Γιατί τα κλιματιστικά χρησιμοποιούν χάλκινους σωλήνες: Θερμική, μηχανική και διαβρωτική απόδοση

Γιατί ο χαλκός είναι το προεπιλεγμένο υλικό ψυκτικού κυκλώματος

Ένα κλιματιστικό μηχάνημα κινεί τη θερμότητα αντί να τη δημιουργεί, και το ψυκτικό πρέπει να απορροφήσει θερμότητα στον εξατμιστή και να την απορρίψει στον συμπυκνωτή. Ο σωλήνας που μεταφέρει αυτό το ψυκτικό μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής μονάδας είναι επομένως μέρος της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας, όχι απλώς ένας σωλήνας. Ο χαλκός επιλέγεται επειδή εκτελεί τέσσερις εργασίες ταυτόχρονα: μεταφέρει τη θερμότητα αποτελεσματικά, συγκρατεί την πίεση του συστήματος με ένα λεπτό τοίχωμα, μπορεί να λυγίσει, να ξεφλουδιστεί και να συγκολληθεί επί τόπου χωρίς ειδικό εξοπλισμό και επιβιώνει δεκαετίες υγρής και ξηρής ποδηλασίας σε εξωτερικούς χώρους. Το αλουμίνιο μπορεί να αντικατασταθεί σε μερικούς από αυτούς τους ρόλους, αλλά σπάνια σε όλους ταυτόχρονα.

Θερμική και Μηχανική Απόδοση

Το χάσμα απόδοσης μεταξύ χαλκού και αλουμινίου φαίνεται καλύτερα δίπλα-δίπλα. Ο χαλκός μεταφέρει θερμότητα σε περίπου 390 έως 400 W ανά μέτρο kelvin στις ποιότητες σωλήνων που χρησιμοποιούνται για την ψύξη, ενώ το αλουμίνιο βρίσκεται κοντά στα 205 έως 237 W ανά μέτρο kelvin. Ο χαλκός είναι επίσης περισσότερο από τρεις φορές πιο πυκνός, κάτι που έχει σημασία για το βάρος αλλά όχι για την απόδοση, και έχει χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής, επομένως ένας συγκολλημένος σύνδεσμος καταπονείται λιγότερο από τον κύκλο της θερμοκρασίας.

Μηχανικά, ο ανοπτημένος χάλκινος σωλήνας συνδυάζει υψηλή αντοχή σε διάρρηξη με αρκετή ολκιμότητα ώστε να περιτυλίσσεται και να κάμπτεται γύρω από σφιχτές ακτίνες και σκληραίνει μόνο ελαφρά κατά τη λειτουργία. Ο σωλήνας αλουμινίου της ίδιας εξωτερικής διαμέτρου χρειάζεται ένα παχύτερο τοίχωμα για να φτάσει σε συγκρίσιμες τιμές πίεσης και είναι πολύ λιγότερο ανεκτικός σε επαναλαμβανόμενες κάμψεις και κραδασμούς. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο χαλκός παραμένει στάνταρ για τις γραμμές σύνδεσης μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής μονάδας, όπου ο σωλήνας κάμπτεται επί τόπου και στη συνέχεια θάβεται πίσω από έναν τοίχο ή διατρέχει μια οροφή.

Βαθμοί και πρότυπα για σωλήνα ψύξης

Οι σωλήνες κλιματιστικού είναι κατασκευασμένοι από φωσφόρο-αποοξειδωμένο χαλκό, που ονομάζεται C12200 ή Cu-DHP, με περιεκτικότητα σε χαλκό τουλάχιστον 99,9 τοις εκατό και σε φώσφορο στην περιοχή από 0,015 έως 0,04 τοις εκατό περίπου. Ο φώσφορος αποοξειδώνει το τήγμα, ώστε ο σωλήνας να συγκολληθεί σε αναγωγική ατμόσφαιρα χωρίς τον κίνδυνο ευθραυστότητας του υδρογόνου που επηρεάζει το οξυγόνο-που φέρει χαλκό, ενώ ο υπολειπόμενος φώσφορος κοστίζει μόνο μικρή αγωγιμότητα, η οποία είναι ασήμαντη σε ένα σωλήνα που εκτιμάται για θερμική απόδοση και όχι για ηλεκτρική αγωγιμότητα. Τα πρότυπα προϊόντων που αναφέρονται συνήθως είναι το ASTM B280 για χάλκινο σωλήνα χωρίς ραφή για κλιματισμό και ψύξη, GB/T 17791 για εξοπλισμό κλιματισμού και ψύξης και το EN 12735 μέρη 1 και 2, τα οποία καλύπτουν στρογγυλούς χάλκινους σωλήνες χωρίς συγκόλληση και τις αντίστοιχες ονομαστικές τιμές πίεσης. Καθορίζεται επίσης η καθαριότητα: η οπή κανονικά παρέχεται στεγνή και καλυμμένη, με όρια στο υπολειμματικό λάδι, την υγρασία και την περιεκτικότητα σε σωματίδια, επειδή η μόλυνση που παραμένει μέσα στο σωλήνα μεταναστεύει στη συσκευή διαστολής και προκαλεί εμφράξεις ή τριχοειδές πάγωμα.

Επιλογή πάχους τοιχώματος, θερμοκρασίας και ψυκτικού μέσου

Το πάχος του τοιχώματος δεν είναι σταθερή ιδιότητα διαμέτρου. προκύπτει από το ψυκτικό και την πίεση του συστήματος. Το R410A λειτουργεί σε υψηλότερες πιέσεις από το R22 που αντικατέστησε και το R32 τρέχει ξανά ψηλότερα, επομένως η ίδια διάμετρος πηνίου μπορεί να χρειάζεται παχύτερο τοίχωμα ή υψηλότερη αντοχή. Ως εκ τούτου, η επιλογή σωλήνων θα πρέπει να επιβεβαιώνεται με βάση τους πίνακες βαθμολόγησης πίεσης στο ισχύον πρότυπο προϊόντος και την πίεση σχεδιασμού του συστήματος, που δεν επιλέγεται από συνήθεια.

Οι επιφάνειες μεταφοράς θερμότητας συνήθως αναβαθμίζονται περαιτέρω. Ο εσωτερικός-αυλακωτός σωλήνας, που παράγεται με την έλξη ελικοειδών ραβδώσεων στην οπή, αυξάνει τον εσωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας προάγοντας το βρασμό των πυρηνικών και αραιώνοντας το υγρό φιλμ, έτσι ώστε ένα μικρότερο και ελαφρύτερο πηνίο να μπορεί να κάνει το ίδιο καθήκον. Ο αυλακωτός σωλήνας είναι το πρότυπο για το πηνίο εσωτερικού και εξωτερικού χώρου, ενώ ο απλός μαλακός σωλήνας χρησιμοποιείται για τις μεγαλύτερες γραμμές σύνδεσης όπου κυριαρχεί η κάμψη και η πτώση πίεσης είναι ο παράγοντας ελέγχου.

Διάβρωση και αξιοπιστία πεδίου

Ο χαλκός δεν σκουριάζει, αλλά δεν είναι άνοσος. Η πιο κοινή αστοχία στα πηνία κλιματισμού είναι η μυρμηκική διάβρωση, στην οποία οργανικά οξέα, τυπικά μυρμηκικό και οξικό οξύ που απελευθερώνονται από ορισμένους μονωτικούς αφρούς, κόλλες, στεγανωτικά και προϊόντα καθαρισμού, προσβάλλουν τον χαλκό και παράγουν ρηχές υπόγειες σήραγγες που τελικά τρυπούν τον τοίχο. Η επίθεση είναι δύσκολο να διαπιστωθεί μέχρι να εμφανιστεί διαρροή, επομένως η πρόληψη είναι θέμα σχεδιασμού και εγκατάστασης: κρατήστε τα πηνία καθαρά και στεγνά, αποφύγετε τα μονωτικά υλικά που απελευθερώνουν οργανικά οξέα σε υψηλή θερμοκρασία και διασφαλίζετε την ελεύθερη αποστράγγιση του συμπυκνώματος. Οι παράκτιες εγκαταστάσεις προσθέτουν προσβολή από χλωρίδιο-και απαιτούν στενότερο έλεγχο της γαλβανικής επαφής με τα πτερύγια αλουμινίου. Ο χαλκός είναι καθοδικός προς το αλουμίνιο, επομένως οποιαδήποτε υγρή γέφυρα μεταξύ των δύο δημιουργεί ένα γαλβανικό ζεύγος που θυσιάζει το πτερύγιο και μπορεί επίσης να επιταχύνει την επίθεση του σωλήνα. Η ανόμοια μεταλλική επαφή θα πρέπει να σπάσει με επίστρωση, με κατάλληλη ροδέλα ή χιτώνιο ή με διατάξεις αποστράγγισης που κρατούν τον σύνδεσμο στεγνό.

Σωλήνες χαλκού έναντι αλουμινίου

Οι συμπυκνωτές μικροκαναλιών αλουμινίου έχουν κερδίσει έδαφος επειδή μειώνουν το βάρος και το κόστος και σε ορισμένες αγορές αποτελούν το πρότυπο για το πηνίο εξωτερικού χώρου. Η ανταλλαγή-είναι πραγματική. Τα συγκροτήματα πηνίων αλουμινίου επισκευάζονται πιο δύσκολα, χρειάζονται συγκόλληση ροής ή μηχανική σύνδεση και δεν μπορούν απλώς να{3}}φουσκωθούν επιτόπου, επομένως μια μικρή διαρροή μπορεί να σημαίνει αντικατάσταση ενός πλήρους συγκροτήματος αντί για επισκευή ενός συνδέσμου. Το αλουμίνιο είναι επίσης πιο επιρρεπές σε γαλβανική προσβολή όταν αγγίζει χάλκινα εξαρτήματα σε άλλα σημεία του κυκλώματος και είναι πιο ευαίσθητο στην κόπωση από τους κραδασμούς. Ο πρακτικός διαχωρισμός στην αγορά είναι επομένως σαφής: το αλουμίνιο χρησιμοποιείται συχνά σε εργοστασιακά συγκροτήματα πηνίων όπου είναι διαθέσιμη ελεγχόμενη διαδικασία συγκόλλησης, ενώ ο χαλκός παραμένει το υλικό επιλογής για τις εγκατεστημένες γραμμές ψυκτικού στο πεδίο-και για εφαρμογές όπου η δυνατότητα συντήρησης και η μεγάλη διάρκεια ζωής κυριαρχούν στις προδιαγραφές.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Γιατί ο χαλκός είναι καλύτερος από το αλουμίνιο για σωλήνες κλιματιστικού;
Ο χαλκός μεταφέρει τη θερμότητα περίπου δύο φορές πιο αποτελεσματικά, φτάνει σε μια δεδομένη πίεση διάρρηξης με λεπτότερο τοίχωμα, μπορεί να λυγίσει, να φουσκώσει και να συγκολληθεί επί τόπου με συνηθισμένα εργαλεία και μπορεί να επισκευαστεί μετά από διαρροή. Το αλουμίνιο είναι ελαφρύτερο και φθηνότερο αλλά πιο δύσκολο να συνδεθεί και να επισκευαστεί.

Ε: Τι είδους χαλκό χρησιμοποιείται για το σωλήνα ψύξης;
Φωσφόρος-αποοξειδωμένος χαλκός, C12200 ή Cu-DHP, με ελάχιστη περιεκτικότητα σε χαλκό 99,9 τοις εκατό και περίπου 0,015 έως 0,04 τοις εκατό φώσφορο. Παρέχεται με πρότυπα όπως ASTM B280, GB/T 17791 ή EN 12735, στεγνό και με πώμα για συντήρηση ψύξης.

Ε: Επηρεάζει το ψυκτικό το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα;
Ναί. Τα ψυκτικά υψηλής πίεσης όπως τα R410A και R32 απαιτούν παχύτερο τοίχωμα ή υψηλότερη αντοχή από το R22 στην ίδια διάμετρο. Επιβεβαιώνετε πάντα την επιλογή σε σχέση με την ονομαστική πίεση στο ισχύον πρότυπο σωλήνα και την πίεση σχεδιασμού του συστήματος.

Ε: Τι είναι η μυρμηκική διάβρωση;
Είναι επίθεση υπόγειας σήραγγας που προκαλείται από οργανικά οξέα, συνήθως μυρμηκικό ή οξικό οξύ που απελευθερώνεται από μόνωση, κόλλες ή καθαριστικά. Διατρυπά χάλκινα πηνία από μέσα προς τα έξω και αποτρέπεται κυρίως από την επιλογή υλικού, την αποστράγγιση και τη διατήρηση του πηνίου στεγνό και καθαρό.

Ε: Αξίζει το επιπλέον κόστος ο εσωτερικός-αυλακωτός σωλήνας;
Για εφαρμογές σε πηνία, γενικά ναι. Οι ελικοειδείς κορυφογραμμές αυξάνουν τον εσωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, έτσι ένα μικρότερο και ελαφρύτερο πηνίο επιτυγχάνει το ίδιο καθήκον. Ο απλός σωλήνας εξακολουθεί να προτιμάται για μεγάλες γραμμές σύνδεσης όπου κυριαρχούν η κάμψη και η πτώση πίεσης.

Ε: Πώς πρέπει να αποθηκεύονται οι χάλκινες σωλήνες πριν από την εγκατάσταση;
Διατηρήστε τα καπάκια στη θέση τους, αποθηκεύστε τα πηνία σε εσωτερικούς και εκτός εδάφους και αποφύγετε την επαφή με χάλυβα και με υλικά που απελευθερώνουν οργανικά οξέα. Η υγρασία, η σκόνη και το λάδι που αφήνονται μέσα στο σωλήνα είναι μια κοινή αιτία πρώιμης βλάβης του συστήματος.