Экономайзер компрессора — система, которая переохлаждает основной поток жидкого хладагента перед испарителем за счёт испарения части хладагента при промежуточном давлении и подаёт полученный пар непосредственно в компрессор через специальный ECO-порт. Результат — прирост холодопроизводительности на 10–32% при увеличении потребления электроэнергии на 10–15%, то есть реальный рост COP системы.

Экономайзер реализует в одном компрессоре идею двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением — без второго компрессора и без сложного двухконтурного цикла. Выигрыш тем больше, чем ниже температура кипения и чем выше степень сжатия: именно для низкотемпературных применений (−25…−40 °C) экономайзер даёт максимальный эффект.

Frostsystems предоставляет полный сервис холодильных компрессоров в Москве и МО — диагностика с подключением сервисного ПО производителя, замена масла и фильтров-осушителей, опрессовка контура азотом, вакуумирование и заправка хладагентом R134a, R513A, R404A по массе.

Принцип работы: цикл с промежуточным впрыском пара

В стандартном одноступенчатом цикле жидкий хладагент после конденсатора дросселируется в ТРВ сразу до давления испарения. При высокой степени сжатия значительная часть хладагента флэшируется в ТРВ, не совершая полезной работы по охлаждению. Экономайзер устраняет этот термодинамический недостаток.

В цикле с экономайзером жидкий хладагент из конденсатора делится на два потока. Основной поток (m) проходит через теплообменник экономайзера, где переохлаждается на 5–15 °C. Малый поток (i) расширяется через ТРВ экономайзера до промежуточного давления, испаряется в теплообменнике, охлаждая основной поток, и в виде перегретого пара подаётся в ECO-порт компрессора.

Компрессор сжимает этот пар от промежуточного давления до давления нагнетания — работа меньше, чем при сжатии от давления всасывания. Основной поток при этом несёт больше холода в испаритель: более глубокое переохлаждение увеличивает холодильный эффект на каждый килограмм хладагента. Суммарный прирост холодопроизводительности превышает дополнительные затраты мощности — COP системы растёт.

Экономайзер с пластинчатым теплообменником

Теплообменниковый экономайзер — наиболее распространённый тип для спиральных и винтовых компрессоров. В качестве теплообменника применяется малогабаритный паяный пластинчатый теплообменник (BPHE) типа Alfa Laval, Danfoss или Swep.

Схема работы: жидкость из конденсатора → пластинчатый теплообменник (основной поток охлаждается) → ТРВ испарителя. Одновременно: ответвление жидкости → ТРВ экономайзера → та же сторона пластинчатого теплообменника (малый поток испаряется) → ECO-порт компрессора.

Преимущества теплообменникового типа:

глубокое переохлаждение — до 15 °C и более
пар на выходе теплообменника полностью перегрет — нет риска попадания жидкости в ECO-порт
компактная конструкция, простая схема

Недостаток: теплообменник требует правильного подбора по площади теплообмена; при неверном подборе — малая степень переохлаждения или недостаточный перегрев ECO-пара.

Экономайзер с флэш-сепаратором

Флэш-сепаратор (промежуточный ресивер) — альтернативный тип, чаще применяемый в крупных промышленных системах с поршневыми двухступенчатыми компрессорами или несколькими параллельными компрессорами.

Жидкость из конденсатора дросселируется до промежуточного давления в ёмкость-сепаратор. Часть жидкости флэшируется в пар, который отводится в ECO-порт; оставшаяся жидкость в сепараторе насыщена при промежуточной температуре — она подаётся в ТРВ испарителя.

Преимущество флэш-сепаратора: простая конструкция без теплообменника, работает при любых условиях.

Недостаток: пар из сепаратора — насыщенный, без перегрева. При подаче в компрессор существует риск захвата капель жидкости, поэтому флэш-сепаратор требует дополнительного перегревателя или применяется только в компрессорах, допускающих подачу влажного пара (некоторые поршневые и винтовые конструкции).

ECO-порт в спиральных компрессорах

Copeland Scroll ZF EVI (Enhanced Vapour Injection) — наиболее распространённый пример спирального компрессора с ECO-портом. Серии ZF*KVE, ZF Summit EVI. Компрессоры ZF EVI работают на R404A, R448A, R449A, R452A при температуре кипения от −40 °C до +7 °C.

ECO-порт расположен в корпусе спирального блока в точке промежуточного сжатия. Два симметрично расположенных отверстия обеспечивают равномерный впрыск пара в обе стороны спирали. Давление впрыска — примерно среднегеометрическое между давлением всасывания и нагнетания:
Peco ≈ √(Pвс × Pнагн)

При испарении −30 °C и конденсации +40 °C для R404A: Peco ≈ √(1,52 × 15,5) ≈ 4,85 бар абс. — соответствует температуре насыщения около +5 °C.

Перегрев пара на ECO-входе должен составлять 5–8 К: это гарантирует отсутствие капель жидкости в точке впрыска. Контроль выполняет ТРВ экономайзера с термобаллоном на линии ECO-пара после теплообменника.

При работе без нагрузки экономайзера (закрытый ТРВ или соленоид на ECO-линии) компрессор ZF EVI работает как стандартный одноступенчатый — без повреждений.

ECO-порт в винтовых компрессорах

Большинство полугерметичных винтовых компрессоров Bitzer серий HSN, CSH, CSVH имеют стандартный ECO-штуцер на корпусе. В отличие от спиральных компрессоров, в винтовых ECO-порт — стандартная конструктивная особенность, а не дополнительная опция.

Положение ECO-порта соответствует определённому угловому положению роторов, где камера сжатия достигает промежуточного давления. При подаче пара через ECO-порт массовый расход хладагента через компрессор возрастает без увеличения частоты вращения — прирост холодопроизводительности достигается при умеренном росте потребляемой мощности.

Bitzer указывает прирост производительности с ECO для серии HSN:

при −30 °C / +40 °C: +12–18% холодопроизводительности
COP вырастает на 7–10%

Маслоохладитель в винтовых компрессорах часто совмещён с контуром экономайзера: масло охлаждается хладагентом промежуточного давления — экономайзерный контур выполняет двойную функцию.

Эффект экономайзера: цифры и условия

Прирост производительности нелинеен: он зависит от температуры кипения и степени сжатия.

Вывод: при температуре кипения выше −10 °C экономайзер даёт умеренный эффект, и его применение требует экономического обоснования. При −25 °C и ниже экономайзер окупается быстро — прирост производительности позволяет уменьшить количество компрессоров или снизить установленную мощность.

Дополнительный эффект: снижение температуры нагнетания на 5–15 °C за счёт охлаждения горячего газа более холодным ECO-паром. Для низкотемпературных применений, где температура нагнетания критически высока, это самостоятельное преимущество независимо от прироста производительности.

Компрессоры с поддержкой экономайзера

Спиральные (Scroll EVI):

Copeland ZF*KVE, ZF Summit EVI — диапазон −40…+7 °C, хладагенты R404A, R448A, R449A
Danfoss VZH EVI — аналогичный диапазон

Винтовые (ECO-порт стандартен):

Bitzer HSN 5361…7471, CSH 7553…9591 — ECO-штуцер в стандартной комплектации
Bitzer CSVH — низкотемпературные винтовые с ECO
Fusheng, Mycom — большинство серий имеют ECO-порт

Поршневые (двухступенчатые):

Bitzer 2FES, 4FES, 6FES — истинные двухступенчатые компрессоры; экономайзер реализован конструктивно в виде промежуточного охладителя между ступенями
Copeland двухступенчатые серии для сверхнизких температур

Центробежные:

Danfoss Turbocor TT/TG/TI — опциональный экономайзер с флэш-сепаратором, особенно эффективен при высоких нагрузках

Обвязка и арматура экономайзерного контура

Корректная обвязка — условие работоспособности экономайзера.

ТРВ экономайзера — термостатический расширительный вентиль с внешним уравниванием давления. Термобаллон устанавливается на линии ECO-пара после теплообменника для измерения температуры выходящего пара. Уставка перегрева — 5–8 К. Производители: Danfoss TLEX, Castel, Sporlan серия ECO.
Соленоидный вентиль на ECO-линии — обязательный элемент. Открывается вместе с запуском компрессора; закрывается при остановке. Без соленоида при остановке компрессора жидкий хладагент из теплообменника перетекает через ТРВ в линию ECO-пара и попадает в компрессор — гидравлический удар при следующем пуске.
Пластинчатый теплообменник экономайзера подбирается по расчётному массовому расходу через ECO-контур (обычно 10–15% от основного потока). Применяются компактные паяные BPHE типоразмером B5 или B8 (Alfa Laval, Danfoss, Swep).
Изоляция ECO-линии пара — обязательна. Линия несёт пар при температуре насыщения промежуточного давления (около 0…+10 °C). Без изоляции — конденсация влаги, обмерзание.
Запорный вентиль на ECO-жидкостной линии — для сервисного обслуживания теплообменника без эвакуации всего контура.

Диагностическая таблица

Холодопроизводительность с ECO не выше, чем без него;ТРВ экономайзера закрыт или засорён — пар не поступает в компрессор;Проверить температуру на ECO-штуцере компрессора, открытие соленоида, работу ТРВ Жидкость на ECO-штуцере компрессора при пуске (гидравлический удар);Соленоид на ECO-линии не закрывается при остановке;Проверить управляющий сигнал соленоида, заменить катушку или клапан Высокий перегрев ECO-пара (выше 15 К);ТРВ экономайзера недостаточно открыт или засорён;Проверить настройку перегрева, прочистить или заменить ТРВ Низкий перегрев ECO-пара (ниже 3 К);ТРВ открыт слишком широко — риск попадания жидкости в ECO-порт;Увеличить уставку перегрева ТРВ экономайзера Температура нагнетания не снижается с включением ECO;Малый расход через ECO-контур — теплообменник подобран неправильно или ТРВ занижен;Проверить массовый расход через ECO (по давлению и температуре на входе и выходе теплообменника) Обмерзание на ECO-линии пара;Линия ECO-пара не изолирована при температуре насыщения ниже 0 °C;Утеплить ECO-паровую линию каучуком 13 мм Компрессор стучит при пуске после длительной остановки;Жидкость скопилась в ECO-контуре через незакрытый соленоид при остановке;Убедиться в закрытии соленоида при останове, проверить нагреватель картера

Типичные ошибки

Не устанавливают соленоидный вентиль на ECO-линии. Экономайзерный теплообменник при остановке компрессора заполняется жидким хладагентом. При следующем пуске жидкость поступает в ECO-порт — гидравлический удар повреждает спиральные элементы или торцевые уплотнения. Соленоид — обязательный элемент обвязки, не опция.
Устанавливают ТРВ без внешнего уравнивания давления. ТРВ с внутренним уравниванием работает по перепаду давлений на входе и выходе самого клапана. В ECO-контуре давление после ТРВ — промежуточное, не совпадающее с давлением всасывания. ТРВ без внешнего уравнивания даёт некорректный перегрев — ECO-система работает нестабильно.
Не изолируют паровую линию ECO-контура. ECO-пар имеет температуру +5…+10 °C — на неизолированной трубе конденсирует влага, при низкой наружной температуре образуется лёд. Иней на ECO-линии — прямой признак отсутствия изоляции.
Применяют ECO-компрессор без теплообменника — просто заглушают ECO-порт. Компрессор работает как обычный одноступенчатый, никакого ущерба нет, но весь потенциал экономайзера теряется. Часто происходит при замене компрессора по принципу «как было» без изучения схемы.

Frostsystems выполняет монтаж экономайзерных контуров для компрессоров Copeland ZF EVI и Bitzer с ECO-портом: подбор теплообменника, установку ТРВ и соленоидного вентиля, регулировку перегрева с пуско-наладочными работами — Москва и Московская область.

Не знаете с чего начать?

Оставьте ваши контактные данные и инженер разберется в вашей проблеме и предложит пути решения.

Экономайзер компрессора холодильной установки: принцип работы, типы и эффект

Что такое экономайзер компрессора