Картерен нагревател на компресора – как работи и защо е важен през зимата?

При съвременните инверторни климатици компресорът е един от най-важните и скъпи компоненти на цялата система. Неговата задача е да циркулира хладилния агент между вътрешното и външното тяло, като осигурява необходимите условия за пренасяне на топлина.

Но има един специфичен проблем, който възниква при продължителен престой на климатика в студено време.

Когато компресорът е изключен, температурата му постепенно се изравнява с температурата на околната среда. При определени условия хладилният агент може да мигрира към компресора, да кондензира в него и да се разтвори в компресорното масло.

Точно тук се появява ролята на картерния нагревател (Crankcase Heater).

Това е специален нагревателен елемент, предназначен да поддържа температурата на компресорното масло и корпуса на компресора над определено ниво, когато условията го изискват. По този начин се ограничава миграцията и натрупването на течен хладилен агент в компресора и се намалява рискът от проблеми при следващото стартиране.

1. Какво представлява картерният нагревател?

Картерният нагревател е електрически нагревателен елемент, който се монтира върху или в непосредствена близост до корпуса на компресора, обикновено в долната му част – зоната на картера, където се намира компресорното масло.

При различните конструкции може да бъде:

• Външен нагревателен пояс (Crankcase Heater Band).

• Нагревателен елемент, монтиран в специално предвидено гнездо.

• Вграден нагревател, конструктивно интегриран в компресора.

Най-разпространеното решение при много климатични и термопомпени системи е външен електрически нагревател, който обхваща част от корпуса на компресора.

Неговата задача не е да отоплява помещението и не участва непосредствено в процеса на климатизация. Той има защитна функция – да поддържа подходящи температурни условия в компресора по време на престой.

Важно е да се знае, че не всеки климатик има отделен картерен нагревател. Наличието му зависи от конструкцията на компресора, използвания хладилен агент, работния температурен диапазон и инженерното решение на производителя.

2. Защо хладилният агент може да попадне в компресора?

За да разберем необходимостта от картерен нагревател, трябва да разгледаме поведението на хладилния агент в хладилния кръг.

Климатичната система представлява затворен контур, в който хладилният агент се движи между компресора, топлообменниците и разширителното устройство.

Когато компресорът работи, той засмуква газообразен хладилен агент от смукателната страна, повишава неговото налягане и температура и го подава към нагнетателната страна.

След спиране на компресора циркулацията прекъсва, но наляганията и температурите в системата продължават да се променят.

Ако компресорът се окаже по-студен от други части на хладилния кръг, той може да се превърне в място, към което мигрира хладилен агент.

Този процес се нарича миграция на хладилен агент (Refrigerant Migration).

Той е особено важен при продължителен престой, когато външните температури са ниски, а температурното разпределение в системата благоприятства придвижването на хладилния агент към компресора.

При определени условия агентът кондензира и се натрупва в корпуса на компресора.

Това не означава, че при всяко спиране на климатика хладилният агент задължително попада в картера. Рискът зависи от конструкцията на системата, вида на хладилния агент, температурите, наляганията и продължителността на престоя.

3. Какво се случва с компресорното масло при разтваряне на хладилен агент?

Това е една от най-важните причини за използването на картерен нагревател.

Компресорът има нужда от специално компресорно масло, което осигурява смазване на движещите се механични части.

В зависимост от конструкцията на компресора маслото смазва:

• Лагерните повърхности.

• Въртящите се и движещите се механизми.

• Контактните повърхности на компресиращия механизъм.

• Елементите, за които производителят е предвидил маслено смазване.

При определени комбинации от хладилен агент и масло е възможно значително количество хладилен агент да се разтвори в маслото.

Това променя физичните му свойства.

Намаляване на вискозитета

Когато хладилният агент се разтвори в маслото, ефективният му вискозитет може да намалее. Това означава, че масленият филм, който разделя движещите се повърхности, може да стане по-тънък.

Вискозитетът е изключително важен за образуването на стабилен смазочен слой. Ако той е недостатъчен за конкретните работни условия, се увеличава рискът от гранично смазване и износване.

Промяна на поведението на маслото при стартиране

При стартиране налягането в компресора се променя бързо. Разтвореният в маслото хладилен агент може да започне интензивно да се отделя от него.

Това може да доведе до образуване на пяна и силно раздвижване на маслената смес.

Процесът е известен като Oil Foaming – разпенване на маслото.

При силно разпенване част от маслото може да бъде увлечена от потока на хладилния агент и да напусне картера.

В резултат временно може да се намали количеството масло, което е на разположение за смазване на компресора.

Това е особено нежелателно при стартиране, когато механичните компоненти започват да се движат и трябва да получат надеждно смазване.

4. Как картерният нагревател предотвратява тези проблеми?

Принципът на работа е сравнително прост, но ефектът му върху надеждността на компресора е съществен.

Картерният нагревател подава контролирано количество топлина към корпуса на компресора.

Когато температурата на компресора се поддържа по-висока от тази на останалите подходящи за миграция участъци от системата, се намалява склонността на хладилния агент да кондензира и да се натрупва в картера.

Така се ограничават условията, при които хладилният агент може да се разтвори в компресорното масло в значително количество.

Основните защитни ефекти са:

1. Намалява се миграцията на хладилен агент към компресора.

2. Ограничават се условията за кондензация на хладилен агент в картера.

3. Намалява се рискът от прекомерно разтваряне на хладилен агент в маслото.

4. Подобрява се готовността на компресора за следващо стартиране.

5. Намалява се вероятността от силно разпенване на маслото при стартиране.

Важно уточнение: картерният нагревател не премахва хладилния агент от системата и не замества правилната конструкция на хладилния кръг. Той контролира температурните условия в зоната на компресора, за да ограничи нежеланата миграция.

5. Какви видове картерни нагреватели се използват?

Съществуват различни конструктивни решения.

5.1. Външен нагревателен пояс

<PRIVATE_PERSON>

Това е нагревателен елемент, който се монтира около корпуса на компресора.

Обикновено съдържа електрическо съпротивление, изолирано с подходящи материали, и е оформен така, че да осигурява добър топлинен контакт с корпуса.

Предимствата му са:

• Относително проста конструкция.

• Възможност за монтаж върху различни компресорни корпуси, когато са предвидени за това.

• Лесно управление чрез електрическата система на климатика.

• Ефективно предаване на топлина към корпуса.

5.2. Вграден картерен нагревател

При някои компресори нагревателният елемент е интегриран в самата конструкция.

Това позволява по-контролирано подаване на топлина към определена част от компресора.

Конкретното изпълнение зависи от производителя и типа компресор.

5.3. PTC нагревател

PTC означава Positive Temperature Coefficient – положителен температурен коефициент.

Това е нагревателен елемент, чието електрическо съпротивление се увеличава с повишаването на температурата.

При определени конструкции това свойство позволява саморегулиране на отделяната топлина.

Не всеки картерен нагревател е PTC. Технологията се използва само когато е предвидена от производителя.

6. Кога работи картерният нагревател?

Това е въпрос, който често се разбира неправилно.

Картерният нагревател обикновено е предназначен да работи, когато компресорът е спрян и съществува риск от миграция на хладилен агент.

При различните модели управлението може да бъде реализирано по различен начин.

Управление чрез външната електронна платка

Електронната платка следи определени температурни условия и управлява захранването на нагревателя.

В зависимост от програмата той може да се включва при определена външна температура или при изпълнение на други зададени от производителя условия.

Работа при изключен компресор

При някои системи нагревателят се захранва, докато компресорът не работи и климатикът е свързан към електрическата мрежа.

Това не означава, че всички климатици трябва да имат постоянно включен нагревател.

Предварително подгряване преди стартиране

Някои производители предвиждат определено време за предварително подгряване след възстановяване на електрозахранването или след продължителен престой.

Възможно е компресорът да не получи разрешение за стартиране, докато не бъдат изпълнени необходимите условия.

Това е защитен алгоритъм, а не непременно признак за повреда.

Точната логика на работа трябва да се проверява в сервизната документация на конкретния модел.

7. Защо не е достатъчно компресорът просто да се включи и да загрее сам?

Компресорът действително повишава температурата си по време на работа, но това не решава проблема при първоначалното стартиране след продължителен престой.

В началните моменти след стартиране:

• Налягането в хладилния кръг започва да се променя.

• Разтвореният в маслото хладилен агент може да се отделя.

• Възможно е образуване на пяна.

• Смазочните условия могат временно да бъдат неблагоприятни.

Точно затова защитата трябва да действа преди стартирането, а не само след като компресорът вече работи.

Картерният нагревател има превантивна функция. Той създава по-благоприятни условия за стартиране, преди компресорът да започне да циркулира хладилния агент.

8. Какво може да се случи, ако компресорът стартира с прекалено много течен хладилен агент?

При определени условия силното натрупване на течен хладилен агент в компресора може да доведе до сериозни проблеми.

Един от възможните механизми е т.нар. Liquid Floodback или наличие на прекомерно количество течен хладилен агент в смукателната страна по време на работа.

Трябва да разграничаваме няколко явления:

Разпенване на маслото

Разтвореният хладилен агент се отделя от маслото при промяна на налягането. Това може да предизвика пяна и увличане на масло.

Загуба на смазочна ефективност

Намаленият вискозитет и недостатъчното количество масло в критичните зони могат да влошат смазването.

Течен удар (Liquid Slugging)

Това е особено опасно явление, при което значително количество течен хладилен агент достига до компресиращия механизъм.

Тъй като течността практически не може да бъде компресирана като газ, при определени условия могат да възникнат механични натоварвания и повреди.

Не всяка миграция на хладилен агент води до течен удар. Това са различни процеси, но неконтролираната миграция може да създаде условия за неблагоприятно стартиране.

9. При кои климатици е особено важен картерният нагревател?

Картерният нагревател има особено значение при системи, които трябва да работят надеждно при ниски външни температури или могат да престояват продължително време в студена среда.

Това включва:

• Инверторни климатици за отопление.

• Термопомпени системи въздух–въздух.

• Термопомпи въздух–вода.

• Мултисплит системи.

• Системи с големи компресори и значителен обем хладилен агент.

• VRF/VRV системи.

Наличието на картерен нагревател обаче не е задължително при всеки климатик от тези категории.

При избора на климатична система е важно да се проверяват техническата документация и конкретното изпълнение на модела, а не да се правят изводи само по неговия ценови клас или отоплителна мощност.

10. Каква е разликата между картерен нагревател и нагревател на дъното на външното тяло?

Това са две различни системи с различни задачи.

Картерен нагревател

Монтира се върху или в компресора.

Неговата основна задача е да ограничи миграцията на хладилен агент към компресора и да поддържа подходящи температурни условия за компресорното масло.

Нагревател на дъното на външното тяло

Монтира се в долната част на външното тяло, под топлообменника.

Неговата задача е да предотвратява натрупването и замръзването на вода, която се отделя при работа на климатика в режим отопление и особено при циклите на размразяване.

При Defrost външният топлообменник се загрява, натрупаната скреж и лед се разтопяват, а водата се оттича надолу.

При ниски температури тази вода може да замръзне отново в основата на външното тяло. Нагревателят на дъното ограничава този проблем и помага за свободното оттичане.

Система за размразяване (Defrost)

Това е отделен работен алгоритъм на климатичната система.

При определени условия електрониката превключва хладилния цикъл така, че да затопли външния топлообменник и да отстрани натрупания скреж.

Defrost не е картерен нагревател и не изпълнява неговата функция.

Трите системи могат да присъстват едновременно в една климатична система, но не са взаимозаменяеми.

11. Консумира ли електроенергия картерният нагревател?

Да. Картерният нагревател е електрически консуматор.

Неговата консумация зависи от:

• Номиналната му електрическа мощност.

• Времето, през което е включен.

• Температурата на околната среда.

• Алгоритъма за управление.

• Конструкцията и топлинната изолация на компресора.

За да изчислим приблизителната консумация, използваме следната зависимост:

Енергия (kWh) = Мощност (kW) × Време (h)

Например, ако един нагревател е с мощност 30 W и работи общо 10 часа, изразходваната енергия е:

0,030 kW × 10 h = 0,30 kWh.

Това е примерна сметка, а не универсална стойност за всички климатици.

При реална система нагревателят може да работи периодично, а не през цялото време.

Неговата консумация трябва да се разглежда като част от защитата на компресора, а не като излишен разход.

12. Какво се случва, ако климатикът бъде изключен от електрическата мрежа през зимата?

Тук има важна особеност.

Ако картерният нагревател се управлява от електрониката и климатикът бъде напълно изключен от електрозахранването, той няма да може да изпълнява защитната си функция.

При продължителен престой в студени условия това може да увеличи риска от миграция на хладилен агент към компресора.

Затова при някои системи производителите препоръчват захранването да остане включено, когато климатикът не се използва за определен период през студения сезон.

При други модели има специфични изисквания за предварително подгряване преди стартиране.

Важно: Не трябва да се приема, че всички климатици имат еднакви изисквания. Следвайте инструкцията за експлоатация и сервизната документация на конкретния модел.

Ако климатикът е бил изключен продължително време, не бива да се заобикалят предвидените от производителя защитни закъснения.

13. Как се проверява картерният нагревател при сервизна диагностика?

Проверката трябва да се извършва от квалифициран техник, който разполага с необходимата техническа документация и измервателни уреди.

Основните проверки включват:

Визуален оглед

Проверява се дали нагревателят е монтиран правилно, дали има механични повреди, нарушена изолация или следи от прегряване.

Проверка на електрическото съпротивление

При изключено и безопасно разединено захранване може да се измери съпротивлението на нагревателния елемент.

Получената стойност се сравнява с техническите данни на производителя.

Приблизителната връзка между мощност, напрежение и съпротивление при обикновен резистивен нагревател е:

P = U² / R

Тази зависимост е приложима при съответните условия на измерване. При PTC и други саморегулиращи се елементи съпротивлението се променя с температурата.

Проверка на захранването

Измерва се дали нагревателят получава необходимото напрежение, когато управляващата система изисква включването му.

Проверка на управляващата електроника

Проверяват се изходът на електронната платка, температурните датчици и логиката за управление.

Проверка на температурните условия

При необходимост се измерва температурата на корпуса на компресора и се сравнява с условията, зададени от производителя.

Не трябва да се подава директно захранване към нагревателя без да се спазва предвидената схема и процедура за конкретния модел.

14. Какви са признаците за проблем с картерния нагревател?

Не винаги има видим симптом, който директно да показва повреда на картерния нагревател.

Възможни признаци могат да бъдат:

• Липса на очаквано подгряване при условия, при които производителят изисква такова.

• Прекъснал нагревателен елемент.

• Повреда в захранващата верига.

• Неправилно управление от електронната платка.

• Грешка, свързана с компресора или неговото управление, ако системата разполага с такава диагностика.

Самото забавено стартиране на климатика не доказва повреда. То може да е нормална защитна функция.

Не е правилно и всяка трудност при стартиране през зимата да се приписва на картерния нагревател. Причината може да бъде в захранването, датчиците, компресора, хладилния кръг или други защитни алгоритми.

15. Може ли картерният нагревател да замени правилния монтаж и сервиз?

Категорично не.

Картерният нагревател е само една от защитите на компресора.

Надеждната работа на климатичната система зависи и от:

• Правилния подбор на мощността.

• Коректното изпълнение на тръбните връзки.

• Правилното вакуумиране при монтаж.

• Спазването на допустимата дължина и денивелация на тръбния път.

• Правилното количество хладилен агент.

• Добрата електрическа връзка.

• Изправността на датчиците и електронното управление.

• Редовната техническа профилактика.

Дори климатик с картерен нагревател може да получи сериозна повреда, ако монтажът или експлоатацията не отговарят на изискванията на производителя.

16. Защо тази технология е важна при климатиците за основно отопление?

Когато климатикът се използва основно за отопление, компресорът работи продължително през отоплителния сезон, но има и периоди на спиране – през нощта, при достигане на зададената температура или когато помещението не се използва.

Външното тяло е изложено на атмосферните условия, а температурите могат да се променят значително.

В подобна среда управлението на компресора и защитите му са особено важни.

Картерният нагревател не увеличава отоплителната мощност и не прави климатика автоматично подходящ за работа при по-ниски температури. Неговата задача е да подпомага надеждността на компресора при определени условия на престой и последващо стартиране.

При избора на климатик за основно отопление трябва да се оценяват цялостната конструкция, работният температурен диапазон, отоплителната мощност при ниски температури, сезонната ефективност и предвидените защитни функции.

Заключение

Картерният нагревател е малък, но важен компонент в определени климатични и термопомпени системи.

Неговата роля е да ограничава миграцията на хладилен агент към компресора по време на престой и да създава по-благоприятни условия за компресорното масло преди следващото стартиране.

Това помага да се намали рискът от разпенване на маслото, влошено смазване и свързаните с тях механични натоварвания.

Важно е да помним, че картерният нагревател, нагревателят на дъното на външното тяло и системата Defrost изпълняват различни функции. Всеки от тях решава конкретен технически проблем.

При избора на климатик не трябва да гледаме единствено BTU, SEER или SCOP. Надеждността на системата зависи и от решенията, които производителят е предвидил за защита на компресора и хладилния кръг.

Клима Сервиз 2020 – климатици, монтаж и сервиз в Ловеч. Правилният избор и професионалният монтаж са основата на надеждната работа през всички сезони.