείται

συμπυκνωτής". Αυτή η αλλαγή που αναφέραμε ότι πραγματοποιείται στη φάση του ψυκτικού ρευστού έχει σαν αποτέλεσμα μεγάλη μεταφορά θερμικής ενέργειας από το ψυκτικό ρευστό προς το θερμαινόμενο περιβάλλον.

Το θερμό μίγμα υγρού και αερίου (το σημείο G) συνεχίζοντας μέσω του ψυκτικού κύκλου φτάνει στο σημείο Η, το οποίο είναι μία εκτονωτική διάταξη (μερικές φορές αποκαλούμενη και σαν εκτονωτική βαλβίδα, διότι τις περισσότερες φορές το εξάρτημα αυτό δεν είναι τίποτα άλλο παρά μία βάνα).

Αυτή η συσκευή μειώνει την πίεση, αναγκάζοντας έτσι την ψυκτική ουσία να γίνει πάλι κρύα - αρκετά κρύα ώστε να είναι έτοιμη άλλη μια φορά να απορροφήσει τη θερμότητα από το δροσερό υπαίθριο αέρα και να επαναλάβει τον ψυκτικό κύκλο από την αρχή.

2.3.2 Ψύξη με μια αντλία θερμότητας

Ένα από τα πλεονεκτήματα μιας αντλίας θερμότητας είναι ότι το καλοκαίρι λειτουργεί ακριβώς όπως ένα κλιματιστικό μηχάνημα για να δροσίσει το σπίτι. Οι περισσότερες αντλίες θερμότητας έχουν μια "βαλβίδα αντιστροφής" για να μεταστρέφουν τη ροή της ψυκτικής ουσίας έτσι ώστε να αντλεί θερμότητα από τον εσωτερικό χώρο προς τον υπαίθριο. Παρακάτω φαίνεται μια σχηματική απεικόνιση του ψυκτικού κύκλου μιας αντλίας θερμότητας κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού.

Ό πω ς φαίνεται καθαρά από το παραπάνω σχήμα η λειτουργία της ψύξης με μία αντλία θερμότητας είναι ακριβώς αντίθετη από εκείνη στη περίπτωση θέρμανσης. Στη συγκεκριμένη περίπτωση η τετράοδος βαλβίδα αντιστρέφει τη λειτουργία του κύκλου το καλοκαίρι. Η μεταφορά της θερμότητας γίνεται πάντα από το τη ψυχρή προς τη θερμή περιοχή, δηλαδή στη περίπτωσή μας από τον αέρα του εσωτερικού π εριβάλλοντος προς εξω τερικό αέρα. Η θερμότητα αφαιρείται από το χώρο που πρέπει να ψυχθεί και διοχετεύεται στην ατμόσφαιρα.

Αποδοτικότητα αντλιών θερμότητας

Ό πω ς είδαμε νωρίτερα, μια αντλία θερμότητας χρησιμοποιήσει μόνο το ένα τρίτο της ενέργειας που θα χρησιμοποιούσε μία ηλεκτρική αντίσταση για τη παραγωγή του ίδιου ποσού θερμότητας κατά τη διάρκεια του ήπιου χειμερινού καιρού (υπαίθρια θερμοκρασία για 45 βαθμούς Φ). Στη βιομηχανία αντλιών θερμότητας, αυτό περιγράφεται διαμέσου του COP (συντελεστής της απόδοσης), το οποίο είναι η αναλογία της παραγόμενης θερμότητας π ρος την ηλεκτρική ενέργεια που εισάγεται. Διάφοροι παράγοντες αποτρέπουν τις αντλίες θερμότητας αέρας-πηγής από τη διατήρηση του COP στο επιθυμητό υψηλό επίπεδο καθ' όλη τη διάρκεια της εποχής θέρμανσης;

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3°

3. Συστατικά μέρη

Έ να σύστημα ψύξεως ή ένα κλιματιστικό σύστημα έχει έξι σημαντικά εξαρτήματα. Αυτά είναι : συμπιεστής, συμπυκνωτής, εξατμιστής, εκτονωτική βαλβίδα, γραμμές μεταφοράς του ψυκτικού μέσου, ελεγκτές. Τα βασικά αυτά εξαρτήματα φαίνονται στο παρακάτω σχήμα.

3.1 Σ υ μ π ιεσ τή ς (εμ β ο λο φ ό ρ ο ς )

Οι ψυκτικές εγκαταστάσεις με ε μ β ο λ ο φ ό ρ ο υ ς σ υ μ π ιε σ τ έ ς είναι από τους πιο διαδεδομένους τύπους εγκαταστάσεων, με έναν ή περισσότερους συμπιεστές μονοβάθμιους ή π ολυβάθμιους και με διάφορα ψυκτικά μέσα σε ολόκληρη τη περιοχή χρησιμοποίησης της ψύξης από περίπου -100°C μέχρι περίπου +10°C. Στο κλιματισμό χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά μονοβάθμιες εγκαταστάσεις με τα ψυκτικά R-12 και R-22 μέχρι μια ψυκτική ισχύ της τάξης των 300-500 KW (KJ/sec). Ο συμπιεστής αναρροφά υπέρθερμο ατμό ψυκτικού μέσου από τον εξατμιστή και τον συμπιέσει σε μια πίεση, σύμφωνα με εκείνη τη θερμοκρασία συμπύκνωσης η οποία είναι απαραίτητη για να ψυχθεί ο ατμός διαμέσου ψυκτικού νερού ή αέρα ψύξης και να συμπυκνωθεί.

Στους συμπιεστές με κινητήρα η μετάδοση της κίνησης γίνεται με τραπεζοειδείς ιμάντες ή άμεσο συμπλέκτη, κατασκευάζεται επίσης και σαν συμπιεστής κινητήρα (ημιερμητικού τύπου), με ρύθμιση ισχύος ή όχι, διαμέσου ρύθμισης των βαλβίδων αναρρόφησης.

Η από μέρους της κλιματιστικής εγκατάστασης απαιτούμενη προσαρμογή της ψυκτικής ισχύος στο εκάστοτε ψυκτικό φορτίο επιτυγχάνεται με τη κατανομή της ολικής ισχύος σε περισσότερους συμπιεστές ή στη περίπτωση που έχουμε ένα μόνο συμπιεστή με τη βοήθεια μιας ενσωματω μένης διάταξης ρύθμισης της ισχύος, ορισμένες φορές μάλιστα με εναλλασσόμενη πολικότητα. Το ρυθμιζόμενο μέγεθος είναι συνήθως η θερμοκρασία του ψυχρού νερού επ ιστροφής. Προκειμένου όμως για

μεγαλύτερες απαιτήσεις λαμβάνεται η θερμοκρασία π ροσαγω γής. Η πραγματική μείωση της ψυκτικής ισχύος κατά τη διακοπή π.χ. 50% της ισχύος του συμπιεστή ανέρχεται σε λιγότερο από 50%, εάν επ ίσ ης δεν απομονω θούν οι επιφάνειες του συμπιεστή και του εξατμιστή. Γιατί αυτές οι σχετικά πολύ μεγάλες επιφάνειες εναλλαγής συνεπάγονται υψηλότερη θερμοκρασία εξάτμισης και χαμηλότερη θερμοκρασία συμπύκνω σης και συνεπώς μεγαλύτερη ογκομετρική ψυκτική ισχύ. Μία υποδιαίρεση του εξατμιστή από τη πλευρά του ψυκτικού μέσου είναι συνεπώς γι’ αυτούς τους λόγους ευνοϊκή.

Σε περίπτωση που λειτουργούν περισσότεροι σ υμπιεστές παράλληλα, πρέπει να αντιμετω πιστεί ο κίνδυνος της επικάθησης λαδιών με τη βοήθεια σωληνώσεων εξισορρόπησης, που συνδέουν τους στροφαλοθαλάμους.

Συμπιεστές κινητήρων, δηλαδή συμπιεστές με ενσωματω μένο κινητήρα, μπορούν επίσης να συνδεθούν παράλληλα. Σε περίπτωση συνδεσμολογίας, με τη παρεμβολή πηνίου των κινητήρων που λειτουργούν μέσα στην ατμόσφαιρα ψυκτικού μέσου εμφανίζονται προϊόντα διάσπασης κυρίω ς οξέα, που συμπαρασύρονται στο κύκλωμα και προσβάλλουν τις περιελίξεις των υπολοίπων κινητήρων. Όλοι όμως οι συμπιεστές κινητήρων εξοπλίζονται σήμερα με μια πλήρη προστασία κινητήρα που διακόπτει αμέσως τη λειτουργία των κινητήρων όταν υπερθερμανθούν.

Ο μονός συμπιεστής έχει το πλεονέκτημα του μικρότερου αριθμού εξαρτημάτων που φθείρονται, από την άλλη όμως πλευρά μια ψυκτική μονάδα που είναι εξοπλισμένη με περισσότερους συμπιεστές, σε περίπτωση που βγαίνει μια μηχανή εκτός λειτουργίας παρέχει μια μερική ψυκτική ισχύ.

Έ νας μοναδικός μεγάλος συμπιεστής έχει προκειμένου για την ίδια ψυκτική ισχύ μια πολύ μικρότερη απορρόφηση ισχύος απ ’ ότι οι π ερισσότεροι μικρότεροι. Αυτό όμως δεν ισχύει πλέον στη περίπτωση της λειτουργίας με μειωμένο φορτίο.

Στις αντλίες θερμότητας αλλά και γενικότερα σε όλα τα ψυκτικά μηχανήματα μπορούμε να συναντήσουμε τα εξής χαρακτηριστικά:

α)εναλλασσόμενη ροή αερίου. Η βαλβίδα αναρρόφησης διαμορφώ νεται σαν βαλβίδα δακτυλιοειδούς πλάκας στη κυλινδροκεφαλή, όπου ο ατμός αναρρόφησης ρέει από πάνω μέσα στο κύλινδρο και εξω θείται πάλι προς τα πάνω.

β) τύπος κατασκευής περισσοτέρω ν κυλίνδρων: οι κύλινδροι είναι διατεταγμένοι σε μορφή: V, W και W , έτσι είναι δυνατή η καλή εξισορρόπ ηση μαζών, τα χιτώνια των κυλίνδρων είναι εναλλάξιμα.

Μέχρι ψυκτική ισχύ της τάξης των 300KW κατασκευάζονται συμπιεστές με ενσωματωμένο κινητήρα σαν συμπιεστές κινητήρα, ονομαζόμενοι η μ ιερ μ η τικ ο ύ τύπ ου. Οι κινητήρες, χάρις την ειδική μόνωση είναι κατάλληλοι για τη λειτουργία σε ατμόσφαιρα ψυκτικού μέσου, συνήθως ψύχονται από τον ατμό αναρρόφησης. Προκειμένου για ψυκτικές ισχύες μέχρι 25KW περίπου, κατασκευάζονται και συμπιεστές κάψας (πλήρως ερμητικοί) που είναι συγκολλητοί και ενσωματώνονται κυρίως σε κλιματιστικές κατασκευές.

Π ρ ο τερ ή μ α τα : συχνά είναι ευνοϊκότεροι στη τιμή από ότι οι κανονικοί συμπιεστές με το τυποποιημένο κινητήρα, εξοικονομούν χώρο και είναι συνήθως αθόρυβοι.

ΓΓ αυτούς τους τύπους κατασκευής ισχύει: η αντλία του λαδιού πρέπει να είναι ανεξάρτητη από τη φορά π εριστροφής, δηλαδή να λειτουργεί ανεξάρτητα από τη θέση των φάσεων, επειδή η περιστροφή προς τ’ αριστερά ή τα δεξιά είναι συνήθως ανεξέλεγκτη. Η χρήση κινητήρων ενσωμάτωσης.

παρέχουν ασφάλεια λειτουργίας μόνο σε εγκαταστάσεις που έχουν ξηρανθεί καλά και είναι στεγανές προς τα έξω. Διαφορετικά μπορούν να εμφσνισθούν βλάβες στην περιέλιξη. Τα βραχυκυκλώματα και η υπερβολική θερμοκρασία της περιέλιξης διασπούν το ψυκτικό μέσο.

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται καθαρά ένας τέτοιος τύπος συμπιεστή και δίνεται η επεξήγηση των σ υστατικώ ν του μερών.

1 .αποφρακτική βαλβίδα πίεσης 2. έμβολο 3. στροφαλοφόρος άξονας 4. αντλία λαδιού 5. έδρανο

6. αγωγός

αναρρόφησης λαδιού 7. φίλτρο λαδιού 8. κυλινδροκεφαλή

ΣΧΗΜΑ 7 θ.κέλυφος στροφαλοφόρου 10. κέλυφος κινητήρα 11. κύριο έδρανο 12. φίλτρο αναρρόφησης 13. εξίσωση πίεσης αερίου 14. βαλβίδα αναρρόφησης 15. βάση ελαιολεκάνης

16. ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης λαδιού 17. στάθμη λαδιού 18. βαλβίδα αντεπιστροφής πίεσης λαδιού 19. κινητήρας 20. σωλήνας εξίσω σης πίεσης 21. είσοδος αερίου

3.1.1 Συμπιεστές περιστροφής

Με τον όρο αυτό εννοούμε συμπιεστές που βασίζονται στην αρχή της εκτόπισης. Στο κλιματισμό δεν είναι σχεδόν γνωστοί. Βρίσκονται όμως σε μεγάλη ανάπτυξη με τη χρήση του συμπιεστή έλικος με έγχυση λαδιού χρησιμοποιείται σε ομάδες ψυχρού νερού για μεγάλες ισχύες.

3.1.2 Στροβιλοσυμπιεστές

Με τον όρο αυτό εννοούμε στη τεχνική της ψύξης τις μηχανές ροής, που είναι διαμορφωμένες σα φυγοκεντρικοί συμπιεστές. Στροβιλοσυμπιεστές για τη βιομηχανική ψύξη, τα ψυκτικά μέσα που χρησιμοποιούνται είναι αμμωνία, προπάνιο κ.α., οι συμπιεστές αυτοί κατασκευάζονται συνήθως πολυβάθμιοι. Προκειμένου για το κλιματισμό και τη ψύξη με τη χρήση ψυκτικών μέσων R-11, R-113 καθώς και R-12 είναι αρκετές μία ως δύο βαθμίδες, για να επιτευχθεί η απαιτούμενη διαφορά πίεσης. Αντίστοιχα με τις

ονομαστικές θερμοκρασίες όπως προκειμένου για R-11 ρ-ρο * 1,2 bar και για R-12: ρ-ρο = 6 bar. Η περιφερειακή ταχύτητα στην έξοδο της τττερωτής είναι περίπου 200-300 m/sec. Περισσότερο χρησιμοποιούνται ακτινωτοί τροχοί με πτερύγια κεκαμμένα προς τα πίσω και δίσκο επικάλυψης, αλλά συχνά χρησιμοποιούνται τροχοί με κάθετη γωνία εξόδου. Το κιβώτιο που είναι απαραίτητο προκριμένου για το μονοβάθμιο τύπο κατασκευής, συμπεριλαμβάνεται στο κέλυφος. Στο σχήμα που ακολουθεί, φαίνεται ο αργόστροφος άξονας ο οποίος στεγανοποιείται προς τα έξω με τη βοήθεια ενός δακτυλίου ολίσθησης. Στο παρακάτω σχήμα μπορούμε να δούμε έναν στροβιλοσυμπιεστή και να διακρίνουμε τα μέρη από τα οποία αποτελείται.

1. πτερωτή θ.ακτινικό έδρανο

2. σπειροειδές κέλυφος 7. αξονικό έδρανο 3. οδηγά πτερύγια 8. σ τεγανοποιητικός δακτύλιος

4. κέλυφος πτερυγίου ολίσθησης

δ.οδωντοτοί τροχοί κιβωτίου

Προκειμένου για τους λεγόμενους ημιερμητικούς συμπιεστές που κατασκευάζονται για πάρα πολύ μεγάλες ισχύες ο ενσωματω μένος κινητήρας είναι εκτεθειμένος στην ατμόσφαιρα του ψυκτικού μέσου. Συχνά ο σ τάτης έχει ένα υδροχιτώνιο για ψύξη. Στις παρακάτω εικόνες φαίνονται σ υμπιεστές αυτού του είδους σε διβάθμιο τύπο κατασκευής χω ρίς κιβώτιο ταχυτήτων. Στις παρακάτω εικόνες διακρίνουμε συμπιεστές αυτού του είδους σε διβάθμιο τύπο κατασκευής χωρίς κιβώτιο ταχυτήτων.

Σχήμα 9 ( διβάθμιος φυγοκεντρικός συμπιεστής R -11 με ενσωματωμένο κινητήρα, ημιερμητικού τύπου κατασκευής)

Σ χήμα 10 ( διβάθμιος φυγοκεντρικός συμττιεστής για ισχύες πάνω από 1400 KW με ενσωματω μένο κινητήρα και στραγγαλισμό στροφορμής πριν από κάθε βαθμίδα

3.2 Σ υ μ π υ κνω τές

Η θερμότητα πού παραλαμβάνεται κατά τον ψυκτικό κύκλο αποδίδεται με τον συμπυκνωτή στο περιβάλλον: από τον ατμό τού ψυκτικού μέσου αφαιρείται η θερμότητα και υγροποιείται απάγοντας την ισχύ συμπύκνωσης στο νερό ή τον αέρα. Η Ισχύς συμπύκνωσης Q συνίσταται από την ψυκτική ισχύ Qo

3.2.1 Α ε ρ ό ψ υ κ το ι σ υ μ π υ κνω τές.

Πρόκειται βασικά για συστήματα πτερυγιοψόρων σωλήνων που είναι εξοπλισμένοι με ανεμιστήρες. Το ψυκτικό μέσο συμπυκνώνεται μέσα στους σωλήνες, ενώ ο αέρας ψύξης προσψυσάται εξω τερικά επάνω σ τους σωλήνες.

Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται ένας αερόψυκτος συμπυκνω τής όρθιου τύπου με 4 αξονικούς ανεμιστήρες.

Σ χήμα 11

Για να διατηρήσουμε μικρή τη διαφορά μεταξύ θερμοκρασίας συμπύκνωσης και θερμοκρασίας αέρα ψύξης ( απαιτούνται μεγάλες ποσότητες αέρα και συνεπώς μεγάλες διατομές προσροής, γι’ αυτό είναι αναπόφευκτη, προκειμένου για μεγάλες ισχύες, η εγκατάσταση των συμπυκνωτών στο ύπαιθρο. Στη περίπτωση όμως αυτή πρέπει να δοθεί προσοχή στην υψηλή στάθμη θορύβου πού δημιουργείται.

Για να εξασψαλισθεί η απρόσκοπτη λειτουργία των ρυθμιστικώ ν οργάνων για την προσαγωγή τού ψυκτικού μέσου και η ρύθμιση της ισχύος των συμπιεστών, δεν επιτρέπεται συνήθω ς η πίεση συμπύκνωσης να πέσει κάτω από μία ορισμένη τιμή. Γι’ αυτό, αερόψ υκτοι συμπιεστές πρέπει σε παρόμοιες περιπτώσεις να εξοπλίζονται με μία κατάλληλη ρυθμιστική διάταξη όπως π.χ. δικλείδες αέρα. Επίσης σ υνηθίζεται και η συσσώρευση συμπυκνώματος με τη βοήθεια ιδιαίτερω ν ρευστών πίεσης. Σε πολλούς

ανεμιστήρες αρκεί συχνά ή βαθμωτή διακοπή. Η οριζόντια διάταξη (εικόνα 3) είναι σκόπιμη σε μεγάλες μονάδες. Στο σχήμα που ακολουθεί μπορούμε να διακρίνουμε έναν αερόψυκτο συμπυκνωτή με ρυθμιστή πίεσης και την ισχύ συμπίεσης Ρ.

Αντί αξονικώ ν ανεμιστήρων μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και φυγοκεντρικοί ανεμιστήρες, που έχουν κατά σημαντικό ποσοστό χαμηλότερη στάθμη θορύβου. Αυτού του τύπου οι συμπυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε εξωτερικά είτε εσωτερικά στο κτίριο. Στο σχήμα που ακολουθεί μπορούμε να δούμε τους δύο τρόπους τοποθέτησης των συμπυκνωτών αυτών.

μ έ σ α Σ χήμα 13

Συχνά συνδυάζονται επίσης με σ υμπιεστές σε μονάδες συμπίεσης.

Για τη χειμερινή λειτουργία ο συμπυκνωτής και το δίκτυο σωληνώσεων μονώνονται με συμπληρωματική ηλεκτρική αντίσταση. Επίσης για επιπρόσθετη προστασία από την πάγωση των σωληνώσεων στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, προστίθεται στο νερό γλυκόλη.

Η απόφαση σχετικά με το αν πρέπει να χρησιμοποιηθεί υδρόψυκτος ή αερόψυκτος συμπυκνωτής, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και ιδιαίτερα από τη τιμή του ρεύματος, του νερού, τη στάθμη θορύβω ν κ.ά..

Κύριο προτέρημα των αερόψυκτω ν συμπυκνω τώ ν είναι ότι δεν υπάρχει κύκλωμα νερού ψύξης, καθώς και ότι το κόστος συντήρησης αυτών είναι μικρό. Σε αντιπαράθεση, κύριο μειονέκτημα τους είναι η υψηλότερη απαίτηση ενέργειας του συμπιεστή, που προέρχεται από την υψηλότερη θερμοκρασία

υγροποίησης.

3.2.2 Υ δ ρ ό ψ υ κτο ι σ υμπ υκνω τές

Το νερό σαν ψυκτικό μέσο είναι πολύ καλύτερο από ότι ο αέρας. Γι’ αυτό οι συμπυκνωτές είναι κατά κόρων υδρόψυκτοι. Η Ιστορία της τεχνικής της ψύξης έχει γνωρίσει πολλούς τύπους κατασκευής αυτών, που ορισμένοι κατασκευάζονται ακόμη και σήμερα:

συμπυκνωτές - διπλού σωλήνα - ραντισμού, συμπυκνωτές πύργου κλπ. Σημασία έχουν σήμερα για μεγάλες ισχύες, συμπυκνωτές λεβητοσωλήνων (αποτελούμενοι από συστάδα σωλήνων) και οι συμπυκνωτές εξάτμισης.

Οι τελευταίοι όμως όχι στον κλιματισμό. Οι συμπυκνωτές λεβητοσωλήνων (Shell and Tube type) πσυ η μσρφή τους διακρίνεται στο σχήμα 11, αποτελούνται από έναν σωλήνα μανδύα, με συγκολλημένες πλάκες σωλήνων και στις δύο πλευρές, πάνω στις οποίες είναι συγκολλημένοι ή κυλινδρωμένοι οι εσωτερικοί σωλήνες. Το ψυκτικό μέσο συμπυκνώνεται στο χώρο του μανδύα. Υπάρχουν και στις δυο πλευρές οδηγές δικλείδες νερού, με στόμια εισόδσυ και εξόδου τού νερού, τα οποία είναι αποσπώμενα. Σ’ αυτόν τον τύπο κατασκευής μπσρεί κανείς με μηχανικά μέσα (π.χ. με βούρτσες) να τους καθαρίσει από την πλευρά τού νερού. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται σε εμβολοφόρες μονάδες ψυχρού νερού και συμπυκνωτές με ενσωματωμένη σερπαντίνα σωλήνων (Shell and Coil type, που είναι απλούστεροι και φθηνότεροι, αλλά υστερούν σε σχέση με τους προηγούμενους στο γεγονός ότι μπορούν να καθαρισθούν μόνον με χημικά μέσα.

J Βερμός ότμός μανδύας Τ

Ιύ γ ρ ό σ υ λ η ν ε ς

Σχήμα 14

Στσυς συμπυκνωτές για R-11, R-12, R-22 κλπ., χρησιμοποιούνται συνήθως χαλκοσωλήνες ή σωλήνες από ορείχαλκο με πτερύγια επειδή ο συντελεστής μετάδοσης της θερμότητας είναι σχετικά χαμηλός για τη συμπύκνωση των ψυκτικών μέσων που προαναφέραμε, σε σύγκριση με τις τιμές του συντελεστή μετάδοσης της θερμότητας από τη πλευρά ταυ νερού. Η εξωτερική επιφάνεια αυτών των σωλήνων είναι περίπου 3 έως 5 φορές μεγαλύτερη απ’ ότι η εσωτερική επιφάνεια τους. Έτσι κερδίζει η ταχύτητα του νερού μεγαλύτερη επίδραση στη θερμοπερατότητα.

Ακόμη πτερυγιοφόρους χαλκοσωλήνες πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το γεγονός ότι μέσα στο νερό υπάρχουν διάφορα σωματίδια τα σποία καθιζάνουν εσωτερικά των τοιχωμάτων των σωλήνων με αποτέλεσμα τη δημιουργία στρωμάτων λάσπης και τελικά τη μείωση της διατομής αυτών. Πρέπει λοιπόν όπως καταλαβαίνουμε να καθαρίζονται αποτελεσματικά οι επιφάνειες των σωληνώσεων από τις επικαθίσεις διότι μειώνεται η ισχύς συμπύκνωσης και εμμέσως αυτής μειώνεται και η ψυκτική ισχύς, πσυ οδηγεί σε μεγαλύτερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.

Είναι σημαντική λοιπόν η παρακολούθηση τού νερού ψύξης, η επεξεργασία του φρέσκου νερού συμπλήρωσης και ο επαρκής καθαρισμός από τη λάσπη, καθώς και ο περιοδικός καθαρισμός του συμπυκνωτή, στη δεδομένη περίπτωση με αυτόματες εγκαταστάσεις καθαρισμού σωλήνων.