Система чиллер-фанкойл

Вместо заключения

Промышленное кондиционирование — одна из сложнейших и объемных тем. На рынке представлено множество разновидностей промышленных аппаратов для охлаждения. И чиллер — это одна из самых популярных систем охлаждения. Такие аппараты надежны и просты к эксплуатации, они применяются в промышленности уже десятки лет, так что с уверенностью можно сказать, что работа чиллеров проверена временем.

Наверняка вам доводилось видеть огромный наружный блок на кровле. Это конденсатор чиллера, который часто используется в промышленности для охлаждения воздуха, оборудования и пищевых напитков. При наличии дополнительным опций режим работы чиллера можно переключать с охлаждения на обогрев, что очень удобно в зимнее время года. Чиллеры на обогреве работают не менее эффективно, чем на охлаждении.

Устройство чиллера не такое сложное, как может показаться на первый взгляд. Ключевые компоненты системы — это компрессор, испаритель и конденсатор. Также чиллеры оснащаются дополнительным оборудованием, которое контролирует работу системы, предотвращает появление поломок и перегрузок. Все эти компоненты представляют собой единую систему, которая может располагаться как в едином корпусе (моноблоке), так и в разных блоках.

По какому принципу функционирует чиллер?

Схема работы центробежного чиллера Hitachi

Принцип работы чиллера имеет свои особенности. Если вам потребовалось данное оборудование, то вы непременно должны ознакомиться с ним. Работа чиллера базируется на почти безостановочном цикле. Здесь многое зависит от потребителя.

К примеру, по системе кондиционирования перемещается фреон. Газ проникает сквозь радиатор внутреннего блока, который охлажден. Воздух обдувает радиатор. В итоге фреон прогревается, а температура воздуха понижается. Фреон попадает в компрессор. В чиллере же роль фреона исполняет холодная вода, которая протекает сквозь радиатор. Радиатор обдувается теплым воздухом из помещения. Вода нагревается, а воздух при этом охлаждается. Вода опять попадает в чиллер.

Теплообменник, предназначенный для чиллера, имеет два контура:

• по одному из контуров циркулирует жидкость;
• по другому контуру перемещается фреон.

Эти два контура прикасаются друг к другу. Однако вода и фреон не смешиваются. В целях повышения эффективности системы данные среды перемещаются навстречу друг другу.

В теплообменнике происходят такие процессы.

• Сквозь терморегулирующий вентиль жидкий фреон проникает в свой контур теплообменника. Данное вещество расширяется, что приводит к отбору тепла от стенок. Из-за этого фреон нагревается, а стенки охлаждаются.
• По контуру теплообменника протекает вода. По той причине, что стенки охлаждены, температура жидкости падает.
• Фреон попадает в компрессор, а холодная вода — охлаждает что-либо.
• Происходит повторение цикла.

Разновидности чиллеров

В продаже представлены различные виды чиллеров:

• абсорбционные — энергия добывается преимущественно из бросового тепла, которое возникает в процессе производства и просто выбрасывается в окружающую среду (это, к примеру, горячая вода, охлаждаемая воздухом);
• парокомпрессионные — холод генерируется в парокомпрессионном цикле, который состоит из таких процедур, как испарение, дросселирование, и др.

По способу монтажа чиллеры делятся на :

• наружные — единый моноблок, который монтируется на улице;
• внутренние — оборудование, которое состоит из двух частей. Конденсатор устанавливается снаружи здания, все остальные части — внутри.

По разновидности конденсатора чиллеры делятся на такие подвиды:

• с охлаждением водяного типа. Система с таким охлаждением стоит сравнительно дорого, однако она отличается повышенной надёжностью;
• с охлаждением воздушного типа. Наиболее простой и недорогой вариант.

По типу исполнения гидромодуля чиллеры делятся на следующие виды:

• со встроенной установкой. Оборудование с этим гидромодулем представляет собой моноблок, в который входит расширительный бак и насосная группа;
• с выносной установкой. Такой гидромодуль обычно применяется в тех случаях, если оказывается недостаточно мощности встроенного механизма. Ещё он используется в случаях, когда имеется потребность в резервировании.

Чиллер может быть оснащен одним из следующих видов компрессоров:

• винтовой;
• ротационный;
• поршневой;
• спиральный.

Также чиллеры классифицируют в зависимости от типа вентилятора. Оборудование может быть оснащено такими вентиляторами:

осевой. Оборудование с таким вентилятором можно устанавливались исключительно снаружи строения

Крайне важно, чтобы не было создано никаких препятствий для поступления воздуха в конденсатор и для его выброса вентиляторами; центробежный. Оборудование с таким вентилятором рекомендовано для монтажа внутри здания. Оно отличается небольшими габаритами и малым уровнем шума

Оно отличается небольшими габаритами и малым уровнем шума.

Важные аспекты монтажа чиллера

Чтобы ощутить все преимущества эксплуатации такого устройства, как чиллерная установка, её монтаж нужно осуществлять строго с соблюдением определённых правил. Вот основные из них.

• Данное оборудование должны устанавливать исключительно компетентные мастера.
• Чиллер должен в полной мере отвечать критериям проекта инженерной сети в части места монтажа, конструкции и мощности.
• Запрещено устанавливать оборудование, которое имеет изъян.
• Перемещать оборудование до места, где оно будет установлено, можно только с помощью крана.
• Разрешено заливать лишь воду, а также раствор этилен- либо пропиленгликоля, который имеет концентрацию до 50 процентов.
• В обязательном порядке должны быть проведены пуско-наладочные испытания.
• Вокруг чиллера должно оставаться пространство, обеспечивающее беспрепятственный доступ обслуживающего специалиста.
• Необходимо строго соблюдать технику безопасности и рекомендации производителя.

Приобретая и устанавливая чиллер, вы можете быть уверены в том, что получите современную и надёжную систему.

Сферы применения чиллеров

Для начала разберёмся, что такое чиллер.

Чиллер — мощный агрегат, предназначенный для охлаждения жидкости, применяемой в качестве теплоносителя в центральных системах кондиционирования, таких как приточные установки, фанкойлы. Он нужен для циркуляции жидкого вещества, например, воды, антифриза.

Так, для централизованного кондиционирования в квартирах, домах, офисах и других заведениях применяются системы малой мощности. Агрегат с высокой способностью поглощения тепла используется в металлообрабатывающей промышленности, машиностроении, медицине.

Чиллеры также необходимы для выполнения таких задач:

• охлаждение алкогольных напитков, соков, сиропов при производстве продукции;
• понижение температуры питьевой и технологической воды в оборудовании пищевой промышленности;
• поддержание температурного режима в бассейнах;
• образование ледовых катков на спортивных площадках;
• охлаждение специальных медицинских установок;
• выпуск лекарственных средств при низких температурах;
• охлаждение лазерных станков;
• выпуск пластмассовой и резиновой продукции;
• оборудование для химической отрасли.

Преимущества и недостатки

По назначению чиллеры схожи с прецизионными кондиционерами, мультизональными или мульти-сплит системами. Они призваны обеспечивать микроклимат в нескольких помещениях и больших объемах. Но имеют принципиальные отличия.

В системах чиллер-фанкойл за обогрев или охлаждение отвечает теплоноситель – вода или антифриз. В мульти-сплит системах приток холода или тепла осуществляется хладагентом – фреоном, хладоном. Из-за разницы в теплоемкости он менее эффективен, чем теплоноситель системы чиллер-фанкойл.

В мультизональном кондиционере допускается расстояние между внутренним и наружным блоком в несколько десятков метров. Чем дистанция больше, тем быстрее падает эффективность (COP) кондиционера.

Длина труб между чиллером и фанкойлом может быть более 100 метров. При этом эффективность несколько снижается, но не так сильно, как у мульти-сплита. Все зависит от скорости потока, мощности насоса, теплоизоляции труб.

Кроме эффективности, у чиллеров есть следующие плюсы:

• Возможность изменять количество фанкойлов;
• Чиллер не портит внешний вид фасада здания;
• Фреон не циркулирует к фанкойлам, при его утечке нет риска нанести вред здоровью людей;
• Долгий срок службы;
• Низкая стоимость монтажа фанкойлов и магистралей для теплоносителя.

 Есть у чиллеров минусы:

• Высокая стоимость;
• Дорогая профилактика и обслуживание;
• Высокая цена запчастей.

Разновидности чиллеров

Чиллеры различают по множеству параметров: конструкции, способу охлаждения, назначению, конфигурации.

По способу охлаждения

В качестве охладителя используется воздух и вода. Таким образом чиллеры и делят на модели с воздушным и водяным охлаждением.

В первом случае хладагент в конденсаторе охлаждается потоками воздуха. По типу применяемого вентилятора различают 3 варианта:

• с осевым вентилятором – моноблочная модель, устанавливается вне помещения – на балконе, плоских крышах, самый дешевый и простой;
• с центробежным – устанавливается внутри – на чердаке, в подвале, для вывода нагретого воздуха нужно монтировать воздуходувы;
• с выносным блоком – собственно кондиционер, конденсаторный блок вынесен наружу, а чиллер соединен с ним фреоновым трубопроводом.

В аппарате с водяным охлаждением конденсатор подключен к градирне. Сам чиллер ставят в подвальном помещении, а венткамере, а конденсаторный контур выводят наружу. В качестве теплоносителя обычно используется незамерзающая жидкость.

По способности к обогреву

Чиллер – охлаждающая машина. Однако ее можно использовать и для отопления, «развернув» цикл в обратную сторону. По этому признаку чиллеры делят на 2 вида:

• без теплового насоса – обычный вариант для охлаждения воздуха;
• с тепловым насосом – при включении последний нагревает хладагент и в теплообменнике производится обратный обмен: хладагент отдает тепло теплоносителю.

По схеме охлаждения

По принципу работы охлаждающего контура разделяют чиллер парокомпрессионный и абсорбционный. Парокомпрессионный – обычный вариант, основанный на испарении и конденсации хладагента. Абсорбционный работает на смеси вода и бромида лития. Эффект охлаждения обеспечивает разделение и смешивание смеси при движении по контуру.

В основную схему адсорбционного агрегата включен адсорбер. Принцип работы таков: смесь воды и бромида лития в адсорбере нагревается. Для обогрева используется любая тепловая энергия, в том числе и бросовая – от работающего оборудования. Основная часть воды выкипает и передается в конденсатор. В генераторе остается концентрированный раствор бромида.

В конденсаторе пары воды охлаждаются и переходят в жидкое состояние. Затем вода поступает в испаритель и вновь превращается в пар. Он поглощается раствором бромид лития, который поступает из генератора. Вода разбавляет раствор и в таком виде жидкость вновь возвращается в адсорбер. Здесь требуется насос.

Абсорбционные чиллеры

В качестве основного источника энергии для процесса охлаждения
в абсорбционных холодильных машинах используется горячая вода (при
температуре до 130 °C) или перегретый пар (под давлением до 1 бар).
При получении охлажденной воды существенную экономию дает применение
низкотемпературных или вторичных энергоресурсов (теплоэлектростанций,
мусоросжигательных установок, пара низкого давления из электростанций
и пр.) Хладагент как правило — дистиллированная вода, абсорбент
— бромистый литий. Помимо экономии энергоресурсов, существенным
преимуществом указанного типа холодильных машин является практически
полное отсутствие движущихся частей, и, как следствие — высокая
надежность агрегатов. Основной недостаток — худшие по сравнению
с парокомпрессионными машинами массогабаритные показатели и высокая
стоимость. Более подробное описание принципа работы абсорбционного
чиллера в статье «Абсорбционные
чиллеры SANYO» (журнал «Мир климата»).

Чиллер

Чиллер McQuay со встроенным воздушным конденсатором и осевыми вентиляторами

Чиллер McQuay со встроенным воздушным конденсатором и центробежными вентиляторами

Чиллер TRANE с выносным воздушным конденсатором

Выносной воздушный конденсатор c осевыми вентиляторами

• По типу охлаждения конденсатора — с водяным и воздушным охлаждением. Воздушное охлаждение производится так же, как и в бытовых кондиционерах — конденсатор обдувается потоком воздуха от вентилятора. При водяном охлаждении конденсатор охлаждается проточной водой. Второй способ позволяет существенно уменьшить габариты и стоимость чиллера, но требует использования проточной воды или установки градирен (систем оборотного водоснабжения).
• По наличию режима обогрева — с тепловым насосом (реверсивные) и без него. Модели с тепловым насосом могут не только охлаждать, но и нагревать теплоноситель.
• По конструктивному исполнению — со встроенным или с выносным конденсатором. Чиллеры с воздушным охлаждением могут быть в моноблочном исполнении (со встроенным конденсатором) или с выносным конденсатором. В первом случае чиллер представляет собой автономную холодильную машину, к которой подключаются только трубопроводы от насосной станции. Во втором случае конденсатор выполняется в виде отдельного блока. Это позволяет устанавливать чиллер внутри помещения, а конденсатор выносить на крышу. Такое решение упрощает обслуживание чиллера и повышает его надежность благодаря стабильной температуре внутри помещения. Кроме этого, поскольку сам чиллер и все трубопроводы с теплоносителем находятся внутри здания, можно отказаться от использования незамерзающей жидкости и использовать в качестве теплоносителя воду, не сливая ее в зимний период.
• Моноблочные чиллеры с воздушным охлаждением могут иметь осевой или центробежный вентилятор. Осевые вентиляторы дешевле, но создают очень малый напор воздуха, поэтому чиллер с осевым вентилятором можно размещать только на открытом месте — на крыше, на стене здания и т.п. Центробежные вентилятры создают более сильный напор воздуха, поэтому чиллеры с такими вентиляторами можно размещать внутри помещения, обеспечив забор и выброс наружного воздуха через воздуховоды.

Помимо традиционных фреоновых чиллеров существуют так называемые абсорбционные чиллеры. В таких чиллерах вместо фреона используется вода и абсорбер (бромид лития). Цикл абсорбционного охлаждения, подобно фреоновому циклу, используется эффект поглощения тепла хладагентом при его переходе из парообразного состояния в жидкое. В процессе работы абсорбционного чиллера происходит следующее: под действием внешнего источника тепла (газовая горелка, пар или горячая вода) из разбавленного раствора бромида лития выделяются пары хладагента (воды), которые переносятся в конденсатор. Здесь они конденсируются в жидкость, которая поступает в испаритель. В испарителе вода испаряется, а ее пары поглощаются абсорбером (концентрированным раствором бромида лития). Далее разбавленный раствор абсорбера нагревается, и весь цикл повторяется снова.

Источником энергии для абсорбционных чиллеров служит горячая вода или пар, поэтому обычно они используются там, где существуют жесткие ограничения на потребляемую электроэнергию.

Абсорбционные чиллеры не получили широкого распространения в России по причине неразвитости энергосберегающих технологий. Как правило, такие чиллеры работают на отработанной технической горячей воде (так называемой, «обратке»), но в России, по технологическму циклу, обратка подается сразу в котельную для нового цикла.

Насосная станция

Насосная станция

• Циркуляционный насос. Обеспечивает необходимое давление теплоносителя в системе трубопроводов при заданном расходе жидкости.
• Расширительный бак. Необходим для компенсации температурного расширения / сжатия теплоносителя. Расширительный бак выполняется в виде емкости, разделенной подвижной металлической мембраной на две части. В одной части находится азот, другая часть включается в гидравлическую систему с теплоносителем. При изменении температуры теплоносителя, занимаемый им объем также изменяется. Эти колебания компенсируются за счет движения мембраны в расширительном баке.
• Запорная арматура (вентили). Необходимы для сервисного обслуживания системы, слива / залива теплоносителя, выпуска воздуха и т.п.
• Аккумулирующий бак. Поскольку тепловая нагрузка изменяется в зависимости от времени суток или сезона, то возникают периоды времени, когда холодопроизводительность чиллера существенно превышает реальную потребность. В этом случае чиллер начинает работать короткими импульсами, включаясь и выключаясь. Частые пуски компрессора приводят к его быстрому износу и заметному уменьшению срока службы. Чтобы этого избежать, в систему иногда устанавливают аккумулирующий бак, объем которого рассчитывается исходя из возможных тепловых нагрузок и количества теплоносителя в системе. В этом случае суммарный объем и теплоемкость теплоносителя увеличивается, благодаря чему интервалы между включением / выключением компрессора возрастают.
• Система управления и защиты. Управляет работой насосной станции, контролирует режимы ее работы, сигнализирует и отключает систему в случае возникновении опасной ситуации (повышение давления в гидравлической системе, возникновении риска замерзания теплоносителя и т.п.)

Стадия абсорбции абсорбционных охладителей

Абсорбция паров хладагента в бромиде лития является экзотермическим процессом. В поглотителе хладагент «всасывается» поглощающим раствором литиевого бромида (LiBr). Этот процесс не только создает область низкого давления, которая тянет непрерывный поток пара хладагента из испарителя в абсорбер, но также заставляет пар конденсироваться (3, на фиг.2), поскольку он высвобождает теплоту испарения, предусмотренную в испаритель. Это тепло вместе с теплотой разбавления, возникающей при смешивании конденсата хладагента с абсорбентом, переносится в охлаждающую воду и выделяется в градирне. Охлаждающая вода — это утилита на этой стадии охлаждения.

Важные особенности оборудования

Холодильная установка, которая предназначена для нагревания и охлаждения жидких теплоносителей в главной системе кондиционирования, получила название чиллер. Теплоносителями могут быть фанкойлы либо механизмы приточного типа.

Срок службы чиллера во многом зависит от технических характеристик изделия. Также большое значение имеет то, соблюдаются ли правила эксплуатации данного оборудования.

В число главных особенностей чиллера входят следующие.

• Данная система является гибкой. В ней расстояние между фанкойлами и чиллером ограничено лишь мощностью насоса и может составлять сотни метров.
• Благодаря такому оснащению удастся сэкономить средства.
• Оборудование можно использовать в любое время года.
• Имеется возможность в автоматическом режиме поддерживать установленные параметры в каждом помещении.
• За счёт использования запорной арматуры риск залива сведён к минимуму.
• При работе оборудование практически не издает шум.
• Холодоноситель безопасен, экологичен.
• Строительные плюсы — гибкость планировки, небольшие расходы полезной площади на размещение оборудования.

К выбору чиллера следует подходить со всей ответственностью

Чтобы не ошибиться, важно знать, какие существуют разновидности чиллеров, а также каковы устройство и основные принципы работы таких установок

Устройство чиллера несколько отличается от устройства обычного холодильника либо системы кондиционирования. Чиллер не понижает температуру воздуха. Он понижает температуру веществ, используемых для перемещения холода. Данное оборудование может охладить, к примеру, гликолевый раствор либо воду. Далее жидкость попадает туда, где нужен холод.

Чиллер имеет такие функциональные элементы:

• воздушный конденсатор;
• ёмкость накопительная;
• реле высокого и низкого давления;
• компрессорный механизм;
• пластинчатый теплообменник;
• манометры для жидкости;
• фильтр-осушитель;
• терморегулирующий вентиль;
• реле протока;
• насос;
• ресивер.

Точный набор компонентов зависит от модификации оборудования.

Фанкойл

Подпотолочный фанкойл

Бескорпусной напольный фанкойл

• Радиатор (теплообменник). В фанкойлах устанавливается один или два радиатора. В первом случае фанкойл называется двухтрубным, во втором — четырехтрубным. Четырехтрубный фанкойл подключатся одновременно к чиллеру и к системе центрального отопления и зимой работает как радиатор центрального отопления.
• Вентилятор с электродвигателем. Изменяя скорость вращения вентилятора регулируют холодопроизводительность фанкойла. Заметим, что при достижении в помещении заданной температуры отключается только вентилятор, а поток теплоносителя через фанкойл не изменяется. Поэтому даже при выключенном фанкойле охлаждение помещения продолжается, хотя и с очень малой интенсивностью. Чтобы этого избежать, перед радиатором обычно устанавливают трехходовой клапан, перепускающий поток хладагента мимо фанкойла.
• Поддон для сбора конденсата
• Легкосъемный, моющийся воздушный фильтр. Очищает воздух, проходящий через фанкойл от пыли, пуха и т.п.
• Электронагреватель. Иногда в фанкойл устанавливают ТЭНы для возможности нагрева воздуха.
• Система управления. Фанкойлы снабжаются индивидуальными встроеннвми, проводными или инфракрасными пультами управления.

О преимуществах и недостатках чиллеров-фанкойлов и других промышленных систем рассказывается в разделе Сравнение промышленных систем кондиционирования

Схема работы

1. Компрессор

Компрессор играет важнейшую роль в цикле фреонового чиллера. Сначала он сжимает и перемещает пары холодильного агента. В процессе сжатия давление и температура фреона повышаются. Затем газ в сжатом виде перемещается в конденсатор (о нём ниже), где охлаждается и преобразовывается в жидкость. После хладагент уже в жидком состоянии перемещается в испаритель (о нем так же расскажем) и закипает, переходя в газообразное состояние. В результате забирается тепло от воды, проходящей через испаритель.

2. Конденсатор

Конденсатор — это, по сути, теплообменник. Именно здесь тепло, поглощенное фреоном, выделяется наружу. Обычно фреон перемещается в конденсатор в сжатом виде. Газ охлаждается до необходимой температуры и конденсируется, превращаясь в жидкость. Если система не моноблочная, конденсатор устанавливается снаружи, зачастую на крыше.

3. Реле повышенного давления

Необходимо для защиты системы от повышенного давления во фреоновом контуре.

4. Манометр повышенного давления

Необходим для отслеживания повышенного давления хладагента.

5. Жидкостной ресивер

Предназначен для хранения хладагента в системе.

6. Фильтр

используется для удаления излишков влаги и загрязнений из холодильного агента. Избыток влаги или грязь могут негативно повлиять на работу всей системы кондиционирования.

7. Соленоиндный клапан

Это обычный запорный клапан, который управляется электрически. Используется для регулировки потоков хладагента. Клапан автоматически закрывается, если компрессор останавливает свою работу. Если компрессор включен, клапан открывается и хладагент может дальше перемещаться по системе.

8. Смотровое стекло

Через него можно вести наблюдение за потоками хладагента. Например, через него можно отследить появления видимых пузырьков во фреоне, это свидетельствует о нехватке хладагента в системе. Также смотровая часть нередко оснащается индикатором влажности, это не менее важный показатель, за которым необходимо периодически следить. Если индикатор горит желтым цветом, значит в системе обнаружено избыточное количество влаги и требуется провести техническое обслуживание.

9. Вентиль терморегуляции

Он предназначен для подачи определённого количества хладагента. Дело в том, что фреона должно быть ровно столько, сколько может испариться в системе при текущих условиях работы. Вентиль терморегуляции как раз определяет, сколько именно фреона можно подать в систему для его полного испарения.

10. Пусковой клапан горячего газа

Часто его называют просто регулятором производительности. Он не входит в стандартную комплектацию, но порой встречается в чиллерах. Такой клапан необходим для снижения пропускной способности системы. При открытии он пускает горячий газ фреона с нагнетания в жидкостной поток, который поступает в испаритель.

11. Испаритель

Один из важнейших компонентов системы наряду с компрессором и конденсатором. Именно здесь хладагент закипает, при испарении поглощая тепло у проходящей охлаждающей жидкости, зачастую воды.

12. Манометр пониженного давления

Необходим для отслеживания пониженного давления хладагента.

13. Защита от пониженного давления

В названии ясна суть: этот компонент необходим для защиты системы от пониженного давления фреона в холодильном контуре. Благодаря ему вода не замерзает в испарителе.

14. Насос охлаждающей жидкости

Насос, предназначенный для перекачки жидкости (воды) в охлаждающем контуре.

15. Защита от замерзания

Еще одна защита от замерзания жидкости в испарителе.

16. Термодатчик

Показывает температуру охлаждающей жидкости.

17. Манометр

Еще один манометр, отслеживающий давление теплоносителя.

18. Автоматическое добавление воды

Если уровень воды опускается ниже допустимого, этот компонент доливает жидкость. Это возможно во многом благодаря соленоидному клапану, который открывается и пускает в систему дополнительное количество воды, после чего закрывается.

19. Поплавковый включатель

Необходим для отслеживания уровня жидкости. Включается, когда уровень воды понижается ниже допустимого значения.

20. Второй термодачик

Отслеживает температуру нагретой жидкости (воды).

21. Защита от замерзания при низком протоке

Еще одна защита от замерзания испарителя. Включается в те моменты, когда проток воды ниже допустимого уровня. Также отслеживает, когда в чиллере с водяным охлаждением совсем нет жидкости.