для чего служит терморегулирующий вентиль
Терморегулирующий вентиль для систем отопления и кондиционирования
Устройство для регулирования потока горячего или холодного воздуха называется терморегулирующим вентилем (ТРВ). Применяется в современных системах отопления и кондиционирования воздуха. Это точный прибор для регулирования температуры в помещении либо контролируя степень нагрева, либо охлаждения воздуха.
Применение ТРВ
Вентиль для терморегуляции в отопительных системах и в системах кондиционирования создает баланс температуры в помещении. Охлаждение и нагревание воздуха — это всегда теплообмен между внешней средой и теплоносителем или охлаждающим агентом. Чтобы обмен был сбалансированным, вентиль автоматически регулирует поток нагретого или холодного воздуха.
Как работает ТРВ для отопления
Воздух в любом помещении может нагреваться не только за счет отопительной системы, но и от других источников тепла, не связанных с отоплением, например, от солнечных лучей из оконных проемов.
Устройство позволяет контролировать уровень нагревания воздуха, сохраняя комфортную температуру, и даже способен отсоединять отдельные батареи от тепловой магистрали.
Обратите внимание! Установка вентиля для терморегуляции автоматически создает сбалансированный температурный режим, позволяя экономить примерно в четыре раза затраты на отопление, за счет реагирования на изменение температуры окружающей среды, автоматически сокращая подачу тепла при ее повышении.
Функция ТРВ в кондиционерах
Чтобы разобраться, как работает устройство, необходимо определиться в понятии «система кондиционирования».
Как и всякая система, она состоит из взаимосвязанных элементов, которые обеспечивают процесс охлаждения температуры воздуха в помещении:
В бытовых условиях часто роль регулятора выполняет расширительная капиллярная трубка (дроссель), работающая за счет гидравлического сопротивления. Этот расширитель не требует настройки и вполне справляется с охлаждением хладагента в системах небольшой мощности: бытовых холодильниках, кондиционерах, морозильных камерах и прилавках. В дросселях уровень фреона (охлаждающего газа) остается неизменным, независимо от того, какова производительность системы, поскольку трубка не может пропустить больше хладона, не позволяет ее внутренний диаметр, поэтому их использования ограничивается приборами, где уровень мощности рассчитан специально и никак не меняется при изменении внешних условий.
Для контроля в момент появления меняющихся условий отвечает терморегулирующий вентиль (ТРВ), который регулирует количество хладагента.
Устройство и действие ТРВ
Через капиллярную трубку из термобаллона передается давление на диафрагму, которая в свою очередь запускает в действие запорный элемент, т.е закрывает или открывает клапан, пропуская хладагент в расширитель.
Пружина для регулирования уровня перегрева находится под запирающим элементом. Сила давления этой пружины изменяется за счет клапанов с внешним типом регулирования.
Давление в термобаллоне воздействует на диафрагму, вынуждая клапан открыться, а давление на пружину и уравнивающее давление, действуют в обратном направлении, заставляя клапан закрыться.
Если работа клапана проходит в нормальном режиме, действует следующая формула:
P1 = P2 + P3
В идеале, температура в термобаллоне должна находится в прямом соответствии с температурой хладагента: при увеличении перегрева на выходе (т.е когда возрастает разница между температурой кипения и температурой хладагента), количество охладителя увеличивается, если перегрев снижается, его объем уменьшается. Таким образом, прибор регулирует объем хладагента в испарителе.
Обратите внимание! Вентиль не требует особой точности заправки хладагентом в отличие от других расширителей, поскольку его основная функция дозировать количество его объема.
Типы уравнивателя
Изменение давления зависит от того, как происходит работа выравнивающего устройства. Существует два типа уравнителя:
Это важно! Выход для наружного уравнивания ТРВ должен быть соединен с выходом из испарителя, заглушать его недопустимо.
Выбор терморегулирующего вентиля
Выбирая устройство, нужно обращать внимание на следующие параметры:
Принципы работы терморегулирующего вентиля (ТРВ)
Если температура термобаллона превысит 11 С, то это повлечет и увеличение давления (оно станет больше 6 бар) и ТРВ откроется. Когда температура и давление станут ниже 11 С и 6 бар соответственно, то ТРВ закроется.
Получается, что при соответствующей настройке регулировочной пружины ТРВ (1,4 бар), будет поддерживаться постоянная разница между температурой кипения и температурой термобаллона в 7 К.
Основные причины аномального перегрева
На (рис. 5.1) tB= tE= температуре кипения=4 С. В точке D температура составляет 18 С, а перегрев составляет 14 К.
Объясняется это следующим образом: если холодильный контур имеет нормальную работу, то последние капли жидкости в точке С уже выкипели. Далее пары продолжают нагреваться – участок C-D. Когда участок C-D заполнен парами, обеспечивается нормальный перегрев.
Когда в испарителе хладагент находится в недостаточном количестве, длина участка, заполненного парами, увеличивается (рис.5.1 точка Е), в результате чего перегрев значительно возрастает. Если температура в точке D достигнет 18 С, то перегрев составит 14 К.
Чрезмерно низкий перегрев (меньше 5 К)
Практика показывает, что даже после выполнения настроек ТРВ, системе необходимо 20 минут для того, чтобы войти в новый режим.
В стабильно работающих установках открытие ТРВ действительно приводит к увеличению давления кипения, в связи с этим необходимо знать, что в функции ТРВ не входит его регулировка. Основное назначение ТРВ – это оптимальное заполнение испарителя при различных тепловых нагрузках для обеспечения постоянного перегрева всасываемых паров.
Как перегрев влияет на холодопроизводительность?
Поэтому для максимальной холодопроизводительности необходимо следить, чтобы испаритель был как можно больше заполнен хладагентом. Снижая перегрев необходимо следить, чтобы жидкость не попадала на вход в компрессор. Если в системе слишком большой перегрев, то это означает, что ТРВ пропускает слишком мало жидкости (почти закрыт). Низкая холодопроизводительность испарителя свидетельствует о том, что перепад температур Δθ на входе-выходе является незначительным. Давление кипения на выходе из ТРВ падает, и трубопровод покрывается инеем. При низком перегреве отверстие ТРВ пропускает много жидкости или полностью открыто. Если в испарителе содержится много жидкости, то наблюдается высокая холодопроизводительность и перепад температур Δθ для охлаждаемого воздуха является нормальным. В этом случае в компрессор могут попадать губительные для него частицы жидкости.
Воздействие температуры охлаждаемого воздуха
Если охлаждаемый воздух поступает к испарителю с температурой 25 С, то участка трубопровода А-В достаточно, чтобы обеспечить перегрев паров в 7 К. Давление кипения в этом случае соответствует 5,2 барам, что является эквивалентом температурному напору Δθполн 18 К.
В данном случае установка работает нормально, температура окружающей среды падает, как и температура на входе в испаритель. Допустим, что температура на входе в испаритель снизилась на 20 С. При прежних настройках ТРВ перегрев остается почти постоянным – 7 К. Чтобы перегрев паров остался прежним при более низкой температуре, необходимо увеличить участок трубопровода испарителя, где происходит обмен между воздухом и парами хладагента. При температуре наружного воздуха 20 С длина участка А?-В больше для обеспечения перегрева 7 К, чем участка А-Б при температуре 25 С, для обеспечения аналогичного перегрева паров. Поскольку в данных участках находятся только пары, то можно утверждать, что при температуре воздуха на входе в испаритель 20 С в нем находится меньше жидкого хладагента, нежели при температуре 25 С.
При поступлении в ТРВ более холодного воздуха он начинается закрываться, что приводит к снижению количества жидкости и уменьшении холодопроизводительность. Давление кипения также снижается. Говоря другими словами, при снижении температуры воздуха на входе в испаритель, сечение ТРВ становится меньше, для сохранения необходимого перегрева. При этом давление кипения также уменьшается. Температурный напор Δθполн остается неизменным, если давление конденсации не меняется и правильно отрегулировано.
Производительность ТРВ
Аналогичная ситуация происходит и с терморегулирующим вентилем: при снижении расхода жидкости давление между входом и выходом уменьшается, и увеличивается при его повышении. Также следует помнить о том, что увеличение расхода жидкости хладагента, проходящего через терморегулирующий вентиль, повышает его производительность, а, следовательно, и мощность установки.
Необходимо различать следующие понятия: производительность ТРВ, поглощающая способность испарителя и холодопроизводительность.
Под производительностью терморегулирующего вентиля понимают максимальный расход, способный пропускать данный элемент при полностью открытом отверстии и фиксированном перепаде давления ΔР. Исходя из этого, можно сделать вывод, что производительность напрямую зависит от диаметра сечения сменного клапанного узла внутри ТРВ. Данная зависимость отображена на схеме рис.8.2.
Проходное сечение В обладает большим диаметром чем b, а, следовательно, может пропускать больше жидкости. Таким образом, терморегулирующий вентиль с клапанным узлом, имеющим сечение В, обладает большей производительностью, чем ТРВ с патроном сечением b.
При этом производительность ТРВ и холодопроизводительность испарителя должны быть равны, поскольку через ТРВ может проходить столько жидкости, сколько сможет выкипеть в испарителе.
В приведенной ниже таблице 8.1 указаны данные по выбору ТРВ для установки на R22.
Точка 1: Производительность ТРВ 3,32 кВт при tk=50 С и to=0 С (ΔР=18,4-4=14,4 бар)
Точка 2: Производительность ТРВ 2,88 кВт при tk=35 С и to=0 С (ΔР=12,5-4=8,5 бар)
Точка 2: Производительность ТРВ 2,53 кВт при tk=35 С и to=10 С (ΔР=12,5-5,8=6,7 бар)
Следовательно, для температуры кипения 0 С производительность снижается с 3,32 до 2,88 кВт при уменьшении ΔР с 14,4 до 8,5 бар, что равняется 13%.
При температуре конденсации 35 С производительность терморегулирующего вентиля снижается с 2,88 до 2,53 кВт и ΔР уменьшается с 8,5 до 6,7 бар – 12%.
Поэтому ТРВ и маркируются по производительности. Некоторые изготовители указывают номинальную производительность данной величины для определенных условий работы (+5/+32 С переохлаждение 4 К). Так, номинальная производительность ТРВ компании DANFOSS марки TEX5-3 составляет 3 тонны, а ALCO марки TIE4HW – 4 тонны.
Стоит помнить, что номинальная производительность обозначает только порядок величины, а ее конкретное значение будет показано на практике. Определяется оно рабочим перепадом и паспортом ТРВ, устанавливающим определенное значение производительности для данного проходного сечения.
Пульсации ТРВ
В точке to хорошо налаженный ТРВ обеспечит перегрев 7 К. В целом, установка показывает стабильную работу и необходимый перегрев. На промежутке времени t1 открываем вентиль на один оборот, после чего сразу видим, как он быстро переходит на пульсирующий режим работы. При этом перегрев меняется от 2 до 14 К. Показания манометра НД также свидетельствуют о пульсации давления кипения, которые совпадают по частоте с изменениями кривой 2. На следующем промежутке t2 ТРВ открываем еще на оборот. При этом частота пульсации начинает быстро возрастать, и перегрев находится в промежутке 0-12 К.
Если дотронутся до всасывающего трубопровода, то можно отчетливо ощутить гидроудары, которые передаются в компрессор. При этом корпус компрессора будет холодным. Чем больше открываем регулировочный винт ТРВ, тем больше повышается его производительность. Пульсация свидетельствует о том, что пропускная способность ТРВ выше производительности испарителя.
Негативные нюансы пульсации
При дальнейшем открытии ТРВ, пульсации прекратятся, низкое давление стабилизируется, а температуры 1 и 2 приобретут одинаковое значение. Компрессор станет работать в условиях, когда на его входе имеются неиспарившиеся частицы. Правда, данный режим может привести к негативным последствиям.
Настройка терморегулирующего вентиля
Давайте рассмотрим наиболее простой и верный способ. К используемым манометрам подключаем электронный термометр, датчик которого крепим на термобаллоне ТРВ (рис.8.4). Для того, чтобы обеспечить стабильность настроек необходимо все действия производить при температуре близкой к отключению компрессора. Категорически не рекомендуется их выполнять при высокой температуре ТРВ в охлаждаемом объеме.
Предлагаемая технология настройки основана на том, что вначале необходимо ТРВ вывести на предельный режим, во время которого начнутся пульсации. Для этого ТРВ медленно открывается до появления пульсации (показания манометра НД и термометра остаются неизменными). При возникновении пульсаций перегрева необходимо прикрывать ТРВ до тех пор, пока они не прекратятся.
Не следует вращать регулировочный винт больше, чем на один оборот, поскольку предельный режим пульсации может наступить через ¼, а иногда и через 1/8 оборота. После всех совершенных изменений необходимо выждать порядка 15 минут. В конечном результате это поможет сократить общее время настройки.
Если в период работы установки в пульсирующем режиме слегка закрыть ТРВ (пол-оборота), то это будет значить, что терморегулирующий вентиль настроен на минимально возможный перегрев. В этом случае заполнение испарителя жидким хладагентом станет оптимальным, и пульсации прекратятся.
Стоит учитывать, что давление конденсации должно оставаться практически стабильным, но максимально приближенным к номинальным условиям работы, поскольку от нее зависит производительность ТРВ.
Характеристики, принцип работы и монтаж терморегулирующего вентиля
В системах отопления и кондиционирования, работающих в переменных условиях окружающей среды, совершенно необходима регулировка мощности действующей установки. Это позволяет поддерживать требуемую температуру и экономить расход энергии при ее работе. В автоматическом режиме с этой задачей справляется терморегулирующий вентиль. Он контролирует поток рабочей среды, реагируя на внешние изменения температуры.
Внешний вид терморегулирующего устройства в системе охлаждения
Конструкция и принцип работы
В холодильных установках и кондиционерах используется замкнутый контур, по которому циркулирует хладагент, меняя свое агрегатное состояние в испарителе. В системах отопления нагрев осуществляется при перекачке горячей жидкости к термоэлементам. Несмотря на разработку различных альтернативных способов охлаждения и нагрева, подобная схема работы является основной.
При небольшой мощности устройства не требуется постоянная подстройка под внешние изменения. В маломощных системах охлаждения роль регулятора выполняет дроссель из капиллярной трубки. Его работа не зависит от производительности испарителей и не способен менять уровень хладагента в контуре.
В отопительных контурах устанавливаются ручные регуляторы. В них изменение потока горячей жидкости осуществляется поворотом рукоятки, опускающей или поднимающей ограничительный шток.
Устройство ручного вентиля отопления
В системах, где требуется постоянная подстройка под изменяющиеся внешние условия, регулировка мощности охлаждения или нагрева осуществляется изменением величины потока рабочей среды.
Основным регулятором силы потока является ТРВ, что означает терморегулирующий вентиль. Это устройство прямого действия. Для его работы не требуется поступление внешней энергии. Вентиль реагирует на перегрев паров, выходящих из испарителя. А он, в свою очередь, зависит от нагрузки на охладительную систему.
Дополнительным преимуществом применения терморегулирующих вентилей является некритичность системы к точному количеству заполняющего хладагента.
Внутреннее устройство регулятора показано на рисунке.
Классический терморегулирующий вентиль для систем охлаждения
Основными элементами ТРВ являются:
Совокупность диафрагмы, термобаллона и капиллярной трубки называют термоэлементом. Именно он воспринимает окружающую температуру и осуществляет регулирование подачи хладагента.
Принцип работы вентиля заключается в движении мембраны под действием трех сил:
После достижения равновесия между этими тремя силовыми составляющими диафрагма устанавливает требуемую величину потока хладагента.
Давление термобаллона = уравнивающее давление + давление пружины на мембрану.
При изменении температуры и возрастании тепловой нагрузки в испарителе увеличивается нагрев термобаллона и давление заполняющей его жидкости. Через капиллярную трубку оно передается диафрагме, в результате чего происходит открывание вентиля и увеличение подачи хладагента в испаритель.
По схожему принципу устроен и термостатический клапан радиатора отопления.
Терморегулятор для отопительных систем
В нем роль термобаллона выполняет чувствительный элемент (поплавок), расположенной в полости, заполненной жидкостью или газом. При изменении температуры происходит уменьшение или увеличение объема среды. В результате поплавок меняет свое положение, сдвигая шток, который изменяет проходное сечение клапана.
Наиболее чувствительными считаются термоэлементы, заполненные газом. Они реагируют на температурные изменения быстрее, чем жидкостные. Но и стоят они дороже.
Характеристики и виды терморегулирующих вентилей
При выборе устройства необходимо обращать внимание на следующие параметры:
Терморегулирующие вентили для охлаждения и кондиционирования различаются по виду подачи уравнивающего давления из испарителя.
Внутреннее уравнивание
Передача давления под нижний край диафрагмы происходит через проточенные зазоры вокруг штока. Этот тип вентилей используется только для однозаходных испарителей, имеющих малое гидравлическое сопротивление.
Давление хладагента на мембрану осуществляется перед его подачей в испаритель.
Внешнее уравнивание
В более совершенной системе регулирования уравнивающее давление поступает в вентиль непосредственно с выхода испарителя. Для подвода этого давления в корпусе предусмотрена дополнительная входная трубка, обеспечивающая поступление хладагента от испарителя под мембрану термоэлемента. При этом поддиафрагменная полость изолируется отдельным уплотнением от выходного давления клапана.
Схема подвода давления к термоэлементу при внешнем уравнивании
Такие регуляторы применимы для работы при любых способах охлаждения и на разных типах хладагента. Но их нельзя использовать по схеме с внутренним уравниванием. Трубка под уравнивание обязательно должна соединяться с выходом испарителя. Заглушать ее нельзя.
Способы присоединения вентилей к трубам системы:
Терморегулирующие вентили систем отопления различаются по форме в зависимости от их расположения на трубе. Прямые или осевые врезаются в ровный участок трубопровода. Угловые варианты устанавливаются в местах изгиба трубы и меняют направления движения жидкости.
Угловой термостатический вентиль с воздухоотводчиком
Особенности монтажа
Установку терморегулирующих вентилей для отопления и кондиционирования следует рассматривать отдельно, поскольку требования и рекомендации в этих случаях отличаются.
Установка в систему кондиционирования
Общий вид включения терморегулирующего устройства в схему трубопровода для холодильных установок показан на рисунке.
Типовая схема установки ТРВ в систему охлаждения
При монтаже необходимо соблюдать следующие правила:
Если нет возможности установить термобаллон на горизонтальном участке трубопровода, то допускается его крепление на вертикальной трубе. Но направление хладагента должно быть сверху вниз, а баллон закреплен капиллярной трубкой вверх.
Установка терморегулирующего вентиля в отопительных магистралях
Основным элементом централизованной системы является тепловой радиатор или конвектор. Наиболее удобно регулировать величину потока горячей жидкости в каждом устройстве отдельно.
Схема подключения терморегулирующих вентилей в системе отопления
Для надежной регулировки теплопотока на каждый радиатор устанавливаются два устройства – на входе и выходе. В однотрубных системах, где движение рабочей среды по элементам последовательное, необходима установка байпасов. Это обводные трубки, обеспечивающие функционирование магистрали в случае перекрытия или засорения одного из радиаторов.
Возможные ошибки монтажа и неисправности
Основные проблемы в работе ТРВ возникают из-за неправильного места установки самого вентиля или термобаллона. На точность регулировки могут влиять и малозначительные факторы при закреплении элементов устройства.
Возможные ошибки при монтаже ТРВ для холодильной установки
Одной из распространенных проблем является неточная передача термобаллоном требуемого давления на термоэлемент. Причиной этого может быть его плохой контакт с выходным трубопроводом испарителя. Место установки должно быть тщательно зачищено и покрыто теплопроводной пастой. Нельзя располагать термобаллон на сварных швах, соединяющих трубы.
Сам датчик должен быть изолирован, чтобы окружающий воздух не влиял на его температуру.
Полный выход терморегулирующего вентиля зачастую происходит из-за применения моделей с внутренними элементами из пластика.