Климатическое оборудование, использующее водяное охлаждение конденсатора, функционирует аналогично холодильным машинам, работающим на основе воздушного охлаждения, при этом завершающий этап передачи тепла в таком оборудовании протекает в два этапа. Эта особенность и является отличительной чертой работы водяных устройств.
Устройство и принцип работы чиллера
Чиллеры находят применение в самых разнообразных областях деятельности. Основное предназначение данного оборудования заключается в быстром охлаждении жидкостей, что делает их незаменимыми компонентами централизованных систем кондиционирования воздуха в помещениях, а также в процессе поддержания заданной температуры в различных промышленных установках.
Назначение чиллера
Термин «чиллер» происходит от английского слова «chiller», что переводится как «охлаждающий теплообменник». Это оборудование широко используется в таких отраслях, как металлообработка, химическая и пищевая промышленность, машиностроение, металлургия, а также в индустрии литья пластмасс. Чиллеры играют важную роль в снижении температуры жидкости, которая циркулирует в контурах охлаждения оборудования, что, в свою очередь, позволяет поддерживать его на необходимом температурном уровне. Теплоноситель, обычно в виде воды, циркулирует через технологическое оборудование, забирая из него тепловую энергию, а затем направляется в чиллер, где отдает полученное тепло хладагенту и возвращается обратно к оборудованию, таким образом, процессы удачно повторяются.
В централизованных системах кондиционирования воздуха широко применяется комбинация чиллеров и фанкойлов для быстрого достижения и поддержания установленной температуры в помещениях. Этот тип оборудования становится незаменимым при необходимости поддерживать стабильную температуру в различных помещениях. Подобрав правильные параметры производительности, чиллеры могут эффективно уменьшать температуру как в небольших комнатах, так и в многоэтажных зданиях. Данные установки могут достигать максимальной мощности до 9000 кВт.
Конфигурации чиллеров
- стандартные — базовая конфигурация, соответствующая большинству стандартных требований;
- с пониженным уровнем шума — такие модели оснащаются специальным звукопоглощающим кожухом для компрессора и имеют пониженную скорость вращения осевого вентилятора конденсатора по сравнению со стандартными версиями;
- со значительным снижением уровня шума — дополнительное усовершенствование включает в себя устройство звукопоглощающего кожуха для компрессора, расширение площади живого сечения конденсатора для улучшения прохода воздуха, а также применение пружинных антивибрационных опор для компрессора и гибких вставок на трубопроводах холодильного контура, что значительно улучшает звукопоглощение.
Требования к уровню звуковой мощности, создаваемой работающим чиллером с осевыми вентиляторами при установке вне здания, могут быть не очень строгими, если в данной местности отсутствуют особые условия по допустимому уровню шума. Если такие ограничения все же существуют, важно выполнить расчёт уровня звукового давления в помещении, который излучает чиллер, и при необходимости использовать модели с более низким уровнем шума.
Обычно производители в своих каталогах указывают значения уровней звуковой мощности для различных типов и типоразмеров чиллеров, а также общий уровень звукового давления, измеренный на высоте одного метра от поверхности блока, как при полной, так и при частичной нагрузке (50%).
В зависимости от конфигурации чиллеров в каталогах также приводится диапазон рабочих температур, в частности, максимальная температура воздуха на входе в конденсатор. При расчетной температуре наружного воздуха, превышающей +35 градусов по Цельсию, холодопроизводительность чиллеров значительно снижается, что в свою очередь ухудшает условия теплообмена в конденсаторе.
В зависимости от эксплуатационных условий производятся чиллеры как для стандартной температуры окружающей среды, так и для высоких температур, причем в последнем случае конденсатор проектируется с увеличенной площадью теплообмена.
Чиллеры с центробежными вентиляторами
Чиллеры, оснащённые центробежными вентиляторами, предназначены для размещения внутри зданий. К основным требованиям для этих установок относятся компактность и низкий уровень шума, что связано с необходимостью их установки в помещениях.
В чиллерах данного типа используются центробежные вентиляторы, работающие на низких скоростях. Большинство моделей малой и средней производительности имеет спиральный компрессор, который отличается пониженным уровнем шума. В чиллерах с герметичным поршневым компрессором этот элемент помещается в специальный звукоизолирующий кожух для дополнительной защиты от шума.
При выборе чиллера такого типа необходимо обеспечить свободный доступ охлаждающего воздуха к агрегату и отвод нагретого воздуха, вышедшего из конденсатора. Это достигается с помощью системы всасывающих и нагнетательных воздуховодов, формируя вентиляционную сеть, включающую центробежный вентилятор, воздухонагреватель (конденсатор чиллера), воздуховоды, а также заборные и выпускные вентиляционные решетки. Размеры последних должны подбираться в соответствии с рекомендуемыми скоростями движения воздуха в сечениях решеток и воздуховодов.
Для обеспечения корректной работы вентиляционной сети необходимо на основе аэродинамического расчета определить потери давления, которые должны соответствовать давлению, создаваемому центробежным вентилятором, при установленном расходе воздуха, необходимом для охлаждения конденсатора.
Если давление, создаваемое центробежным вентилятором, оказывается ниже, чем потери давления в вентиляционной сети, возможно использование более мощного электродвигателя для центробежного вентилятора, который можно заказать по специальной просьбе.
При соединении воздуховодов с чиллером следует использовать гибкие вставки, чтобы избежать передачи вибрации на вентиляционную сеть и минимизировать возможные шумы.
Принцип работы
Основной теоретической основой, на которой построено современное холодильное оборудование — включая морозильные шкафы, кондиционеры и, разумеется, чиллеры — является второй закон термодинамики. В холодильных агрегатах хладагент находится в парообразном состоянии и использует так называемый обратный цикл Ренкина, являющийся одним из вариантов обратного цикла Карно. Основной процесс перехода энергии здесь выполняется не путем сжатия или расширения, а посредством фазовых переходов между состояниями жидкости и газа, а именно, конденсации и испарения.
Промышленные чиллеры состоят из трех ключевых узлов: компрессора, конденсатора и испарителя. Главной задачей испарителя является отвод тепла от охлаждаемого объема. Для этого через него организован поток хладагента и теплоносителя, обычно в виде воды. В этом процессе температура хладагента повышается, он начинает закипать, забирая тепловую энергию у теплоносителя. Это приводит к снижению температуры воды или другого носителя тепла, который теряет тепло одновременно с нагревом и закипанием хладагента.
Затем парообразный хладагент поступает в компрессор, где происходит контакт с обмотками электродвигателя, что способствует их охлаждению. На этом этапе горячий газ сжимается, и его температура возрастает до 80-90 ºС, при этом происходит смешивание с маслом, которое циркулирует в системе компрессора.
В следующем этапе нагретый газ подается в конденсатор, где он подвержен охлаждению от потока холодного воздуха. В этом процессе фреон теряет тепло, конденсируется в жидкость и затем проходит через фильтр-осушитель, который очищает его от влаги, после чего цикл начинается заново.
На завершающей стадии цикла хладагент проходит через терморегулировочный вентиль (ТРВ), что приводит к снижению его давления. При выходе из ТРВ фреон представляет собой смесь жидкости и пара с низким давлением. В этом состоянии он вновь поступает в испаритель, завершая цикл, где происходит его испарение, в процессе которого он забирает тепловую энергию у воды. Далее нагретый пар покидает теплообменник, и процесс повторяется.
Виды чиллеров
Существует две основные группы чиллеров, классифицируемых по принципу работы: парокомпрессионные и абсорбционные. В свою очередь, парокомпрессионные установки также разделяются по типу компрессора на:
- ичиллеры, использующие спиральный компрессор;
- чулеры с винтовыми компрессорами;
- поршневые системы;
- роторные установки.
Все эти системы могут быть оснащены конденсаторами как водяного, так и воздушного охлаждения. Воздушные конденсаторы далее подразделяются на выносные — с отдельным расположением наружного блока, и встроенные, представляющие собой моноблоки.
Основное конструктивное отличие чиллера с водяным охлаждением конденсатора от модели с воздушным охлаждением заключается в типе теплообменника, используемого в каждой из систем. Для воздушных конденсаторов применяются трубчато-ребристые конструкции, тогда как для водяных — пластинчатые, через которые циркулирует вода. Вода в систему водяного охлаждения поступает либо из градирни, либо из сухого охладителя, известного как драйкулер или сухая градирня. Драйкулер скорее предпочтителен, так как позволяет существенно экономить воду и, как следствие, снижать эксплуатационные затраты. Основные преимущества водяного охлаждения заключаются в компактности оборудования и возможности его размещения внутри помещений, что устраняет необходимость контакта с внешней средой.
Абсорбционные чиллеры дополнительно классифицируются по следующим критериям:
- по количеству контуров — одно- и двухконтурные;
- по принципу нагрева адсорбента — прямой и паровой нагрев;
- по используемому адсорбенту — на бромид-литиевые и аммиачные.
Аспекты проектирования систем на основе чиллеров
Использование чиллеров в масштабных проектах холодоснабжения вызывает интерес благодаря своей экономической эффективности. Данное оборудование сочетает высокую холодопроизводительность, экологическую безопасность и эффективность. Благодаря чиллерам нового поколения можно создавать системы кондиционирования с трассами практически неограниченной длины. При разработке таких проектов необходимо учесть множество факторов, включая:
- функциональное назначение системы;
- массу и длину чиллера, количество компрессоров, вентиляторов и других компонентов;
- особенности монтажа и подключения трубопроводов;
- расчёт нагрузки на виброопоры;
- установку фильтра, чтобы предотвратить засорение испарителя;
- специфику архитектуры зданий и показатели теплоизбытка помещений;
- характеристики места установки с учетом тепловых выбросов в окружающую среду;
- возможность применения автоматизированного управления, определения неисправностей и проведения самодиагностики.
В технической документации обязательно указывается, для каких теплоносителей производились расчёты, а также при каких низких температурах чиллер может функционировать безопасно. Готовый проект также включает в себя чертежи, список необходимых комплектующих и расходных материалов, а также расчёт гидравлической сети и оценку энергоэффективности.
Профессиональная разработка проектов для конкретного заказчика учитывает его требования и пожелания в отношении надежности, стоимости и функциональных возможностей системы холодоснабжения.
Правильность выбора чиллера
Крайне важно иметь глубокое понимание функционирования и особенностей чиллера, чтобы корректно выбрать подходящую модель. При этом важно обратить внимание на следующие характеристики:
- теплоноситель — обычно применяется вода, хотя существуют и незамерзающие жидкости для низкотемпературных моделей;
- функции устройства — большинство чиллеров предназначены для охлаждения жидкости, однако в некоторых случаях может потребоваться нагрев с помощью теплового насоса;
- период работы — модели, рассчитанные на круглогодичное использование, оборудованы защитой против температурных колебаний, в отличие от сезонных вариантов;
- температурный режим — показатели разницы охлаждения чиллера;
- места размещения — закрытое помещение или открытая территория, различающаяся по поверхностям, от грунта до бетонных оснований.
Также нужно учитывать габариты чиллера. Если агрегат устанавливается на открытом воздухе, требования к размерам могут быть менее строгими, но для помещений этот параметр имеет большое значение. В помещении необходимо учитывать пространство не только для установки устройства, но и для его комфортного обслуживания. Важным является также контроль температуры в так называемых технических помещениях, поскольку от этого зависит эффективность конденсации хладагента. Поддерживая температуру ниже 35 градусов Цельсия, можно быть уверенным в стабильной работе чиллера. Однако некоторые модели могут иметь другие температурные пределы, что указывается в их инструкциях по эксплуатации.
Производители чиллеров и гидромодулей разрабатывают свои решения индивидуально в соответствии со своими уникальными программами и схемами. Так как разнообразие продукции на рынке достаточно велико, один и тот же узел может показывать совершенно разные результаты при одинаковых условиях. Важно, чтобы аккумулирующий бак был выбран с особой тщательностью, поскольку его характеристики во многом определяют эффективность работы чиллера.
Монтаж, управление и обслуживание
Чиллер — это сложный в устройстве агрегат, и его установка и техническое обслуживание требуют значительных временных затрат. Этап установки начинается с разработки проекта, который учитывает размещение оборудования, планировка помещения и детальные спецификации устройства. На данном этапе специалисты тщательно рассчитывают все аспекты монтажа и формируют смету на выполнение работ.
Монтажные работы выполняются строго по разработанному проекту, включая закупку определенных фитингов, труб и других комплектующих. Рекомендуется приобретать запасные части, поскольку в случае нехватки комплектующих остановить установку будет проблематично — не всякая замена может подойти. Эти детали должны передаваться проектировщиками и специалистами с подтвержденной квалификацией.
Обвязка чиллера также является важной частью установки, она закладывается в проект заранее. В этом процессе подключаются три ключевых зоны:
- чиллер, соединяемый с холодильным контуром;
- гидромодуль, если в системе используется несколько жидкостей;
- фанкойлы, создающие комфортные условия воздуха в помещениях.
Эти работы также должны проводиться квалифицированными специалистами, поскольку неосторожные действия могут повредить оборудование.
Управление работой чиллера может осуществляться в нескольких режимах — местном, удалённом и комплексном. В первом варианте настройки проводятся только на месте установки, во втором — управление выносится в отдельное помещение. Третий вариант является наиболее дорогостоящим, но в то же время самым удобным, поскольку существенно упрощает работу с системой. Большинство современных устройств поддерживают все три способа управления, поэтому их следует обсуждать на этапе проектирования. Однако в случае необходимости установка систем управления может быть выполнена и после монтажа.
Холодильный агент — это одна из самых важных составных частей чиллера. Обычно его заправка в систему производится после завершения установки, однако моноблоки могут быть готовы к эксплуатации уже с завода. Наиболее распространённым хладагентом является R410A, который считается самым производительным, безопасным и современным. Хотя существуют альтернативные агенты, они, как правило, реже встречаются или используются в устаревших устройствах.
После завершения монтажа и заправки системы проводится проверка чиллера на наличие утечек. Поскольку ненадежные соединения могут привести к утечке фреона из замкнутой системы, это снижается эффективность охлаждения и может негативно сказаться на остальных компонентах агрегата.
Если проверка не выявила нарушений соединений и нет обнаруженных утечек, происходит запуск чиллера с проверкой всех его узлов. Этот процесс должен осуществляться специалистом, который сможет обнаружить любые недоработки на стадии запуска. Присутствие представителя компании-установщика также необходимо в юридическом плане, так как самостоятельный запуск может привести к аннулированию гарантии. Результатом первого запуска будет отметка в акте приема.
Эксплуатация чиллера предполагает соблюдение определенных мер, включая регулярное обслуживание в соответствии с установленными в инструкции сроками. Это поможет обеспечить его надежность, долгосрочную работоспособность и защиту от поломок. Кроме того, важно поддерживать автоматику на прежнем уровне, не отключая системы, так как любой температурный скачок может привести к поломке испарителя и потребовать его полной замены.
Любое сервисное обслуживание должно проводиться сертифицированными специалистами, что обычно обеспечивают компании, устанавливающие оборудование. Игнорировать эти услуги не стоит, так как регулярный технический осмотр позволяет предотвратить возможные поломки узлов агрегата и существенно сократить затраты на ремонт.
