Чиллеры

Чиллер –  водоохлаждающая холодильная машина 

Чиллер вырабатывает и подает в системы центрального кондиционирования воздуха холодоноситель/теплоноситель для охлаждения/обогрева воздуха в заданных помещениях. Обогрев помещений является второстепенной функцией. В состав чиллера входят: конденсатор, компрессоры, двигатель, испаритель, ТРВ, контроллер. Охлаждение объекта достигается за счет использования таких физических явлений, как испарение, конденсация, расширение и сжатие рабочих веществ. Вещества, применяемые в работе холодильных агрегатов, называют хладагентами.

Чиллеры разделяются:

• по физическому процессу на абсорбционные и парокомпрессионные;
• по конструкции на конденсаторные и безконденсаторные;
• по типу охлаждению конденсатора на водяные и воздушные;
• по подключению;
• по наличию в системе теплового насоса.

Преимущества чиллеров:

• Автоматизация – автоматически устанавливаются и поддерживаются заданные параметры среды;
• Универсальность системы - может быть смонтирована в любом здании и по любым параметрам;
• Экономия  – уменьшение затрат на поддержание климата в требуемом помещении;
• Экология – экологически чистый холодоноситель;
• Акустика – агрегаты холодильной машины работают практически бесшумно;
• Безопасность – запорная арматура, используемая в конструкции, ограничивает риск залива.

Чиллеры являются не только холодильными машинами, но и при изменении направления охлаждающего или водяного цикла выполняют отопительные функции, актуальные в зимнее время.

Абсорбционные чиллеры

Абсорбционные чиллеры - энергоэффективные холодильные машины, поскольку используют сопутствующее тепло, выделяемое на заводах и производствах,  зачастую отводящееся в атмосферу. 

Рабочим веществом абсорционной холодильной машины могут быть бинарные растворы из абсорбента (поглотителя) и хладагента, соответсвующих следующим параметрам: высокий уровень растворимости хладагента в абсорбенте и  температура кипения абсорбента превышающая темпрературу кипения хладагента.

Чаще всего применяются следующие растворы: бромистый литий-вода и вода-аммиак. Один цикл работы в абсорбционных чиллерах происходит в следующем порядке: в генераторе, с подведённым к нему сопутствующим теплом, выкипает фактически чистый хладагент, температура кипения которого значительно ниже, чем у абсорбента. Этот пар поступает в накопитель конденсата, в котором остужается и конденсируется, оставляя собственное тепло внешней среде. Затем жидкость, получившаяся в процессе, дросселируется и охлаждается при расширении и направляется в испаритель, где отдает собственный холод и направляется в абсорбер. Туда же подается через дроссель абсорбент и поглощает пары хладагента. На последнем этапе, насыщенный хладагентом абсорбент перекачивается насосом в генератор, в котором хладагент выкипает опять.

Достоинства абсорбционного чиллера:

• Лучший способ организации сразу трех энергий (электричества, тепла и холода) на предприятии. Тригенерация даёт возможность уменьшить затраты на коммунальные услуги;
• Довольно длительный срок эксплуатации без проведения капитального ремонта (около двадцати лет);
• Невысокая, практически бесплатная стоимость производимого холода, поскольку асборбционные чиллеры уничтожают избыточное тепло;
• Практически бесшумная и надёжная работа в следствии очень низкого шумового и вибрационного уровня;
• Использование холодильных/нагревающих устройств с применением генератора непосредственного действия газового пламени даёт возможность не использовать бойлеры, в отличии от обычных установок, что повышает их конкурентоспособность за счёт снижения себестоимости всего комплекса.
• В периоды максимальных нагрузок на электросеть чиллеры для производства холода практически не потребляют электроэнергии;
• Существует вариант соединения в единые паровые локальные системы с холодильной установкой эффекта двойного действия;
• При условии предельной производительности в охладительном режиме существует возможность перераспределения нагрузки. Устройство преодолевает пиковые нагрузки в охлаждающем режиме с минимально возможным потреблением электроэнергии при помощи охладителей с генератором газового пламенни;
• Допускает использование аварийных электрогенераторов небольшой мощности, так как расходование электроэнергии у абсорбционных чиллеров значительно ниже;
• Не разрушает озоновый слой, так как в составе холодильных агентов отсутствует хлор;
• Минимальное влияние на внешнюю среду, в связи с незначительным расходованием энергии и газа, которые могут вызывать глобальное потепление в следствие парникового эффекта.

Парокомпрессионные чиллеры

Парокомпрессионные чиллеры составляют более 95% холодильных машин, устанавливаемых ежегодно. Выработка холода производится в парокомпрессионном цикле, который состоит из четырех главных процессов: сжатии, конденсации, расширения и испарения. В них участвуют соответственно - компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель. Хладагент попадает в газообразном состоянии в компрессор с начальным давлением и температурой и сжимается. Затем он поступает в конденсатор, в котором остужается до определенной температуры, давление в этот момент является стабильным. При охлаждении хладагент превращается в жидкость и попадает в дроссель, который обладает большим гидродинамическим сопротивлением, и там расширяется с большой скоростью. В итоге паро-жидкостная смесь поступает в испаритель. В нём хладагент нагревается и испаряется при неизменном давлении, а обтекающий теплоноситель охлаждается. Охлажденный теплоноситель направляется по своему контуру к потребителям холода (фанкойлам, центральным кондиционерам и другое). Хладагент после испарителя попадает в компрессор и цикл замыкается.

Классификация парокомпрессионных чиллеров

По месту установки:

• Чиллера наружной установки со встроенным конденсатором. Эти агрегаты объединённые в моноблок, устанавливаются на улице. Плюс в том, что можно использовать прилегающую территорию – крышу и свободное пространство во дворе. Отрицательным моментом является использование воды как теплоносителя, ведь её необходимо сливать на зиму, а это вызывает неудобство в российском климате. Поэтому используют незамерзающие солевые и гликолевые жидкости, но данные растворы на 15-20% менее эффективнее по теплопередаче, чем вода.
• Чиллера внутренней установки с выносным конденсатором. Данный случай является противоположностью первому. Тут у чиллера следующая схема подключения – конденсатор через фреоновую трассу присоединен к компрессорно-испарительному блоку. Приходиться изыскивать место для размещения системы внутри помещения и отдельно выделить место на территории  предприятия вне помещения под конденсатор. С применением воды не возникает никаких трудностей, а вот потребление электроэнергии компрессором, а также падение температуры рабочего вещества и снижение давления немного увеличены. Эти параметры напрямую зависят от длины трассы.

По типу конденсаторов:

• С воздушным охлаждением. Конденсатор исполняют в виде трубчато-ребристого теплообменника, который охлаждается за счёт внешней среды, что заметно упрощает и удешевляет проект, сборку, установку и работу с ним. Отрицательным моментом является его громоздкость, так как плотность воздуха достаточно низкая.
• С водяным охлаждением. В данном варианте конденсатор делают пластинчатым, пластинчато-ребристым. Охлаждение с применением воды значительно уменьшает размеры конденсатора, и даёт возможность осуществлять процесс обратного возвращения тепла. К сожалению, нагретая до 40С вода в дальнейшем никак не используется, а охлаждается в градирни на открытом воздухе. Следовательно, водяное охлаждение действительно полезно если есть потребитель нагретой воды. Так же, чиллеры с водяным охлаждением дороже и сложнее как в проектировании, так в монтаже и в использовании, чем с воздушным. 

По варианту гидромодуля:

• Встроенный – моноблок, с включеным в него расширительным баком и насосной группой. Бывают они двух видов: однопоточные и двухпоточные. Обращаем внимание, что в чиллерах, расположенных вне помещения, данный гидромодуль располагается на открытом воздухе, создавая определённые трудности при зимней эксплуатации. Плюсом данного варианта является то, что отсутствует надобность в поисках места расположения насосной станции, предусматривать отдельный блок автоматики также нет необходимости. Обычно применяются так называемые «сухие» градирни или охладители конденсатора, представляющие собой поверхностный теплообменник «вода-воздух» с осевыми вентиляторами где температура воды, нагретой в конденсаторе передается воздуху, циркуляцию которого через теплообменник обеспечивают осевые вентиляторы. В первом случае водяной контур замкнутый, во втором случае - разомкнутый, в котором нужно установить все необходимое оборудование: циркуляционный насос, расширительный бак, предохранительный клапан, запорную арматуру. Чтобы вода не замерзала при работе чиллера в режиме охлаждения когда температура наружного воздуха ниже ноля, замкнутый контур заполняется водным раствором незамерзающей жидкости. Так же для снижения температуры охлаждающей жидкости конденсатора холодильных машин применяются градирни, где вода, нагретая в конденсаторе, распыляется через форсунки в потоке движущегося наружного воздуха, и в этот момент охлаждается до температуры мокрого термометра наружного воздуха, попадая после этого в конденсатор. Это довольно большое устройство, со своей спецификой обслуживания, установки насоса и прочего дополнительного оборудования. При водяном охлаждении конденсатора теплота конденсации также бесполезно теряется и способствует тепловому загрязнению внешней среды. Если есть источник тепла, такой как системы горячего водоснабжения или технологической линии, то в период выработки холода будет полезным использование тепла конденсации.
• С выносным гидромодулем закреплённом на опорной раме. К этому варианту прибегают в следующих случаях: встроенный гидромодуль не выдаёт достаточного количества мощности; если есть потребность в резервировании; существует необходимость расположения насосов внутри помещения. Этот вариант позволяет подойти к решению вопроса нестандартно. Дополнительные возможности открывают достаточно мощные насосы, позволяющие не задумываться об ограничениях касательно длины трассы. Для экономии времени существуют уже собранные насосные станции, состоящих из вышеперечисленных элементов, которые оптимально располагаются на опорной раме.

По типу компрессора: поршневой; ротационный; спиральный; винтовой;

По типу вентиляторов конденсатора: осевые; центробежные

Опции чиллеров

• Функция свободного охлаждения или фрикулинг. Данная функция необходима для чиллеров, которые используются в зимнее время и позволяет исключить цикл парокомпрессии в этот период, так как внешняя среда обладает достаточно низкой температурой и элементы выделяющие тепло будут остужаться естественным образом. Самый распространеный график температуры в системе подачи холода 7/12С, то есть уличное охлаждение в теории можно применять уже при температуре ниже 7С. 
• При работе чиллера в режиме «на отопление» насос подаёт тепло и цикл парокомпрессии работает в другом порядке. Ведь чиллер, являясь машиной для охлаждения и вырабатывающей холод относительно его потребления с коэффициентом три, не менее полезен как производитель тепла, используя при этом в четыре раза меньше расходованной электроэнергии. Сначала конденсатор с испарителем меняются функциями и носитель тепла не остужается, а наоборот его температура растёт. Режим «на отопление» чаще используется в зданиях общего назначения.
• Плавный пуск компрессора исключает появление высоких токов при пуске установки.