Чиллер — что это такое и для чего нужен

Содержание:
1. Классификация чиллеров
2. Конструкция чиллера
3. Принцип работы чиллера
3.1 Принцип работы чиллера с воздушным охлаждением
3.2 Принцип работы чиллера с водяным охлаждением
4. Аспекты проектирования систем на основе чиллеров

Чиллер — это автономная холодильная установка, которая получила невероятное распространение за счёт производительности и универсальности использования. Востребованность чиллеров давно вышла за границы изначального предназначения, ориентированного на кондиционирование воздуха в помещениях.

Холодильная машина считается центральной фигурой в системах чиллер-фанкойл. Мощные устройства успешно используются в качестве охладителя или нагревателя жидкостей на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности. Сфера участия чиллеров в производственных процессах постоянно расширяется. Не случайно на рынке климатической техники повышенным спросом пользуются агрегаты холодопроизводительностью от 1000 кВт.

Классификация чиллеров

На какие классы делятся чиллеры, удобно разобраться на примере популярной парокомпрессионной холодильной машины. По предназначению агрегаты разделяются на две группы — внутреннего и наружного применения. По способу охлаждения конденсатора — на устройства с воздушным и водяным охлаждением.

В категорию оборудования наружного монтажа входят установки с выносным испарителем и моноблочные холодильные конструкции со встроенным конденсатором и воздушным охлаждением. Такую технику устанавливают на неэксплуатируемых плоских крышах построек или подготовленных площадках вблизи обслуживаемых зданий. В качестве теплоносителя используют воду или незамерзающие солевые растворы.

Фото. Монтаж чиллеров на кровле

Конденсатор и компрессорно-испарительный блок холодильной машины для внутренней установки соединяются фреоновой трассой. Поэтому для размещения такой конструкции внутри зданий выделяется конкретное место. Конденсатор устанавливается снаружи. К категории внутреннего расположения принадлежат чиллеры следующих видов:

• бесконденсаторные (с выносным конденсатором);
• с водяным охлаждением;
• с воздушным охлаждением и центробежным вентилятором.

Холодильные установки с выносным конденсатором менее производительны, чем моноблоки, но занимают меньше места и могут монтироваться внутри дома. Так как конденсаторный блок находится за пределами внутреннего пространства, в создании приточно-вытяжной вентиляции для нормальной работы такие модели не нуждаются.

Планируя купить и установить чиллер, необходимо помнить, что это сложное холодильное оборудование. Для его монтажа готовится проект системы холодоснабжения с включением подробных спецификаций. Монтажные работы выполняются квалифицированными мастерами, которые прошли сертификацию. Установка происходит строго по проекту. При отсутствии какого-либо оборудования, труб или фитингов, указанных в разработке, заменять их самостоятельно без согласования с инженером-проектировщиком не допускается.

Конструкция чиллера

На рынке климатического оборудования представлено множество разновидностей чиллеров. Повышенным спросом пользуются, как моноблочные устройства, в которых все компоненты располагаются в одном корпусе, так и модульные, состоящие из нескольких секций. Но какими бы сложными ни были машины для центрального кондиционирования, они имеют схожую конструкцию.

Холодильные контуры, представляющие собой замкнутую систему, включают четыре основных элемента — компрессор, теплообменник (испаритель), конденсатор и дросселирующее устройство. Приборы малой холодопроизводительности имеют один холодильный контур. Если мощность превышает 50 кВт — два независимых контура. Холодильные машины могут работать на основе центробежного, винтового, ротационного либо спирального компрессора. Нюансы комплектации большей частью зависит от холодопроизводительности.

• Компрессор — это главный рабочий орган чиллера, который сжимает фреон и под давлением перекачивает по трубопроводу. Изготовленный по передовым технологиям агрегат рассчитан на рациональный расход энергии и минимизацию шума во время работы. Электродвигатель оснащается износостойкими деталями, повышающими энергоэффективность. Чем мощнее холодильная машина, тем сложнее компрессор для преобразования и перекачивания хладагента ему требуется.
• Конденсатор также подбирается с учётом мощности центрального оборудования. Так как в рабочем цикле на него возлагается задача сброса тепла в окружающее пространство, для эффективной работы холодильной установки необходимо обеспечивать максимальный теплосъём. Поэтому размеры конденсатора должны быть такими, чтобы газ внутри него полностью сконденсировался и перешёл в жидкую фазу.
• Функция испарителя заключается в охлаждении теплоотводящей среды до заданной температуры.
• Миссия дросселирующего устройства сводится к правильному дозированию поступающего хладагента, за счёт чего при попадании в вакуумную зону вещество быстро вскипает. В результате кипения температура понижается и образуется холодный пар, окутывающий трубки воздушного или водяного охладителя. 

Принцип работы чиллера

Основная задача холодильной машины — отвод тепла от охлаждаемого тела. Принцип её функционирования базируется на физических процессах передачи тепловой энергии. Температура всякой жидкости при сжатии повышается, при расширении снижается. Тепло от теплоносителя передаётся к используемому в чиллере хладагенту, который при быстром наборе температуры также разогревается. Здесь важно понимать, что передача энергии происходит не за счёт сжатия и расширения хладагента. В основе процесса лежат фазовые преобразования жидкого вещества в пар и обратно в результате конденсации.

Принцип работы чиллера с воздушным охлаждением

Среди многообразия холодильных установок с воздушным охлаждением конденсатора можно выбрать вариант для монтажа в помещении и на улице. Если нет условий для проведения фреоновой трассы, для внутреннего размещения в здании подойдёт тихая моноблочная машина с центробежным вентилятором. Агрегат демонстрирует отличную холодопроизводительность, малую шумность и не нуждается в воздуховодах.

Фото. Схема работы чиллера с воздушным охлаждением

Если шум вентиляторов не отвлекает и не мешает рабочему процессу, можно купить чиллер с выносным конденсатором и осевым вентиляционным устройством. Стандартное моноблочное оборудование с осевыми вентиляторами — безошибочный выбор для монтажа на оборудованной площадке или кровле дома. Как работает холодильная установка с воздушным охлаждением, можно проследить по схеме с описанием:

• Жидкий охлажденный фреон, циркулирующий по внутреннему контуру, выходит из конденсатора и поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), где давление резко уменьшается, а часть жидкости испаряется. Таким образом в теплообменник приходит смесь жидкости и пара.
• В испарителе жидкость вскипает, отбирает тепло у окружающей воздушной массы и переходит в парообразное состояние.
• Затем газообразный фреон, из которого испарились даже самые мелкие капли жидкости, продвигается к компрессору, сжимается, нагревается и поступает в конденсатор.
• Меняет газообразное агрегатное состояние на жидкое и отдаёт тепло окружающей среде.
• Далее фреон попадает в терморегулирующий вентиль, где его температура и давление становятся ниже, и цикл повторяется сначала.

Чиллер с воздушным охлаждением несложен в устройстве, доступен по цене и удобен в применении. К нему можно подсоединить неограниченное число канальных, настенных и напольных фанкойлов. Но в целях безопасности установку и пуско-наладку агрегата должны производить только сертифицированные мастера с помощью профессионального подъёмного оборудования.

Фото. Установка воздухоохлаждаемой холодильной машины

Применение таких систем чиллер-фанкойл экономически целесообразно в супермаркетах, образовательных и лечебных учреждениях, промышленных объектах, где работают разветвлённые сети кондиционирования.

Принцип работы чиллера с водяным охлаждением

Отличие и весомые преимущества холодильных машин с водяным типом охлаждения перед собратьями с воздушным отводом тепла скрываются в конструкции конденсатора. Водоохлаждаемые устройства отличаются компактностью и небольшими габаритами, что обуславливается уменьшенным объёмом испарителя, работающего на воде. Эргономичный чиллер с водяным охлаждением оснащается пластинчатым или кожухо-трубным теплообменником, не требует много места и наружного воздуха. Его свободно можно устанавливать внутри здания, в подвале, кладовке, небольшом хозяйственном помещении или во дворе за домом.

Климатическое оборудование с водяным охлаждением конденсатора функционирует также, как и холодильная машина с воздушным типом охлаждения, но завершение цикла передачи тепла в нём проходит в два этапа. Этим и отличается принцип работы водяного устройства.

Сначала тепло из паров фреона попадает в конденсаторную воду. После этого нагретая вода направляется в градирню (большой теплообменник), откуда тепло уже выводится в атмосферу. При этом хладагент и вода между собой не контактируют, в теплообменнике циркулируют по разным трубам. Расположенный в градирне вентилятор ускоряет процесс охлаждения, а специальный каплеуловитель удаляет из воздушного потока капли, образующиеся при испарении.

Фото. Схема работы чиллера с водяным типом охлаждения

Холодильный цикл происходит в определённой последовательности. Газообразный хладагент:

• сжимается компрессором под высоким давлением, повышает температурный показатель;
• подаётся в конденсатор, охлаждается;
• переходит в жидкое состояние (конденсируется);
• перемещается в теплообменник с более низким давлением, чем в магистрали;
• закипает в испарителе при низком давлении;
• при кипении температура хладагента падает до -4-8°С, начинается процесс охлаждения воды, циркулирующей по трубопроводу;
• фреон в газообразном состоянии поступает в компрессор.

Сочетание классического цикла с охлаждающим эффектом посредством использования воды, позволяет достичь хорошей тепло- и холодопроизводительности, независимо от температуры окружающей среды. Сегодня разработчики предлагают много типов компрессионных чиллеров, но принципиальная схема холодильного цикла в них одинакова.

Аспекты проектирования систем на основе чиллеров

Участие чиллеров в масштабных проектах холодоснабжения обуславливается экономической выгодой. Мощное оборудование сочетает в себе непревзойдённую холодопроизводительность, экологическую безопасность и результативность применения. С помощью чиллеров нового поколения можно создавать системы кондиционирования с трассами неограниченной длины. При разработке проектов необходимо учитывать множество факторов и производить сложные расчёты, в числе которых:

• функциональное назначение системы;
• масса и длина чиллера, количество компрессоров, вентиляторов, других элементов;
• особенности монтажа оборудования и подсоединения трубопроводов;
• расчёт нагрузки на виброопоры;
• установка фильтра, препятствующего засорению испарителя;
• специфика архитектуры зданий и показатели теплоизбытка помещений;
• характеристика места установки с учётом тепловых выбросов в окружающую среду;
• возможность применения автоматизированного управления и определения поломок, проведения самодиагностики неисправностей.

В технической документации непременно указывается, для какого теплоносителя сделаны расчёты, при какой минусовой температуре чиллер может работать без дополнительных мер безопасности. В готовом проекте также содержатся чертежи, список необходимых комплектующих и расходников, расчёт гидравлической сети, оценка энергоэффективности.