Οι τριχοειδείς σωλήνες λειτουργούν ως σταθερές οπές εκτονωτικές διατάξεις μέσα στα συστήματα θέρμανσης, ψύξης και αερισμού (HVAC), επιτρέποντας την παθητική μείωση της πίεσης του υγρού ψυκτικού μέσου. Όταν το ψυκτικό μέσο υψηλής πίεσης ρέει σε αυτούς τους στενούς σωλήνες (συνήθως περίπου 0,5 έως 2 mm πάχος), η αντίσταση που δημιουργείται στα τοιχώματα προκαλεί σταδιακή πτώση της πίεσης. Αυτό που ακολουθεί είναι αρκετά ενδιαφέρον - το υπέρθερμο υγρό μετατρέπεται σε μίγμα ατμού και υγρού σε χαμηλότερη πίεση και θερμοκρασία, κάνοντάς το έτοιμο να απορροφήσει αποτελεσματικά θερμότητα στο τμήμα του εξατμιστή του συστήματος. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα εδώ είναι ότι δεν υπάρχουν κινούμενα εξαρτήματα. Η μηχανική απλότητα αυτή έχει αποδειχθεί ότι λειτουργεί καλά στην πάροδο του χρόνου, κάτι που πολλοί τεχνικοί έχουν παρατηρήσει από πρώτο χέρι κατά τη διάρκεια της εμπειρίας τους στο πεδίο με διάφορες εγκαταστάσεις HVAC.
Οι μικρές μονάδες κλιματισμού εξαρτώνται πλήρως από το φυσικό σχήμα του τριχοειδούς σωλήνα για τον έλεγχο της ροής του ψυκτικού μέσου. Η ποσότητα του ψυκτικού μέσου που διέρχεται εξαρτάται πραγματικά από το πόσο μακρύς και πλατύς είναι ο σωλήνας. Αν κάποιος κατασκευάσει έναν σωλήνα 20% πιο μακρύ, τότε συνήθως θα δει περίπου ένα τρίτο λιγότερο ψυκτικό μέσο να διέρχεται, γιατί απλά υπάρχει περισσότερη τριβή μέσα στον σωλήνα. Όταν οι σωλήνες γίνονται πολύ στενοί, δημιουργούν παρόμοια προβλήματα αντίστασης όπως και τα πολύπλοκα μηχανικά βαλβίδια διεύρυνσης. Αυτό που είναι ενδιαφέρον σχετικά με αυτούς τους απλούς σχεδιασμούς είναι το πόσο αυτόματα προσαρμόζονται όταν οι πιέσεις αλλάζουν μέσα στο σύστημα. Για παράδειγμα, σε περιπτώσεις πιο ζεστών εξωτερικών θερμοκρασιών. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η πίεση στον συμπυκνωτή αυξάνεται και αυτό προκαλεί αυτόματα αύξηση της ροής του ψυκτικού μέσου μέσα από τον τριχοειδή σωλήνα, χωρίς να χρειάζονται πολύπλοκα ηλεκτρονικά ή αισθητήρια για να το διαχειριστούν.
Όταν το ψυκτικό μέσο κινείται μέσα από τον τριχοειδή σωλήνα, υφίσταται μια αρκετά μεγάλη πτώση πίεσης, μερικές φορές πάνω από 100 psi, κατά τη μετάβασή του από την υγρή κατάσταση στο μείγμα υγρού και ατμού που ονομάζουμε δίφασικο μείγμα. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της απώλειας πίεσης συμβαίνει στην πραγματικότητα στην αρχή, με το 90% περίπου να συμβαίνει μέσα στο πρώτο τρίτο τμήμα του σωλήνα. Μέχρι να φτάσει στην είσοδο του εξατμιστή, η πίεση συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 60 και 80 psi για τα συνηθισμένα ψυκτικά μέσα, όπως το R-410A ή παρόμοια που χρησιμοποιούνται συχνά σήμερα. Η ροή του υγρού ακολουθεί βασικά αυτήν τη φόρμουλα: το Q είναι ανάλογο του ΔP πολλαπλασιασμένου με την τέταρτη δύναμη της D διαιρούμενης με το L. Εδώ, το D αντιπροσωπεύει την εσωτερική διάμετρο του σωλήνα, ενώ το L αντιπροσωπεύει το συνολικό του μήκος.
Η απόδοση των τριχοειδών σωλήνων εξαρτάται πραγματικά από τη σωστή γεωμετρία. Όταν οι σωλήνες γίνονται πιο μακριοί, δημιουργούν μεγαλύτερη αντίσταση, κάτι που μειώνει την ποσότητα του ψυκτικού μέσου που διέρχεται μέσα από αυτούς. Οι σωλήνες με μεγαλύτερη διάμετρο επιτρέπουν τη διέλευση περισσότερης ποσότητας όμως. Λανθασμένες μετρήσεις οδηγούν σε προβλήματα είτε επειδή η πτώση πίεσης είναι πολύ μικρή είτε επειδή καταναλώνεται πολύ μεγάλη ενέργεια. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τα μικρά συστήματα κλιματισμού που χρησιμοποιούν τριχοειδείς σωλήνες, διότι δεν υπάρχει πολύς χώρος για εργασία. Ακόμη και οι μικρές αλλαγές στις διαστάσεις έχουν μεγάλη σημασία όταν ο χώρος είναι περιορισμένος. Για να λειτουργούν τα πάντα σωστά, οι τεχνικοί πρέπει να κάνουν μετρήσεις σε επίπεδο χιλιοστών, ώστε να ταιριάζουν όλα με τις απαιτήσεις του συστήματος ως προς την απόδοση και την αποδοτικότητα.
Η εσωτερική διάμετρος μαζί με το μήκος του σωλήνα παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της ποσότητας της πίεσης που πέφτει μεταξύ των εξαρτημάτων του συμπυκνωτή και του εξατμιστή. Με βάση πραγματικά στοιχεία από την έκθεση θεμελιωδών δεδομένων της ASHRAE του 2022, διαπιστώνουμε ότι η αύξηση της διαμέτρου ακόμα και κατά 0,5 mm οδηγεί σε βελτίωση της χωρητικότητας ροής περίπου 40%. Από την άλλη πλευρά, η προσθήκη ενός μέτρου στο μήκος του σωλήνα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της πτώσης πίεσης κατά 15% έως 22%. Οι περισσότεροι μηχανικοί που εργάζονται σε αυτά τα συστήματα προτιμούν να ρυθμίζουν πρώτα τις διαμέτρους για σημαντικές αλλαγές στη ροή, και στη συνέχεια επικεντρώνονται στις λεπτομέρειες ρυθμίζοντας τα μήκη. Αυτή η προσέγγιση τους βοηθά να επιτύχουν καλύτερα αποτελέσματα υπερψύξης, ενώ διασφαλίζουν την ομαλή λειτουργία του συνόλου του συστήματος χωρίς απρόβλεπτες διακυμάνσεις.
Πολύ μεγάλο μήκος σωλήνων μειώνει την πίεση του εξατμιστή, αυξάνοντας την κατανάλωση του συμπιεστή, ενώ η υπερβολική διάμετρος αυξάνει τον κίνδυνο επιστροφής υγρού λόγω πλημμύρας. Η μέγιστη απόδοση του συστήματος COP επιτυγχάνεται όταν η πτώση πίεσης διατηρείται μεταξύ 1,8–2,5 MPa και συνδυάζεται με κατάλληλες διαφορές θερμοκρασίας κορεσμού.
Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν δύο βασικές προσεγγίσεις: εμπειρικά διαγράμματα που συσχετίζουν τη ροή του ψυκτικού μέσου με τις διαφορές πίεσης, και αναλυτικά μοντέλα που χρησιμοποιούν αδιάστατους αριθμούς όπως οι Reynolds και Mach. Η σύγχρονη σχεδίαση βασίζεται ολοένα και περισσότερο στην υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD), η οποία επιτυγχάνει ακρίβεια έως και 97% στην πρόβλεψη της παροχής σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους διαστασιολόγησης.
Ο μαζικός ρυθμός ροής σε αυτές τις μικρότερες μονάδες κλιματισμού εξαρτάται από αρκετούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του σχήματος και του μεγέθους των σωλήνων, το είδος του ψυκτικού μέσου που χρησιμοποιείται, καθώς και τη διαφορά των πιέσεων μέσα στο σύστημα. Εξετάζοντας ειδικά τα συστήματα R134a, αν υπάρξει αύξηση μόλις 1 bar στην πίεση εισόδου, αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της συνολικής ροής κατά 18 έως 22 τοις εκατό, σύμφωνα με το ASHRAE Handbook του 2006. Όταν αναφερόμαστε σε συνθήκες περιορισμένης ροής (choked flow), αυτές προκύπτουν όταν η εξερχόμενη πίεση πέσει στο 35 έως 40 τοις εκατό της αρχικής, με αποτέλεσμα να σταματά η περαιτέρω αύξηση της ροής. Για να δώσουμε συγκεκριμένα νούμερα, ας πάρουμε υπόψη μια τυπική διάταξη, όπου κάποιος θα μπορούσε να εγκαταστήσει σωλήνα διαμέτρου 1,0 mm και μήκους περίπου 3,3 μέτρων. Υπό φυσιολογικές συνθήκες λειτουργίας με πίεση 15 bar, μια τέτοια διάταξη θα μετέφερε περίπου 16 χιλιόγραμμα ανά ώρα ψυκτικού μέσου μέσα από το σύστημα. Οι τεχνικοί που εργάζονται σε αυτά τα συστήματα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη όλες αυτές τις σχέσεις κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης και της συντήρησης.
Η φάση στην είσοδο επηρεάζει σημαντικά την απόδοση. Η είσοδος υποψυγμένου υγρού υποστηρίζει παροχές 35% υψηλότερες σε σχέση με διφασικά μίγματα, λόγω της μειωμένης δημιουργίας ατμών και των συνδεδεμένων απωλειών. Για παράδειγμα:
Πρόωρη εξάτμιση μέσα στον σωλήνα προκαλεί διακυμάνσεις πίεσης (2–3 bar), μειώνοντας τη σταθερότητα. Μελέτες μοντελοποίησης ροής επιβεβαιώνουν ότι η διατήρηση τουλάχιστον 8K υπόψυξης αποτρέπει την πρόωρη εξάτμιση στο 89% των μικρών εφαρμογών κοντιστών.
Μετά από μια αÏξική παÏάβαση υγÏοφάσης, η ταχεία επÎκταση επιταχÏνεται στο τελευταίο εκτό του σωλήνα, όπου οι βαθμίδες θεÏμοκÏασίας μποÏεί να υπεÏβοÏν επίσης 50°C/m. Αυτό επισημαίνει την αξιοσημία ακÏιβοÏÏ‚ φόÏτισης και ÏƒÏ‡ÎµÎ´Î¹Î±ÏƒÎ¼Î¿Ï Ï„Î¿Ï… ÏˆÏ…ÎºÏ„Î¹ÎºÎ¿Ï Î¼Îσου.
Οι τριχοειδείς σωλήνες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στα συστήματα συμπίεσης ατμών, καθώς λειτουργούν ως σταθερές διατομές εκτονωτικών συσκευών που συνδέουν την περιοχή του συμπυκνωτή υψηλής πίεσης με την περιοχή του εξατμιστή χαμηλής πίεσης του συστήματος. Όταν το ψυκτικό υγρό ρέει μέσα σε αυτούς τους στενούς σωλήνες, παρατηρείται αιφνίδια πτώση της πίεσης, η οποία προκαλεί την εκλυτική εξάτμιση. Αυτό που συμβαίνει σε αυτό το σημείο είναι αρκετά ενδιαφέρον: το υπέρ-ψυγμένο υγρό υψηλής πίεσης μετατρέπεται σε ένα πιο δροσερό κορεσμένο μίγμα, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να απορροφήσει αποτελεσματικά θερμότητα μέσα στον εξατμιστή. Μια σημαντική διαφορά μεταξύ των τριχοειδών σωλήνων και των θερμοστατικών βαλβίδων εκτονώσεως είναι ότι οι σωλήνες δεν χρειάζονται καθόλου αισθητήρες ή κινούμενα εξαρτήματα. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλα για εφαρμογές όπου η συντήρηση πρέπει να είναι ελάχιστη και τα συστήματα να είναι πλήρως στεγανοποιημένα από εξωτερικές παρεμβάσεις.
Οι τριχοειδείς σωλήνες χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές με σταθερό φορτίο και ευαίσθητο κόστος, λόγω της αξιοπιστίας και απλότητάς τους. Συνηθισμένα συστήματα περιλαμβάνουν:
Η μικρός τριχοειδής σωλήνας κλιματισμού το σχεδιασμός είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός σε συμπαγείς εγκαταστάσεις όπου το διαθέσιμο χώρο και η αξιοπιστία είναι κυρίαρχα. Τα συστήματα αυτά συνήθως λειτουργούν κάτω από 5 τόνους και αποδίδουν καλύτερα σε σταθερές περιβαλλοντικές συνθήκες. Η αυτορρύθμιση της φύσης τους επιτρέπει να προσαρμόζονται σε μικρές μεταβολές φορτίου χωρίς ηλεκτρονικούς ελέγχους, ενισχύοντας την αντοχή τους σε μόνιμα σφραγισμένα συστήματα.
Οι τριχοειδής σωλήνες προσφέρουν πραγματικά οφέλη όταν πρόκειται για μικρότερα συστήματα θέρμανσης και ψύξης. Εφόσον δεν υπάρχουν κινούμενα εξαρτήματα, αυτό σημαίνει ότι δεν υφίσταται μηχανική φθορά με την πάροδο του χρόνου, κάτι που μειώνει τις ανάγκες συντήρησης και τις βλάβες. Το γεγονός ότι οι σωλήνες αυτοί καταλαμβάνουν ελάχιστο χώρο τους καθιστά εύκολο να εγκατασταθούν σε περιορισμένους χώρους. Επιπλέον, η δυνατότητά τους να ρυθμίζουν τη ροή του υγρού αρκετά ακριβώς βοηθά στη διατήρηση σταθερής απόδοσης του συστήματος υπό διαφορετικές συνθήκες. Μια πρόσφατη έκθεση του 2024 για την αξιοπιστία των συστημάτων θέρμανσης και ψύξης έδειξε κάτι ενδιαφέρον - τα συστήματα που χρησιμοποιούσαν τριχοειδής σωλήνες είχαν περίπου 32% λιγότερες κλήσεις συντήρησης για θέματα σχετικά με τις συσκευές διαστολής από ό,τι εκείνα που βασίζονταν σε ηλεκτρονικές εκδοχές.
Οι τριχοειδείς σωλήνες ρυθμίζουν αυτόματα τη ροή του ψυκτικού μέσου όταν υπάρχουν αλλαγές στο φορτίο του συστήματος. Όταν το εξατμιστικό έχει μεγαλύτερο φορτίο, η διαφορά πίεσης αυξάνεται, με αποτέλεσμα να διέρχεται περισσότερο ψυκτικό μέσο μέσα από τον σωλήνα. Αντίστροφα, όταν το φορτίο μειώνεται, η ροή μειώνεται αυτόματα χωρίς καμία εξωτερική παρέμβαση. Αυτό που καθιστά τους σωλήνες τόσο χρήσιμους είναι ότι διατηρούν σταθερή λειτουργία καθ' όλη τη διάρκεια, χωρίς να χρειάζονται πολύπλοκοι αισθητήρες ή συστήματα ελέγχου. Υπάρχει όμως ένα μειονέκτημα. Επειδή οι τριχοειδείς σωλήνες έχουν σταθερές διαστάσεις, δεν λειτουργούν καλά σε περιπτώσεις όπου οι μεταβολές φορτίου υπερβαίνουν το 40% επάνω ή κάτω από το αρχικά προβλεπόμενο. Αυτός ο περιορισμός σημαίνει ότι οι χειριστές πρέπει να είναι προσεκτικοί ώστε να ταιριάζουν τις απαιτήσεις της εφαρμογής με τις προδιαγραφές των σωλήνων.
Η επιλογή του σωστού τριχοειδούς σωλήνα περιλαμβάνει την εξισορρόπηση τριών βασικών παραγόντων:
Η επιλογή των σωστών συνδυασμών υλικών είναι πολύ σημαντική αυτές τις μέρες, ιδιαίτερα όταν χρησιμοποιούνται νέοι ψυκτικοί παράγοντες, όπως το R-454B ή το R-32. Οι συνηθισμένοι χάλκινοι σωλήνες είναι κατάλληλοι για πολλούς τυπικούς ψυκτικούς παράγοντες, αν και μερικές φορές χρειάζονται ένα στρώμα νικελιού όταν χρησιμοποιούνται διαλύματα βασισμένα σε αμμωνία. Όταν τα υλικά δεν είναι συμβατά, τότε με την πάροδο του χρόνου παρουσιάζουν φθορές, τόσο στους ίδιους τους τους σωλήνες, όσο και στο μίγμα του ψυκτικού παράγοντα. Σύμφωνα με έρευνα της ASHRAE από το 2023, αυτή η ασυμβατότητα μπορεί να μειώσει την αποδοτικότητα του συστήματος κατά περίπου 19%. Επομένως, η επιλογή συμβατών υλικών δεν είναι απλώς μια καλή πρακτική, αλλά αποτελεί τη βάση για την αξιόπιστη λειτουργία των συστημάτων χρόνο μετά χρόνο, διατηρώντας τη θερμική τους απόδοση.
Τελευταία Νέα
EN
