Чиллер для охлаждения воды — это тип холодильного оборудования, используемый для понижения температуры воды и поддержания этой низкой температуры в течение всего процесса охлаждения. Чиллеры широко используются в промышленных, коммерческих и офисных зданиях для обеспечения эффективного охлаждения в системах кондиционирования воздуха и различных производственных процессах.
Принцип работы: В чиллере используется процесс испарения и конденсации хладагента для отвода тепла от воды. Хладагент циркулирует по замкнутой системе, проходя через компрессор, конденсатор и испаритель.
Испарение: В испарителе хладагент поглощает тепло от охлаждаемой воды и испаряется. Это приводит к снижению температуры воды.
Компрессор: Пар хладагента затем сжимается компрессором, что увеличивает его давление и температуру.
Конденсация: Под высоким давлением и температурой хладагент проходит через конденсатор, где он отдает тепло в окружающую среду (например, воздуху или воде), конденсируется и превращается обратно в жидкость.
Расширительный клапан: После этого хладагент проходит через расширительный клапан, где его давление и температура понижаются, и цикл повторяется.
Кондиционирование воздуха: Чиллеры используются для охлаждения воды, которая затем циркулирует по зданию для охлаждения воздуха в системах центрального кондиционирования.
Промышленные процессы: В промышленности чиллеры применяются для охлаждения оборудования, машин и производственных процессов, где необходимо контролировать температуру (автомобилестроение; химическая промышленность; обслуживание электростанций; сфера лазерных технологий; пищевая промышленность и др.).
Чиллеры бывают разных типов, включая воздушные и водяные, в зависимости от метода отвода тепла из конденсатора. Эффективность и экономичность чиллеров делают их незаменимым оборудованием во многих сферах применения.
В чиллерах для подачи на потребителя обычно используются следующие виды жидкостей:
Вода: Является наиболее распространенной охлаждающей жидкостью в чиллерах из-за своей доступности, эффективности в передаче тепла и экологической безопасности. Однако вода замерзает при 0°C, что ограничивает ее использование в условиях низких температур.
Гликоли (например, этиленгликоль или пропиленгликоль): Добавляются к воде для понижения температуры замерзания смеси, что позволяет использовать чиллеры в условиях низких температур. Гликолевые смеси также обладают свойствами антикоррозии и биостабильности, предотвращая рост микроорганизмов в системе.
Антифризы: Специальные смеси, предназначенные для использования в чиллерах, работающих при очень низких температурах. Обычно содержат сочетание воды и гликоля или других добавок для предотвращения замерзания и коррозии.
Спирты: Реже используются из-за их высокой стоимости и потенциальной токсичности. Могут применяться в специализированных промышленных приложениях, где требуются особые свойства охлаждающей жидкости.
Выбор жидкости для системы чиллера зависит от ряда факторов, включая температурные требования, тип чиллера, условия эксплуатации и требования к безопасности. Важно учитывать, что добавление гликоля или других веществ в воду может влиять на ее теплопроводность и другие физические свойства, что должно быть учтено при проектировании и эксплуатации системы.
На фото чиллер с выносным конденсатором для охлаждения воды
Недостатки использования воды
Использование воды в чиллерах, хотя и является распространенным и эффективным методом для охлаждения, имеет несколько потенциальных недостатков:
Температура замерзания: Вода замерзает при 0°C, что ограничивает ее использование в холодных климатических условиях без добавления антифризов, таких как гликоль.
Коррозия: Вода может способствовать коррозии металлических компонентов системы чиллера, особенно если вода не обработана или система не оборудована соответствующими защитными устройствами.
Образование накипи и отложений: В воде могут содержаться минералы, которые при высоких температурах образуют накипь и отложения, ухудшающие теплообмен и снижающие эффективность системы.
Риск развития микроорганизмов: В водных системах может происходить рост водорослей, бактерий и других микроорганизмов, что требует регулярного обслуживания и использования биоцидов. Для предотвращения коррозии, образования отложений и роста микроорганизмов необходимо использовать специализированные добавки и обрабатывать воду, что увеличивает эксплуатационные расходы
Для уменьшения этих недостатков часто применяются различные химические добавки и специализированные методы обработки воды. В некоторых случаях используют альтернативные охлаждающие жидкости, такие как гликолевые смеси.
Если в чиллере пластинчатый теплообменник, температуры жидкости не должна быть ниже 5 градусов. Это требование обусловлено небольшим расстоянием между пластинами в пластинчатом теплообменнике. Понизив градус хладоносителя до 4°С и занизив температуру кипения, в пластинчатом теплообменнике образуется сначала тонкий слой льда, а потом огромная наледь. В итоге мы имеет поврежденные пластины, вышедший из строя чиллер и неизбежную утечку хладоносителя в охлажденную воду.
Отдельно стоит упомянуть тот факт, что вода не подходит для использования в холодное время года на открытых площадках. Например, эта жидкость не используется при прокладке трубопровода через улицу от потребителя до чиллера, находящегося в удаленном помещении. Воду вне цеха используют только в комплексе с рядом технических дополнений:
теплоизоляция;
подогрев трубопровода;
организация отводов;
использование особого хладоносителя и др.
На фото чиллер с винтовыми компрессорами, кожухотрубным теплообменником и выносным конденсатором для охлаждения воды
Чем заменить воду?
В чиллерах вода может быть заменена другими охлаждающими жидкостями, которые обычно выбираются на основе их температурных характеристик, теплофизических свойств, совместимости с материалами системы и экологических соображений. Вот несколько распространенных альтернатив воде и рекомендации по их концентрациям:
Этиленгликоль
Обычно используется в смеси с водой.
Концентрация может варьироваться от 20% до 60% в зависимости от требуемой температуры замерзания смеси.
Понижает температуру замерзания, но также снижает теплопередачу по сравнению с чистой водой.
Пропиленгликоль
Альтернатива этиленгликолю, менее токсичен и подходит для систем, где требования к безопасности выше.
Концентрации аналогичны этиленгликолю.
Также влияет на снижение теплопроводности по сравнению с водой.
Метанол или другие спирты
Используются редко из-за их воспламеняемости и токсичности.
Концентрации должны быть тщательно рассчитаны с учетом безопасности и требований системы.
Солевые растворы
В некоторых случаях можно использовать растворы солей, таких как хлорид кальция или магния.
Концентрация зависит от требуемой температуры замерзания и должна быть определена с учетом коррозионной активности раствора.
Теплоносители на основе синтетических жидкостей
Специализированные продукты, разработанные для применения в холодильных системах, обладающие хорошими теплофизическими свойствами.
Концентрация зависит от продукта и его спецификаций.
Если по какой-то причине воду нецелесообразно или невозможно применить в роли хладоносителя, задействуют жидкость с более низкой температурой замерзания. В таком случае не нужно радикально модифицировать конструкцию чиллера, требуется только дополнительная термоизоляция следующих узлов:
трубопровода;
насосной группы;
всех других элементов системы, на которых выпадает конденсат из-за разницы температур.
Термоизоляция данных деталей защищает агрегат от коррозии и температурных потерь во время передачи жидкости от чиллера до потребителя. В качестве более практичной альтернативы воды используют раствор гликоля. Благодаря определенной пропорции воды и гликоля в растворе, обеспечивается приемлемая температура замерзания для большинства популярных моделей чиллеров.
Отметим, что для охлаждения пищевой продукции используют нетоксичный пропиленгликоль. Для технических нужд применяют исключительно этиленгликоль. Однако последний обладает разрушительным свойством для всех металлов в составе чиллера. Чтобы нейтрализовать агрессивную среду раствора этиленгликоля, задействуют противокоррозийные ингибиторы.
На фото чиллер для охлаждения воды с функцией нагрева
Пропиленгликоль — это органическое соединение, химическая формула которого C₃H₈O₂. Это бесцветная, вязкая, без запаха и вкуса жидкость, обладающая гигроскопичными свойствами (способностью поглощать влагу из воздуха). Пропиленгликоль смешивается с водой в любых пропорциях и относительно безопасен для использования, что делает его популярным во многих промышленных и пищевых приложениях.
На фото насос чиллера для перекачивания воды
Где используется?
В качестве теплоносителя в системах охлаждения и отопления: Пропиленгликоль используется в качестве антифриза и теплоносителя в системах охлаждения (например, в чиллерах) и отопления, так как он снижает температуру замерзания воды и предотвращает коррозию металлических частей системы.
В пищевой промышленности: Пропиленгликоль используется как пищевая добавка (E1520) для стабилизации вкуса, цвета и текстуры продуктов.
В фармацевтической и косметической промышленности: В качестве растворителя и увлажнителя в косметических средствах, лекарственных препаратах и кремах.
В производстве электронных сигарет: Пропиленгликоль используется в качестве основы для жидкостей в электронных сигаретах.
Какую концентрацию заливать?
Концентрация пропиленгликоля в системах охлаждения и отопления обычно колеблется от 20% до 50%, в зависимости от требуемой температуры замерзания и теплофизических свойств системы. Точная концентрация должна определяться на основе технических требований конкретной системы и рекомендаций производителя.
Что надо знать о пропиленгликоле?
Токсичность: Пропиленгликоль считается относительно безопасным для здоровья человека, особенно по сравнению с этиленгликолем, который является более токсичным. Однако при использовании в высоких концентрациях он все же может представлять определенные риски.
Воздействие на окружающую среду: Пропиленгликоль биоразлагаем и менее вреден для окружающей среды, чем некоторые другие химические соединения, но его сброс в окружающую среду должен контролироваться.
Обработка и хранение: Необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении и хранении пропиленгликоля, особенно в больших объемах, для предотвращения разливов и контакта с кожей.
