Цельноалюминиевые теплообменники для климатического рынка

Многие годы, медные трубы с алюминиевым оребрением являлись типичным выбором для конденсаторных теплообменников в климатическом оборудовании, но по причине стремительно растущих цен на медь, производители в последнее время начали серьезно рассматривать применение алюминиевых труб в качестве одного из способов снижения себестоимости и повышения энергоэффективности.

Конденсаторные теплообменники с алюминиевыми трубами и алюминиевым оребрением десятилетиями продаются на мировом рынке. Уже в 1970-х годах, американские General Electric и Bryant, подразделения компании Carrier, пытались адаптировать эти системы в наружных блоках. Однако пайка алюминиевых труб и трубные соединения между внутренними и наружными блоками, производящиеся на объекте, представляли определенные трудности. Кроме того, обслуживание и ремонт при возникновении утечки оказались чрезвычайно сложными для сервисных инженеров и, по этой причине, цельноалюминиевые теплообменники так и не получили широкого распространения.

Рис. 1. Традиционные теплообменники медь/алюминий (слева)
и плоские теплообменники с алюминиевыми трубками (справа).

Змеевики цельноалюминиевых теплообменников, называемые микроканальные, были разработаны в 2008 году, после чего производители автомобильных компонентов Luvata и Delphi приступили к продаже микроканальных теплообменников. Впоследствии, Carrier и другие компании начали процесс их адаптации к своему кондиционерному оборудованию. В настоящий момент, ведущие японские производители автомобильных кондиционеров, такие как Denso и Sanden, а также некоторые китайские предприятия, например Sanhua и DunAn, выпускают цельноалюминиевые теплообменники.

Микроканальные теплообменники

Микроканальные теплообменники использовались в автомобильной промышленности на протяжении 20 лет, однако на традиционном кондиционерном рынке данная технология появилась относительно недавно.

Микроканальные конденсаторные теплообменники используют цельноалюминиевую конструкцию с паянным оребрением. Змеевик состоит из трех компонентов: плоская микроканальная трубка, оребрение, расположенное между микроканальных трубок, и две хладагентных магистрали.

Качество и конструктивная целостность теплообменников могут быть оптимизированы благодаря необходимости лишь одной пайки – по сравнению с 200 или 300 ручных паяных соединений у традиционных устройств типа медь/алюминий (Cu/Al).

По словам компании Luvata, производителя змеевиков для теплообменников, микроканальные системы отличаются следующими особенностями:

• Повышенная эффективность по сравнению с традиционными теплообменниками.
• Уменьшенный объем заправки как фактор снижения стоимости – меньшее количество хладагента по причине малого внутреннего объема трубок теплообменника.
• Повышенная простота переработки благодаря использованию лишь одного типа (алюминий).
• Замедленный процесс коррозии по сравнению с двухметальными (Cu/Al) теплообменниками.

Использование цельноалюминиевых теплообменников возрастает

В Японии, производители автомобильных компонентов приступили к применению алюминиевых теплообменников раньше представителей климатической отрасли. Однако с учетом устойчивого повышения цен на медь, кондиционерные компании наращивают темпы разработки алюминиевых устройств. В феврале 2009 года, предприятие Corona анонсировало ввод в эксплуатацию первого на рынке чрезвычайно стойкого к коррозии алюминиевого теплообменника в некоторых моделях своих водонагревателей на базе теплового насоса Eco Cute (спецзаказ), что существенно уменьшает вес системы и делает ее более компактной. Данная технология была разработана в сотрудничестве с Японской Организацией по Разработке Новой Энергетической и Промышленной Технологии NEDO.

26 января 2012 года, компания Daikin выпустила серию коммерческих систем Zeas на основе теплового насоса, оснащенную первым в отрасли цельноалюминиевым микроканальным теплообменником (по данным издания JARN за март 2012 года). Вес наружного блока модели мощностью 5 л.с. была понижен с 80 кг до 59 кг – наиболее легкий на рынке.

8 июля 2013 года, компания Mitsubishi Electric анонсировала выход на рынок – с 1 октября 2013 года – 15 моделей наружных блоков VRF-системы City Multi PUHY-P YLM-A, демонстрирующих наивысший в отрасли Годовой Коэффициент Производительности APF благодаря применению первого на рынке теплообменника с плоскими люминиевыми трубками в наружном блоке.

Рис. 2. Новые цельноалюминиевые теплообменники
в VRF-системах Mitsubishi Electric.

Теплообменник с плоскими трубками производства Mitsubishi Electric достигает 30%-го повышения эффективности теплопередачи, частично вследствие дополнительного эффекта от улучшенного воздушного потока. По словам компании, серия Mitsubishi Electric PUHY-P YLM-A также отличается 27%-м увеличением рабочей эффективности на частичных нагрузках благодаря оптимизации производительности спирального компрессора. В результате ряда модернизаций, модель мощностью 8 л.с. из новой VRF-системы Mitsubishi Electric PUHY-P YLM-A может похвастаться коэффициентом APF равным 5.9, что соответствует, по мнению представителей компании, наивысшему показателю эффективности в отрасли.

Наращивание применения в руфтопах

В то время как основная цель разработки цельноалюминиевых теплообменников заключается в снижении себестоимости из-за зависимости экономического эффекта материала от рыночной цены на медь, преимущество в совокупном показателе себестоимости обеспечить довольно проблематично. Другие факторы, влияющие на стоимость, также необходимо учитывать, включая модификации производственных линий и сопутствующие инвестиции в оборудование. Кроме того, должны быть решены и прочие сложности, связанные с сервисом и техническим обслуживанием системы на объекте.

Рис. 3. Цельноалюминиевые теплообменники.

Несмотря на перечисленные вызовы и некоторые неопределенности, всеобщее признание цельноалюминиевых теплообменников в ближайшем будущем станет ярковыраженной тенденцией.

Американский производитель Carrier, ведущий игрок в этом сегменте, начал процесс адаптации цельноалюминиевых теплообменников к своим крышным кондиционерам с начальной стадии. Компания также использует эти устройства в некоторых моделях своих чиллеров. И пока известные климатические тяжеловесы York, Trane и Daikin преследуют рыночного лидера Carrier, цельноалюминиевые теплообменники стали стандартными в руфтопах в Соединенных Штатах Америки.

Правила использования материалов сайта