Компрессор для холодильной машины.

Что такое компрессор для холодильной машины?
Не нужно приписывать ему каких либо мифических способностей.
Это всего лишь насос для перекачки газа из одного места в другое.
Устроен он примитивно, поршень, цилиндр, клапан на входе, клапан
на выходе.
В точности как велосипедный насос, не сложнее.
Другое дело, что прочность, материалы, точность и аккуратность изготовления
должны быть на высоте, чтобы проработал долго, ведь в отличии от
велосипедного насоса он совершает несколько десятков качков в секунду
(чаще всего от 25 до 60) и должен работать годами.
Но к самому принципу работы это отношение не имеет.
Кроме поршневых, существуют ротационные, винтовые, спиральные, да много
других. Там уже другие принципы работы, но задача остается та же.
Обычный поршневой компрессор не уступает по эффективности другим, а где-то даже превосходит.
В зависимости от условий работы и объемов перекачиваемых газов просто удобнее применять устройства разных конструкций.
Сколько хладагента, с запасенной в себе теплотой при кипении, компрессор перекачает, такова и будет считаться его производительность по холоду.
Для разных температур кипения, конденсации и разных используемых хладонов холодопроизводительность компрессора естественно будет разная.
Если перекачиваемый в единицу времени компрессором объем постоянен, то плотность паров хладагента с понижением температуры снижается, снижается и общая масса.
Количество паров, которые могут дать хладагенты при кипении различно и по объему и по массе. И теплота парообразования отличается.
Один м3 паров R410 может нести в себе в 1,5 раза больше теплоты, чем такой же объем R22 и в 2 раза больше чем R134a.
Но из-за большей плотности и отношения давлений, что ведёт к повышению потребляемой мощности для перекачки этого м3 газа, эффект не такой впечатляющий.
СОР, при одинаковых температурах кипения и конденсации, при использовании R410 будет больше всего на 2-4% относительно R22 и на
10-15% относительно R134. А вот размеры компрессора можно уменьшить в 1,5 раза.
В чиллере на 500 кВт вместо 3 компрессоров можно поставить 2, а продать дороже.

Теперь можно сформулировать первую подсказку для самостоятельного расчета теплового насоса. Подбор компрессора. При использовании в тепловых насосах с рабочей точкой от -10/+55 до 0/+40,
СОР соответственно от 2 до 4,5, каждый м3/час объемной производительности компрессора позволит получить мощность в конденсаторе:

для R134a 0,5-0,7 kw
для R22 , R407c, R417 , R422d 0,8-1,1 kw
для R410a 1,2-1,6 kw

Пример: рабочая точка -10/+55
для теплового насоса на R407c с необходимой мощностью по теплу 10 kw , необходимо использовать компрессор с производительностью 13 м3/час
Для R134, чтобы получить ту же мощность надо иметь больше компрессор,
с производительностью 20 м3/час,
для R410 будет достаточно 8 м3/час.

Не стоит усложнять и разделять мощности по холоду и теплу.
Эти соотношения уже учитывают потребляемую от сети мощность компрессора, которая тоже выделяется в конденсаторе в виде тепла.
Чтобы ТН мог работать с запланированной Вами мощностью, не только при кипении 0, но и при -10, если система скажем гликолевая, надо использовать меньшие цифры из приведенных выше показателей мощности на каждый м3/час производительности компрессора.
По воздушникам ещё грустнее.
Если планируется работа при окружающей температуре до -20, надо учитывать, что
температура кипения в испарителе будет ещё ниже, градусов на 7-10 .
При меньших перепадах температуры будут просто неразумными размеры и стоимость воздушного испарителя или скорость воздуха в нем и шум от пропеллеров.
При кипении под -30 плотность паров ещё меньше и можете себе представит каких размеров компрессор понадобится, скажем для R134.
При таких температурах кипения применяют уже другие хладоны.
Но и R22, R407с, R417, R422 тоже не выход.
В Октопусе например применяют R290 (пропан).
В Зубадане, чтобы уменьшить размеры и вес внешнего блока использует высокую холодопроизводительность R410а, хотя такая температура кипения для него тоже почти на пределе.
Тогда уж R404 или R507 ( в составе этого хоть R134 нет ).
Но опять размеры, да и хочется универсальности, Зубадан всё же сначала кондиционер, а потом уже тепловой насос для обогрева.
Давление R410 при температуре конденсации +50 уже зашкаливает.
На пределе и режим работы обычного компрессора.
Для безотказной работы нужно применять более эффективные способы охлаждения, чем просто парами хладона, да и температуру нагнетения надо бы снизить.

Поэтому перед тем, как перейти к теплообменникам, хотелось бы ещё совсем чуть-чуть о холодильных компрессорах.

И о некоторых технических примочках.
Повторюсь, компрессор - несложный механизм, хорошо отработанное устройство поршневого, к примеру, проще швейной машинки.
Параметры уже и так близки к максимально достижимым.
Усложнение конструкции на увеличение СОР повлиять почти никак не может.
Только если на уменьшение, например, при нерациональном использовании механического привода и снижением КПД, применяя, скажем ременную передачу.
Или работа электромотора на частичных нагрузках, что снижает cosφ, больше энергии уйдет на нагрев обмоток, в конечном итоге это тепло конечно никуда не пропадет, но СОР будет меньше.
Объемную производительность поршневого можно вычислить самому просто умножив площадь цилиндров на ход поршня и количество этих ходов в час.

Это так называемый описываемый поршнем объем. В реальности перекачиваемый объем меньше из-за потерь при сжатии и чем больше отношение давлений выход/вход, тем меньше будет производительность относительно максимально возможной, то есть относительно описываемого объема.
Это жидкости не сжимаются, а газы ведут себя в этом смысле просто безобразно , но зато собственно и стал возможен термодинамический цикл.
У ротационных, спиральных, винтовых, турбо и прочих, перемножением трёх чисел в уме вычислить даже теоретическую производительность никак не получится.
На неё влияют уже слишком много факторов.
Поэтому надо принимать заявленные производителем характеристики на веру, а ведь потери сжатия присутствуют тоже и далеко не малые.
В отличие от поршневых, у некоторых типов при снижении оборотов в 2 раза от номинальной, производительность упадет в несколько раз. Для плавной регулировки производительности это может быть удобно. А при повышении оборотов в 2 раза от номинальной производительность в 2 раза увеличиться не сможет. Это уже не совсем удобно.
Для снижения потерь сжатия, особенно при больших перепадах давлений, придумано несколько способов.
Один из них это подача жидкого или парообразного хладагента в середину
цикла сжатия, например так делают у некоторых спиральных или у винтовых.
То есть впрыскивают через специальный жиклёр в необходимой дозировке прямо в середину рабочей зоны винтов или спиралей.
Жидкий конечно эффективнее, но и опасней, можно ливануть лишнего.
Поэтому используют его при наибольших отношениях давлений, когда эффективность парообразного для охлаждения уже недостаточна.
Впрыскивая туда-сюда, в результате этим охлаждая газ и снижая давление нагнетания, соответственно уменьшаются потери сжатия. Улучшается производительность.
Также этим можно несколько расширить температурный диапазон работы компрессора, не боясь его преждевременной смерти от перегрева.
Объемную производительность выше описываемого объема рабочими поверхностями компрессора это увеличить все равно не сможет. Снижаться могут только потери сжатия.
В поршневых подобные экономайзеры применяются для промежуточного охлаждения газа при последовательном включении цилиндров.
Теоретически можно впрыскивать и прямо в цилиндр, но так как желательно в середину цикла сжатия, а не в начало или конец, то в отличии от винта или спирали это технически сложней организовать, потребуется импульсное регулирование подачи и прочее.