Пластинчатые испарители и конденсаторы: теплообменники для чиллеров и тепловых насосов

ООО «ПРОМТЕХРЕШЕНИЯ» · В чиллере и тепловом насосе пластинчатый теплообменник работает не с двумя водами. С одной стороны кипит или конденсируется хладагент под давлением 10-40 бар, с другой течёт вода или гликоль. Отсюда свои правила: другой класс давления, распределитель хладагента, защита от замерзания и даже другой технический регламент. Разбираем, где в холодильной машине стоят пластинчатые аппараты, как подобрать испаритель и конденсатор, почему аппарат на 30 бар не годится для R410A на ГВС и как не разморозить испаритель.

Коротко

•      Для хладагентов применяют паяные пластинчатые аппараты: медно-паяные, никель-паяные или полностью нержавеющие. Аппараты с прокладками на стороне хладагента не применяют.

•      Класс давления выбирают по давлению конденсации. R410A и R32 при 60 °C дают около 38-39 бар, нужен аппарат на 45 бар. Для R134a и R407C обычно хватает 30 бар.

•      В испарителе хладагент входит снизу и кипит вверх, в конденсаторе горячий газ входит сверху. Вода идёт противотоком.

•      По руководству Danfoss испаритель больше чем на 30 пластин берут с распределителем хладагента, тепловой поток держат не выше 20 кВт/м².

•      Главная авария испарителя это замерзание воды. Защита: реле протока, датчик температуры выходящей воды, реле низкого давления, насос включается раньше компрессора и выключается позже.

•      Медная пайка не переносит аммиак, сульфиды и агрессивную воду. На скважинной воде у теплового насоса часто ставят промежуточный теплообменник.

•      Паяные аппараты под хладагент попадают под ТР ТС 032/2013. Паяные ТТ, которые мы поставляем, задекларированы по нему до 2031 года.

Где стоят пластинчатые аппараты в чиллере и тепловом насосе

Первые три аппарата работают с хладагентом и почти всегда паяные. Промежуточный работает с водой и гликолем, он может быть и разборным: это обычный водо-водяной аппарат, который защищает испаритель или конденсатор от грязной воды.

Конденсатор отдаёт больше тепла, чем испаритель забирает. В него приходит тепло испарителя плюс работа компрессора. При тепловом насосе с коэффициентом преобразования 4 конденсатор на 40 кВт работает в паре с испарителем примерно на 30 кВт.

Почему паяные

В паяном аппарате пакет пластин из нержавеющей стали спаян в вакуумной печи медью или никелем. Прокладок нет, поэтому аппарат держит высокое давление хладагента и не теряет его через резину. Объём каналов маленький: по каталогу ТТ 2026 года у типоразмера ТТ14 объём одного канала 0,026 л, у ТТ95 0,21 л. Это значит меньше заправки хладагента и ниже категория по регламенту о безопасности оборудования под давлением.

Разборные аппараты в холодильном контуре не применяют: производители в руководствах по подбору испарителей и конденсаторов говорят только о паяных и сварных аппаратах. Разборный пластинчатый аппарат может стоять рядом, в водяном контуре градирни или скважины.

Какой припой для каких сред

Запрет на аммиак и соединения серы для медной пайки прямо записан в руководстве по эксплуатации паяных аппаратов XB. Alfa Laval в каталоге аппаратов для холодильных систем пишет, что медно-паяные не применяют для прямого охлаждения пищевого продукта и агрессивных сред, для этого есть AlfaNova из нержавеющей стали. Как устроены паяные аппараты в целом и чем они отличаются от разборных, разобрано в статье разборный или паяный теплообменник.

Как работает пластинчатый испаритель

После расширительного вентиля хладагент приходит в испаритель смесью жидкости и пара. Alfa Laval описывает схему так: двухфазный хладагент входит в нижний левый угол, кипит, поднимаясь по каналам, и выходит сверху сухим паром, перегретым на несколько градусов. У всех испарителей SWEP вход хладагента тоже в нижнем порту F3, и производитель прямо предупреждает: поток кипения должен идти вверх, переворачивать испаритель без согласования нельзя. Вода идёт навстречу, сверху вниз.

Перегрев и стандартный режим

Перегрев нужен, чтобы в компрессор не попала жидкость. Danfoss в руководстве по подбору предлагает принимать перегрев 5 K, если в задании нет других данных. Стандартный режим чиллера по тому же руководству: кипение 2 °C, вода 12/7 °C. Правило по умолчанию: вода на выходе на 5 K теплее температуры кипения, на входе ещё на 5 K теплее.

Распределитель хладагента

Смесь пара и жидкости плохо делится по каналам. Если в пакете много пластин, дальние каналы получают меньше жидкости, часть площади работает на перегрев, и мощность падает. Danfoss даёт правило: испаритель больше чем на 30 пластин нужно брать с распределителем жидкости. В маркировке ТТ такое исполнение обозначено буквой Q, двухконтурное с распределителем DQ. Alfa Laval в своём каталоге оценивала эффект распределителя в 20 % площади.

Двухконтурные испарители

В чиллерах с двумя компрессорами часто два независимых холодильных контура, а вода общая. Двухконтурный испаритель позволяет пропустить оба контура через один аппарат. Alfa Laval пишет, что такой аппарат меньше рискует разморозиться, чем два отдельных: когда один контур выключен, вода всё равно омывает каналы второго. По каталогу ТТ двухконтурные ТТ-230 и ТТ-250 выпускаются только медно-паяными.

Как работает пластинчатый конденсатор

Горячий газ из компрессора входит в конденсатор сверху. В верхней части он охлаждается до температуры насыщения, дальше конденсируется, и внизу жидкость немного переохлаждается. Стандартный режим конденсатора у Danfoss: газ на входе 75 °C, конденсация 45 °C, переохлаждение 2 K, вода 20/40 °C.

Для теплового насоса на отопление и ГВС режим тяжелее. Чтобы нагреть воду до 55-60 °C, конденсация идёт при 60-65 °C, и давление хладагента растёт. Об этом следующий раздел.

Давление: 30 или 45 бар

Паяные аппараты выпускают в нескольких классах давления. У ТТ индекс в маркировке прямо указывает рабочее давление: 3.0 значит 30 бар, 4.5 значит 45 бар, испытательное давление в полтора раза выше. Danfoss для R410A и CO2 применяет модели на 45 бар, для R134a и R407C стандартные на 30 бар.

Какой класс нужен, определяет давление насыщения хладагента при максимальной температуре конденсации. Мы посчитали его по уравнениям состояния (CoolProp), значения абсолютные:

Давление насыщения хладагентов, бар абс.

Пример. Тепловой насос на R410A греет воду для ГВС до 55 °C, конденсация 60 °C. Давление 38,4 бар абсолютного, около 37,4 бар избыточного. Аппарат на 30 бар здесь не проходит, нужен индекс 4.5. Тот же насос на R134a при 60 °C даёт 16,8 бар, и 30-барного аппарата хватает с запасом.

На этом ошибаются даже продавцы. В одном из примеров в интернете конденсатор теплового насоса на R410A при 65 °C подобран на рабочее давление 25 бар, хотя давление насыщения при этой температуре около 43 бар. Такой аппарат рискует разгерметизироваться при первом же летнем режиме.

Пример: испаритель чиллера на 50 кВт

Возьмём стандартный режим Danfoss: вода 12/7 °C, кипение 2 °C, перегрев 5 K.

G = 50 / (4,19 × 5) = 2,39 кг/с ≈ 8,6 м³/ч

LMTD = (10 − 5) / ln(10 / 5) ≈ 7,2 K

Danfoss ограничивает тепловой поток испарителя 20 кВт/м². Значит площадь не меньше 50 / 20 = 2,5 м². В этом режиме размер аппарата задаёт именно ограничение по тепловому потоку. При площади пластины около 0,05 м² это порядка 50 пластин, больше 30, значит нужен испаритель с распределителем.

Потери давления Danfoss рекомендует держать до 300 кПа по хладагенту и до 50 кПа по воде, для конденсатора до 50 кПа по обеим сторонам. Окончательно аппарат подбирают в программе производителя по марке хладагента и точному режиму.

Пример: конденсатор теплового насоса на 40 кВт

Тепловой насос на R410A отдаёт в отопление 40 кВт. Сравним два режима. Конденсацию примем на 3 °C выше температуры воды на выходе, теплоту перегрева газа для простоты не учитываем.

На тёплый пол хватило бы аппарата на 30 бар. Но если тот же насос летом греет бак ГВС, давление подходит к 37 бар, и аппарат нужен на 45 бар. Класс давления проверяют по самой высокой температуре конденсации, которая возможна в системе, с учётом режима ГВС и уставки реле высокого давления.

Ограничение 20 кВт/м² даёт площадь не меньше 2 м². Расход воды в режиме тёплого пола вдвое больше, поэтому потери давления по воде проверяют именно в нём.

Замерзание испарителя: главная авария

Вода в испарителе течёт в нескольких градусах от льда. Danfoss называет минимальную температуру кипения для чиллера с водой 2 °C: ниже этого при остановке водяного насоса появляется риск замерзания и разгерметизации аппарата. Лёд в узком канале расширяется, рвёт пайку и пластины, и вода смешивается с хладагентом. Такой аппарат меняют целиком, вместе с осушкой и чисткой всего холодильного контура.

Как быстро это происходит, видно по цифрам. Возьмём тот же испаритель на 50 кВт. Фильтр забился, и расход воды упал вдвое, а компрессор ещё не успел снизить нагрузку:

Δt = 50 / (4,19 × 1,2) ≈ 10 K

Вода остывает на 10 °C вместо 5 °C и выходит с температурой около 2 °C, то есть сравнивается с температурой кипения. Стенка у выхода воды уходит в минус. Лёд обычно появляется именно там, внизу испарителя на выходе воды, где она холоднее всего.

Когда риск выше всего:

•      пуск при холодной воде или холодном воздухе на конденсаторе;

•      оттайка реверсом у теплового насоса воздух-вода;

•      откачка хладагента в ресивер перед остановкой (pump-down);

•      одновременная остановка компрессора и насоса;

•      падение расхода из-за фильтра, воздуха или закрытой арматуры.

Что защищает испаритель:

•      Реле протока или перепада давления на воде. Нет протока, компрессор не запускается.

•      Датчик температуры выходящей воды с отключением компрессора до опасной температуры.

•      Реле низкого давления на стороне хладагента.

•      Логика насоса. Насос запускается раньше компрессора и останавливается позже.

•      Фильтр на входе воды. SWEP в руководстве J&E Hall требует сетку 0,5 мм на входе, Alfa Laval для испарителей AC указывает максимальный размер частиц 0,9 мм.

•      Гликоль там, где возможен мороз. По данным SWEP 25 % этиленгликоля защищает до −12 °C. Слив воды на зиму защищает не полностью: часть воды в пакете остаётся.

•      Пароизоляция. Обычная теплоизоляция на холодном аппарате пропускает влагу, она конденсируется под изоляцией, замерзает и может разорвать пластины снаружи.

Как гликоль меняет расчёт и какой выбрать, мы разбирали в статье пропиленгликоль или этиленгликоль в теплообменнике.

Монтаж

Последний пункт важен. Вода в каналах хладагента после гидроиспытания почти не выводится и потом даёт кислоту и лёд в холодильном контуре. Поэтому фреоновую сторону испытывают газом.

Вода и обслуживание

Медно-паяный аппарат чувствителен к воде. Danfoss в руководстве по качеству воды для медно-паяных аппаратов задаёт ориентиры:

Отсюда практический вывод для теплового насоса на скважинной воде. Если в воде железо, хлориды или сероводород, испаритель ставят за промежуточным теплообменником: скважинная вода греет гликоль в отдельном аппарате, а испаритель работает в чистом закрытом контуре. Промежуточный аппарат проще чистить и дешевле менять. Цена решения в эффективности: лишние 3 K на промежуточном аппарате снижают коэффициент преобразования примерно на 6 %. Это наша оценка по циклу Карно для конденсации 45 °C и кипения −3 °C против −6 °C.

Водяную сторону SWEP советует проверять на загрязнение раз в год или каждые 5 000 моточасов. Промывают 5-15 % раствором фосфорной кислоты, для частых промывок 5 % раствором щавелевой. Как правильно промывать и какие реагенты не повредят пайку, в статьях о промывке теплообменника и о средствах для промывки.

Пластинчатый или кожухотрубный испаритель

Граница около 500 кВт упоминается в отраслевых публикациях, каталоги Alfa Laval давали паяные испарители до 600 кВт. Кожухотрубные испарители и конденсаторы Alfa Laval есть в разделе кожухотрубных теплообменников. Общее устройство кожухотрубного аппарата описано в статье о кожухотрубном теплообменнике.

Технический регламент ТР ТС 032/2013

Паяный аппарат с хладагентом это сосуд под давлением. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 032/2013 распространяется на сосуды для газов группы 2 (большинство фреонов) при расчётном давлении выше 0,05 МПа, вместимости больше 0,001 м³ и произведении давления на вместимость больше 0,005 МПа·м³. Для горючих хладагентов группы 1, например пропана R290 и аммиака, порог ниже: 0,0025 МПа·м³.

Каждую полость многополостного сосуда категорируют отдельно. Водяная полость под регламент практически не попадает: для жидкостей группы 2 пороги намного выше, давление больше 1 МПа и произведение больше 1 МПа·м³.

Оценим аппарат ТТ50 на 60 пластин в исполнении 4.5. Каналов хладагента около 30, по 0,095 л, это примерно 2,9 л. Произведение 4,5 МПа × 0,0029 м³ ≈ 0,013 МПа·м³, для газа группы 2 это первая категория. Небольшие аппараты с полостью хладагента меньше литра под регламент не попадают вовсе.

На практике паяные ТТ задекларированы по ТР ТС 032/2013: декларация от 22 октября 2026 года действует по 21 октября 2031 года. Требования безопасности к самим холодильным системам и тепловым насосам с 1 февраля 2023 года задаёт ГОСТ 34891.2-2022, он заменил ГОСТ EN 378-2-2014.

Что прислать для подбора

Опросный лист производителя ТТ на испаритель хорошо показывает, без чего подбор не сделать:

1.    Холодопроизводительность или мощность по шильду компрессора.

2.    Марка хладагента и число контуров: один или два.

3.    Температура или давление кипения, для конденсатора температура газа на входе, конденсации и переохлаждение.

4.    Охлаждаемая или нагреваемая среда: вода, гликоль и его концентрация.

5.    Расход и температуры среды на входе и выходе.

6.    Допустимые потери давления по обеим сторонам.

7.    Максимальные давление и температура.

8.    Присоединения: под пайку, SAE или резьба.

Если меняете аппарат в существующей машине, пришлите фото шильда старого аппарата и компрессора. По ним восстановим режим и проверим класс давления.

Сколько стоят

В нашем каталоге на конец октября 2026 года паяные ТТ14R с присоединениями SAE для хладагентов стоят от 10 680 ₽ за 10 пластин до 17 180 ₽ за 40 пластин. Испарители ТТ112Q с распределителем хладагента на 60-160 пластин стоят от 129 300 до 316 000 ₽. Весь ряд в разделе паяных теплообменников ТТ, другие бренды в общем разделе паяных теплообменников.

Типичные ошибки

•      Аппарат на 30 бар под R410A или R32 на высокую конденсацию. Давление насыщения при 60 °C около 38-39 бар.

•      Водо-водяной аппарат в роли испарителя. Без распределителя хладагент распределяется плохо, мощность падает, растёт риск замерзания.

•      Испаритель перевёрнут. Хладагент входит сверху, кипение идёт против естественного движения пара.

•      Нет реле протока и фильтра. Первый же засор заканчивается льдом в каналах.

•      Медная пайка на агрессивной воде. Хлориды, аммиак и сероводород разрушают припой.

•      Гидроиспытание фреоновой стороны водой. Влага остаётся в каналах и потом попадает в холодильный контур.

•      Большой запас площади. Испаритель с огромным запасом работает с низким тепловым потоком и нестабильным перегревом.

Чем поможет ПромТехРешения

Подберём паяный испаритель или конденсатор под ваш хладагент и режим, проверим класс давления по температуре конденсации и подскажем по защите от замерзания. Для тепловых насосов на скважинной воде подберём промежуточный теплообменник. Отправьте опросный лист или фото шильда на странице подбора теплообменника, расчёт бесплатно.

Частые вопросы

Какой теплообменник нужен для фреона и воды?

Паяный пластинчатый: медно-паяный для фреонов и воды нормального качества, никель-паяный или полностью нержавеющий для агрессивных сред. Аппараты с прокладками на стороне хладагента не применяют. Класс давления выбирают по давлению конденсации хладагента.

Какое давление должен выдерживать теплообменник для R410A?

Давление насыщения R410A при 45 °C около 27 бар абсолютного, при 60 °C около 38 бар. Для чиллера с умеренной конденсацией и особенно для теплового насоса на ГВС нужен аппарат на 45 бар. Danfoss применяет для R410A и CO2 модели на 45 бар.

Как правильно подключить пластинчатый испаритель?

Вертикально, хладагент входит в нижний порт и кипит вверх, вода идёт навстречу, сверху вниз. На входе воды ставят сетчатый фильтр 0,5-0,9 мм, реле протока и датчик температуры выходящей воды. Испаритель закрывают пароизолирующей изоляцией.

Почему замерзает испаритель чиллера?

Из-за падения расхода воды, пуска при холодной воде, оттайки реверсом, откачки хладагента перед остановкой или одновременной остановки компрессора и насоса. Если расход воды падает вдвое, вода остывает вдвое сильнее и может выйти с температурой кипения. Лёд разрывает каналы, и аппарат приходится менять.

Как защитить пластинчатый испаритель от замерзания?

Реле протока на воде, датчик температуры выходящей воды, реле низкого давления, запуск насоса раньше компрессора и остановка позже, фильтр на входе воды. Там, где возможен мороз, применяют гликоль: 25 % этиленгликоля по данным SWEP защищает до −12 °C.

Когда нужен испаритель с распределителем хладагента?

По руководству Danfoss по подбору, когда в испарителе больше 30 пластин. Распределитель равномерно делит смесь жидкости и пара по каналам. В маркировке ТТ такое исполнение обозначено буквой Q, двухконтурное с распределителем DQ.

Нужен ли промежуточный теплообменник для теплового насоса на скважине?

Если в воде железо, хлориды или сероводород, да. Скважинная вода греет гликоль в промежуточном аппарате, а испаритель работает в чистом контуре. За это приходится платить эффективностью: лишние 3 K снижают коэффициент преобразования примерно на 6 %.

Пластинчатый или кожухотрубный испаритель выбрать?

Паяный пластинчатый компактнее и требует меньше хладагента, его применяют примерно до 500-600 кВт. Кожухотрубный лучше для больших мощностей, аммиака и грязной воды, он легче переносит замерзание. Пластинчатый после замерзания обычно меняют целиком.

Подпадает ли паяный теплообменник под ТР ТС 032/2013?

Полость хладагента является сосудом для газа. Для фреонов группы 2 регламент применяется при давлении выше 0,05 МПа, вместимости больше 0,001 м³ и произведении давления на вместимость больше 0,005 МПа·м³. Маленькие аппараты с полостью меньше литра под него не попадают, крупные получают категорию. Паяные ТТ задекларированы по ТР ТС 032/2013.

Чем испытывать фреоновую сторону паяного теплообменника?

Газом. Руководство по эксплуатации паяных аппаратов XB прямо требует заменять гидравлические испытания фреоновой стороны пневматическими. Вода в каналах хладагента плохо удаляется и потом вредит холодильному контуру.