Oro kondicionieriuose esanti kapiliarinė vamzdelis yra svarbi oro kondicionavimo sistemų dalis, esanti tarp kondensatoriaus ir garinimo vieneto. Šios dalies funkcija yra reguliuoti per ją tekančio šaldymo skysčio kiekį, sukeldama slėgio kritimą. Šis procesas paverčia aukšto slėgio skystą šaldiklį žemo slėgio medžiaga dar prieš ji pateks į garinimo skyrių. Kadangi šiame procese nėra judančių dalių, šių vamzdžių fiksuota forma juos daro gana patikimus, palyginti su kitomis galimybėmis, tokio tipo kaip pletimosi vožtuvai, be to, jie paprastai yra pigesni. Pavyzdžiui, gana paplitęs kapiliarinis vamzdelis, kurio skersmuo apie 0,031 colio. Tokio dydžio vamzdelis normaliomis sąlygomis sumažina slėgio lygį maždaug perpus, kas padeda užtikrinti stabilų šaldymo skysčio tekėjimą visoje sistemoje.
Taip, kaip šaldymo srovė juda per tas mažas kapiliarines vamzdelius, atitinka pagrindines termodinamikos taisykles, kurias visi mokėmės mokykloje. Kai slėgis krinta nuo kondensatoriaus pusės iki garintuvo pusės, su šaldymo srove įvyksta kažkas įdomaus, kai ji keičia būseną. Skystas šaldymo skystis iš tikrųjų sugeria paslėptą šilumą plečiantis, o tai yra gana nuostabu, jei apie tai pagalvotumėte. Kai šaldymo srovė juda per siaurus kanalus, trintis kelia šilumą. Dėl šios priežasties entalpija mažėja maždaug 120 iki net 150 kJ viename kilograme daugelyje standartinių sistemų. Viski šie veiksniai kartu veikia, kad šiluma per sistemą tekėtų efektyviai ir padėtų išlaikyti stabilų veikimą, net kai apkrova svyruoja per dieną.
| Rūros ilgis | Vidinysis skersmuo | Slėgio mažėjimas | Masės srauto greitis |
|---|---|---|---|
| 1,5 m | 0,8 mm | Aukštas | Mažas |
| 2.2 m | 1,0 mm | Vidutinis | Vidmenis |
| 3,0 m | 1.2 mm | Mažas | Aukštas |
Kapiliarinių vamzdelių forma ir dydis tikrai daro įtaką sistemos veikimui. Ilgesni vamzdeliai sukuria didesnį pasipriešinimą skysčio tekėjimui, o storesni vamzdeliai leidžia pratekėti daugiau medžiagos. Atlikti tyrimai su 0,5 mm ir 1,5 mm skersmens vamzdeliais parodė, kad storesni vamzdeliai turėjo apie 63 % geresnį pratekėjimo pajėgumą, kai visi kiti parametrai buvo tokie patys. Pasirinkti tinkamą dydį reiškia rasti aukso vidurį tarp per mažo ir per didelio. Jei vamzdelis per mažas, garintuvui trūksta šaldymo priemonės. Jei per didelis – kompresorių užlieja, ko niekas nenori. Technikai praleidžia valandų skaičiuodami šiuos parametrus, nes teisingas pasirinkimas nulemia efektyvios šildymo, vėsinimo ir vėdinimo sistemos arba energiją gaištančios ir greičiau gendantios sistemos skirtumą.
Temperatūra, kurią į sistemą patenka šaldymo priemonė, svarbiai veikia kapiliarinių vamzdelių veikimą, nes ji keičia šaldymo priemonės klampumą ir jos būklės pokyčius. Kai įleidimo temperatūra pakyla maždaug 12 laipsnių Celsijaus, R410A klampumas sumažėja apie 18 %. Tai leidžia šaldymo priemonei greičiau tekėti per vamzdelius, tačiau iš esmės sumažina reikalingą slėgio skirtumą tinkamam šilumos mainams. Atsižvelgiant į faktinius duomenis iš komercinių pastatų šildymo, vėdinimo ir kondicionavimo sistemų įdiegimų, atsiranda dar vienas svarbus aspektas. Sistemos, kuriose įleidimo temperatūros neatitinka numatytųjų, gali prarasti net 23 % savo aušinimo galios, kaip nurodyta 2023 metais paskelbtuose ASHRAE tyrimuose. Tokio dydžio nuostoliai laikui bėgant kauptųsi pastatų operatoriams, kurie siekia užtikrinti patogias vidinių patalpų sąlygas.
Kai vario kapiliarinės vamzdelės įšyla, jos iš tikrųjų plečiasi apie 0,017% kiekvienam 10 laipsnių Celsijaus temperatūros kilimui. Šis pletimas sukelia vidinio skersmens sumažėjimą maždaug 0,008 milimetro, dėl ko kyla problemų skysčio tekėjimui. Problema tampa labai pastebima, kai aplinkos temperatūra pakyla virš 45 laipsnių Celsijaus. Pagal paskutiniais metais paskelbtus tyrimus apie šaldymo agentų tekėjimą, vamzdelių suvyniojimo į ritinį konfigūracijos geriau susidoroja su temperatūros sąlygomis nei tiesios formos. Tyrimų duomenys parodė, kad ritinio formos vamzdeliai sumažina tekėjimo svyravimus dėl temperatūros pokyčių maždaug dviem trečdaliais lyginant su tradicinėmis tiesiomis vamzdelėmis, todėl tai yra protingas pasirinkimas sistemoms, veikiančioms esant reikšmingiems temperatūros svyravimams.
R407C rodo 31% didesnį tūrinio srauto kintamumą nei R410A, kai aplinkos temperatūra svyruoja tarp 20°C ir 40°C. Dalinės apkrovos veikla dar labiau sustiprina šį efektą, o kintamosios spartos kompresoriuose esančios kapiliarinės vamzdelės patiria 2,7 karto didesnį masės srauto svyravimą nei pastoviosios spartos sistemose.
Kai temperatūra pakyla virš 35 laipsnių Celsijaus, tekėjimo pasipriešinimas ne tik didėja – jis iš tikrųjų pagreitėja, didėdamas apie 42 % greičiau kiekvienam papildomam laipsniui. Kodėl taip atsitinka? Na, kai temperatūra pakyla, į žaidimą įsijungia keli veiksniai. Pirmiausia, kai Reino skaičiai viršija 2 300 žymą, pradeda veikti turbulencija. Be to, vamzdelių vidurinėse dalyse pradeda formuotis garų burbulai. Ir nepamirškime, kaip laikui bėgant didėja paviršiaus nelygnumas. Laboratoriniai eksperimentai taip pat nuosekliai parodė kažką įdomaus. Kai temperatūra svyruoja 10 laipsnių, sistemos našumas skiriasi beveik 19 % labiau lyginant su panašiais tikslais, pasikeitus slėgiui vienam. Tai tikrai pabrėžia, kaip jautrios net menkiausiam temperatūros pokyčiui yra šios mikroskopinės kapiliarinės vamzdelės veikimo metu.
R22, R407C ir R410A našumas kapiliarinės vamzdelių sistemose žymiai skiriasi dėl jų skirtingų savybių, tokių kaip klampumas, tankis ir slaptosios šilumos charakteristika. Atlikus tyrimus esant apie 45 laipsnių Celsijaus aplinkos temperatūrai, Kim ir kolegų 2002 metų tyrimai parodė, kad R22 per tas pačias vamzdelių sistemas praleidžia apie 12–18 procentų daugiau masės nei R407C. Tačiau šią istoriją reikia pažvelgti ir iš kitos pusės. Nors R410A tūrinio srauto greitis yra mažesnis apie 8–10 procentų nei senojo R22, jis visgi užtikrina apie 15–22 procentų geresnį šilumos perdavimo efektyvumą. Dėl šios priežasties R410A yra populiarus pasirinkimas naujai kuriamoms sistemoms, nepaisant to, kad reikia didesnio darbinio slėgio. 2022 metais paskelbti nauji tyrimai taip pat atskleidė dar vieną R407C problemą. Dėl jo temperatūros pokyčių fiksuotų diafragmų sistemose atsiranda nedidelis, tačiau pastebimas efektyvumo sumažėjimas – apie 4–7 procentus, lyginant su vienkomponentiais šaldikliais, į ką specialistams reikėtų atkreipti dėmesį kuriant ir prižiūrint sistemas.
Skirtingų šaldiklių našumas esant kintančiai temperatūrai pakinta gana daug. Paimkime, pavyzdžiui, tai, kas vyksta esant maždaug 30 laipsnių Celsijaus kondensacijos temperatūrai. R410A išlaiko dalykus gana stabiliai, su maždaug plius arba minus 3 procentų srauto kiekio nuokrypiu. Tačiau R407C pasakoja kitą istoriją dėl jo zeotropinės prigimties, rodydamas daugiau svyravimų – maždaug plius arba minus 9 procentai. Kai žiūrime į mažo apkrovimo sąlygas, kai aplinkos temperatūra nukrenta iki 15 laipsnių Celsijaus, R22 pradeda kilti problemų. Dėl jo žemesnės kritinės temperatūros, anksti susidaro garų maištas, kuris sumažina aušinimo galingumą 14–19 procentų lygyje, lyginant su tuo, ką gali pasiūlyti R410A. Smagiai pakreipta, dar 2003 metais sukūrė modelį Choi, kuris gana gerai numato visus šiuos netiesinius veiksmus. Prognozės sutampa su faktiniais matavimais 88–92 procentais atvejų, veikimo temperatūrų diapazone nuo 20 iki 55 laipsnių Celsijaus, nors niekas nesako, kad jis būtų tobulas kiekvienoje situacijoje.
Modernizuojant R22 sistemas į R410A būtina pakeisti kapiliarinės vamzdelio dydį, kad būtų kompensuota 40 % didesnė darbo slėgis. Duomenys iš 85 modernizavimo projektų rodo, kad per maži vamzdeliai sukelia šias problemas:
Pagal ASHRAE 2023 metų modernizavimo rekomendacijas, termodinaminės simuliacijos įrankių naudojimas perkalibravimui sumažino šias problemas optimaliais atvejais 63 %.
Tiesioginės kapiliarinės vamzdelių konstrukcijos linkusios išlaikyti geresnį šaldymo skysčio tekėjimo stabilumą, kai temperatūra pakyla, nes jų skerspjūvis išlieka pastovus visoje vamzdelio ilgyje. Tyrimai parodė, kad šios tiesios konstrukcijos patiria maždaug 15 procentų mažiau slėgio kritimų lyginant su suvyniotais alternatyviniais vamzdeliais, kai atliekami terminio poveikio bandymai. Paprastas tiesus kelias sumažina vamzdeliuose kylančią turbulenciją, kuri dažnai atsiranda suvyniotuose vamzdeliuose, kai aplinkos temperatūra pakyla iki 35 laipsnių Celsijaus (95 laipsnių Farenheito) arba dar aukštesnės. Žinoma, suvyniotos konstrukcijos užima mažiau vietos, tačiau lenkiai sukuria papildomą pasipriešinimą, per kurį teka skystis. Šis padidėjęs trinties efektas sumažina masės tekėjimo stabilumą tarp 8 ir 12 procentų esant labai aukštai temperatūrai, kaip parodyta įvairių pastarųjų metų šildymo, vėdinimo ir kondicionavimo sistemų modeliavimo tyrimuose.
Svarbu tinkamai suderinti skersmenį ir ilgį kuriant kapiliarines vamzdelius, ypač atsižvelgiant į medžiagų išsiplėtimą esant aukštesnei temperatūrai. Daugelis inžinierių pastebėjo, kad vamzdeliai apie 0,03–0,05 colio pločio veikia gana gerai, o jų ilgis paprastai svyruoja nuo maždaug 12 pėdų iki 20 pėdų. Šie matmenys išlieka stabilūs beveik visose normaliose eksploatacijos sąlygose pasitaikančiose temperatūrose – nuo šaltų žiemos rytų, kai temperatūra apie 40 laipsnių pagal Farenheitą, iki vasaros karščio, pasiekiančio 115 laipsnių F. Šiandienos projektuotojai pradeda integruoti dirbtinį intelektą į savo modeliavimo įrankius, kad būtų galima prognozuoti, kaip vamzdeliai gali deformuotis esant skirtingoms temperatūrams. Tai leidžia priimti protingesnius sprendimus dėl sienelių storio koregavimo, kad skysčio tekėjimas išliktų stabilus, nukrypdamas tik maždaug ±3 procentus net esant ekstremalioms temperatūros svyravimams tarp sezono.
Dinaminio modeliavimo naudojimas leido prognozuoti, kaip kapiliariniai vamzdeliai veikia, kai aplink juos kinta temperatūra. Pagal praeitąmet paskelbtus tyrimus, kompiuterinės simuliacijos, vadinamos CFD, gali gana tiksliai numatyti šaldymo skysčio tekėjimo problemas, paprastai tiksliai iki 5 % nuo realių bandymų rezultatų. Šiuos modelius taip gerina tai, kad jie įtraukia praktikoje svarbius veiksnius, tokius kaip šaldymo skysčių perėjimas tarp skysčio ir garų būsenų, taip pat kaip variniai vamzdeliai šilumos metu šiek tiek plečiasi – maždaug 0,02 milimetrų vienam Celsijaus laipsniui. Toks detalus požiūris padeda inžinieriams sukurti geresnius projektus, ypač tų sudėtingų sritų, kur svarbi tikslumas.
Mašininis mokymasis keičia kapiliarinės vamzdelio optimizavimą, analizuodamas dešimtmečius trukusius operacinius duomenis. 2024 metų pramonės ataskaita nustatė, kad dirbtinio intelekto sukurti dizainai sumažina energijos suvartojimą 12–18 % lyginant su įprastomis metodais. Tačiau inžinieriai turi patvirtinti dirbtinio intelekto rezultatus fiziniu testavimu, ypač ekstremaliomis sąlygomis, kurios išeina už standartinių eksploatacinių sąlygų ribų.
Vedliai gamintojai priima temperatūrai reaguojančias kapiliarines sistemas, turinčias:
Tokio tipo adaptyvi strategija užtikrina nuolatinį aušinimo našumą nepaisant aplinkos temperatūros svyravimų iki 25 °C, viršijant fiksuoto dizaino vamzdelių našumą 19 % ASHRAE apkrovos vertinimuose.
Karštos naujienos
EN
