(495) 984-74-92
(495) 226-51-87
info@xiron.ru
Главная
Техническая информация
Водоохлаждающие установки - чиллеры
Что такое чиллер. Основные типы, устройство. Вопросы-ответы

Что такое чиллер. Основные типы, устройство. Вопросы-ответы

Чиллер — это холодильная машина для охлаждения жидкости, используещая парокомпрессионный или абсорбционный холодильный цикл. После охлаждения в чиллере жидкость может подаваться в теплообменники для охлаждения воздуха (фанкойлы), для отвода тепла от оборудования или в рубашку охлаждения реактора. В процессе охлаждения жидкости чиллер создаёт избыточное тепло, которое должно быть отведено в окружающую среду. Работа с фанкойлом в системах кондиционирования является частным случаям использования чиллеров. Чиллеры сами по себе имеют широкое применение в промышленности: литьевое формование, лазеры, станки, АЭС, полупроводники и многое другое.

Чиллер

Существует несколько видов чиллеров: парокомпрессионного цикла и абсорбционного. Абсорбционные холодильные машины выпускаются известными производителями климатического оборудования: ShuangLiang Eco Energy (крупнейший производитель), Carrier, Trane, Thermax, York, Century, Broad.

типы чиллеров

Чиллер с воздушным
конденсатором моноблок
Чиллер с выносным
воздушным конденсатором

Чиллер с водяным
конденсатором
Гидромодуль

Система чиллер-фанкойл — система кондиционирования воздуха, в которой теплоносителем между чиллером (холодильной установкой) и фанкойлами (теплообменниками, узлами охлаждения воздуха) служит охлаждённая жидкость, циркулирующая под относительно низким давлением — обыкновенная вода (Т — тропический климат +1…+40 С°) или водный раствор этиленгликоля (УХЛ — умеренный и холодный климат –60…+40 С°). Кроме чиллера и фанкойлов, в состав системы входит трубная разводка между ними, гидромодуль (насосная станция).

Чиллеры содержат химическое соединение, называемое фреоном — бесцветные газы или жидкости без запаха. Фреоны очень инертны в химическом отношении, поэтому они не горят на воздухе, невзрывоопасны даже при контакте с открытым пламенем. Однако при нагревании фреонов свыше 250°C образуются весьма ядовитые продукты, например фосген COCl2, который в годы первой мировой войны использовался как боевое отравляющее вещество. Название «фреон» фирмы DuPont (США) в течение многих лет использовалось в литературе как общетехнический термин для хладагентов. В СССР и РФ укоренился термин «хладоны». Существует много типов хладагента и применений в зависимости от требуемых температур (R407° C, R410a, R404a, R134a), но все они работают по основному принципу сжатия и фазового превращения хладагента из жидкости в газ и обратно в жидкость. Этот процесс нагрева и охлаждения хладагента и его замены из газа в жидкость и обратно — это цикл охлаждения. Фреоны применяется еще в пожаротушении на опасных объектах (например, электростанции, корабли и т.д.).

Чиллер с выносным конденсатором

Чиллер с выносным конденсатором представляет холодильный модуль, где компрессор, испаритель, арматура смонтированы на одной раме в едином корпусе. При этом холодильный модуль чиллера размещают внутри помещения, а конденсатор воздушного охлаждения выносят на улицу или в другое помещение.

Чиллер с выносным конденсатором

Основные преимущества:

  • возможность круглый год использовать воду;
  • высокий КПД работы за счет отсутствия контура с гликолем и промежуточного теплообменника;
  • более тихая работа чиллера из-за того, что нет шума от работающих вентиляторов конденсатора;
  • при работе не выделяется тепло в помещение;
  • холодильный модуль устанавливается в теплом помещении — это удобно для обслуживания. При установке чиллера с выносным конденсатором необходимо учитывать, что существуют ограничения по длине хладоновых трасс между чиллером и конденсатором. Длина трассы между блоками должна быть не более 15 метров. При дополнительном оснащении возможен вынес до 50 метров.

Принципиальная схема чиллера с выносным конденсатором

чиллер с выносным конденсатором

Схема чиллера с выносным конденсатором и зимним пуском

Чиллер с выносным конденсатором воздушного охлаждения и системой зимнего пуска

Спецификация

  1. Компрессор Danfoss
  2. Реле высокого давления КР
  3. Клапан запорный Rotolock
  4. Маслоотделитель OUB
  5. Клапан обратный NRV
  6. Клапан дифференциальный NRD
  7. Регулятор давления конденсации KVR
  8. Кран шаровой GBC
  9. Конденсатор воздушного охлаждения
  10. Кран шаровойGBC
  11. Клапан обратный NRV
  12. Ресивер линейный
  13. Клапан запорный Rotolock
  14. Фильтр-осушитель DML
  15. Стекло смотровое SG
  16. Клапан соленоидный EVR
  17. Катушка для клапана соленоидного Danfoss
  18. Клапан терморегулирующий ТЕ
  19. Испаритель пластинчатый паяный тип В (Danfoss)
  20. Фильтр-осушитель DAS/DCR
  21. Реле низкого давления КР
  22. Клапан запорный Rotolock
  23. Датчик температуры AKS
  24. Реле протока жидкости FQS
  25. Щит электрический

Чиллеры с водяным охлаждением конденсатора

Конденсатор в чиллерах такого типа охлаждается жидким теплоносителем: водой или растворами гликоля.

Вследствие низкой температуры конденсации, чиллеры водяного охлаждения имеют более высокую энергоэффективность, по сравнению с воздушными конденсаторами. Отвод тепла от конденсатора осуществляется при помощи жидкости, которая впоследстви охлаждается в дополнительном теплообменнике — сухой градирне, драйкулере (от англ. Dry cooler) или в градирне открытого типа.

Основные преимущества:

  • высокая эффективность благодаря низкой температуре конденсации и использованию воды в качестве теплоносителя;
  • чиллер с водяным конденсатором занимает мало места, по сравнению с воздушным;
  • сухую градирню можно вынести гораздо дальше, чем воздушный конденсатор.

Чиллеры с водяным охлаждением конденсатора

Чиллер с конденсатором водяного охлаждения и с регулированием давления конденсации

Чиллер с конденсатором водяного охлаждения и с регулированием давления конденсации

Спецификация

  1. Компрессор Danfoss
  2. Реле высокого давления KP
  3. Клапан запорный Rotolock
  4. Конденсатор водяного охлаждения пластинчатый паяный тип B (Danfoss)
  5. Клапан водорегулирующий WVFX
  6. Фильтр-осушитель DML
  7. Стекло смотровое SG
  8. Клапан соленоидный EVR
  9. Катушка для клапана соленоидного Danfoss
  10. Клапан терморегулирующий TE
  11. Испаритель пластинчатый паяный тип B (Danfoss)
  12. Фильтр-осушитель DAS/DCR
  13. Реле низкого давления KP
  14. Клапан запорный Rotolock
  15. Датчик температуры AKS
  16. Реле протока жидкости FQS
  17. Щит электрический

Моноблочный чиллер с воздушным охлаждением конденсатора

Моноблочные чиллеры применяются в системах центрального кондиционирования с приточными установками и в системах «чиллер-фанкойл». Моноблоки имеют две модификации:
  • с осевыми вентиляторами;
  • с центробежными вентиляторами.

чиллер моноблок

Чиллеры с осевыми вентиляторами представляют собой холодильные установки, смонтированные на раме в едином корпусе и устанавливаются в помещении или на кровле зданий или на улице на подготовленной площадке. Сброс тепла производится в окружающую среду.

принципиальная схема моноблочного чиллера

чиллер моноблок

Гидромодуль — насосная станция

Гидромодуль или насосная станция — это оборудование, которое используется вместе с чиллером и служит для циркуляции жидкости в системе трубопроводом, между чиллером и охлаждающим оборудованием или фанкойлами. гидромодуль состоит из следующих основных компонентов:
  • насос подающий, циркуляционный, резервный;
  • накопительная теплоизолированная емкость;
  • расширительная емкость (служит для компенсации температурного расширения и сжатия теплоносителя);
  • щит управления и система автоматики;
  • фильтр;
  • запорная арматура;

гидромодуль

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. Что бы 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.

Схема гидромодуля

гидромодуль

Спецификация:

  • Термоизолированная емкость открытого типа
  • Насос
  • Кран шаровый
  • Разборное соединение
  • Манометр
  • Выход на потребителя
  • Вход воды
  • Байпасный вентиль
  • Фильтр грубой очистки
  • Реле контроля протока
  • Визуальный контроль уровня жидкости

Принцип работы чиллера

Теоретической основой, на которой построен принцип работы чиллеров, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ в чиллерах совершает так называемый обратный цикл Ренкина — разновидность обратного цикла Карно. При этом основная передача тепла основана не на сжатии или расширении цикла Карно, а на фазовых переходах — испарении и конденсации. Холодильное и климатическое оборудование компрессионного типа действия небольшой мощности имеет сходное устройство:
  • компрессор, создающий необходимую разность давлений;
  • испаритель, забирающий тепло от жидкости;
  • конденсатор, отдающий тепло в окружающую среду;
  • Дросселирующее устройство, поддерживающее разность давлений за счёт дросселирования хладагента;
  • Фреон — вещество, переносящее тепло от испарителя к конденсатору.
Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его (при этом температура хладагента повышается) и выталкивает в конденсатор. Для смазки компрессора применяют специальные рефрижераторные масла. Стоит отметить, что масло и хладагенты R-22, R-12 хорошо растворяются друг в друге. Более поздние хладагенты (R-407° C, R-410A и т. д.) не растворяют масла и для смазки компрессора используют полиэфирные масла. Полиэфирные масла крайне гигроскопичны, вступают в химическую реакцию с водой и разлагаются.

В конденсаторе нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и при этом конденсируется, то есть превращается в жидкость, поступающую в дросселирующее устройство.

Жидкий хладагент под давлением поступает через дросселирующее устройство (капилляр или терморегулируемый расширительный вентиль) в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение.

Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

Терморегулируемый расширительный вентиль необходим для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объём испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается.

Принцип работы чиллера

  • 1 — конденсатор
  • 2 — терморегулирующий вентиль
  • 3 — испаритель
  • 4 — компрессор

Энергоэффиктивность чиллеров

В таблице ниже приведено сравнение холодопроизводительности и потребляемой мощности чиллеров на основных типах компрессоров:
  • спиральный;
  • поршневой;
  • винтовой.
Значение Поршневой Спиральный Винтовой
Q, кВт 99,9 102 103,2
N, кВт 33,66 30,08 32,4
СОР/КПД 2,97 3,4 3,18
Ток, А 57,1 53,3 56,4
Q — холодопроизводительность.
N — потребляемая мощность.
Данные указаны на фреоне R407° C, температура воды +7/12С.

Из таблицы видно, что потребляемая мощность на спиральных компрессорах меньше на 10-15%. Поэтому для систем кондиционирования очень часто используют спиральные коммпрессора в чиллерах.

Основные наиболее популярные фреоны на которых собираются чиллеры это: R404a, R407° C, R410a, R134a. (R22 разрушает озоновый слой, и производство ограничено Монреальским протоколом)
R134a Используется в основном в жарком климате, когда окружающая температура достигает +50…+60С или если нужно поддерживать температуру воды в чиллере +25…30 градусов. Компрессора, заправленные данным фреоном, показывают меньшую холодо-производительность, чем, например, на R407° C.

Потенциал разрушения озона ODP = 0. Для работы с хладагентом R134a рекомендуются только полиэфирные холодильные масла. Хладагент 134а просто дозаправляется после каждой утечки.

R410a Давление в контуре при рабочих температурах существенно выше (так, при температуре 43°С R22 имеет давление насыщенного пара 15,8 атм, а R410A—около 26 атм.), поэтому более высокие требования предъявляются к герметичности, медные трубки конденсатора и испарителя должны быть более прочными, отсюда большая масса меди и более высокая цена. (В процессе старения металлов и соединений возрастает количество утечек в оборудовании). Ещё одним минусом R-410A является несовместимость с минеральным маслом. Если R22 растворяется в любом минеральном масле, то для фреона R410a нужно специальное полиэфирное масло, которое намного дороже, а кроме того, требует более аккуратной заправки (оно очень активно поглощает влагу, теряя свои свойства). С другой стороны, R-410A обладает высокой удельной хладо-произодительностью (в полтора раза выше чем R-407° C и R22, в два раза выше чем R-134A, что позволяет использовать компрессор с меньшей объёмной производительностью.
R407° C R-407° C является гидрофторуглеродным хладагентом, не разрушающим озоновый слой. Разработан для замены R-22 во многих системах кондиционирования воздуха. По своим эксплуатационным характеристикам R-407° C очень близок к R-22, что позволяет осуществлять ретрофит многих агрегатов, работающих на R-22. R-407° C – это трехкомпонентная смесь с температурным дрейфом около 6 оК. Хладагент 407° C не рекомендуется в холодильных системах с температурами испарения ниже −10°С. Большинство систем кондиционирования воздуха и тепловых насосов, в которых в настоящее время в качестве хладагента применяется R-22, может быть переведено на R-407° C.
R404а Используется в основном в низкотемпературных чиллера, когда необходимо получать температуру гликоля минус 15 и ниже. Температурный глайд менее 0,5 К. В зависимости от условий эксплуатации обеспечиваются повышение холодо-производительности на 4…5% и снижение температуры нагнетания в компрессоре до 8% по сравнению с аналогичными характеристиками R502.

Температуры хладоносителей в чиллерах

Чиллеры условно еще можно разделить по температуре, до какой охлаждается хладоноситель на:

  • Среднетемпературные с температурой жидкости +5…+25С (кондиционирование, охлаждение оборудования и.т.д.);
  • Низкотемпературные с температурой жидкости −20…0С (ледовые катки, технологическое охлаждение, и.т.д.);
  • Сверхнизкотемпературные с температурой жидкости (рассолы, спирты) −90…-30С (испытательные стенды);
При температуре жидкости выше +30С целесообразнее уже вместо чиллеров использовать градирни или аппараты воздушного охлаждения («сухие градирни»).

Стоимость чиллеров

  • На стоимость чиллеров влияют следующие основные факторы:
  • какую температуру жидкости необходимо поддерживать;
  • холодопроизводительность;
  • температура окружающей среды;
  • моноблочное исполнение, контейнерное или выносной конденсатор;
  • наличие гидромодуля
Зависимость цены чиллера с гидромодулем от холодопроизводительности можно посмотреть на графике ниже:

стоимость чиллеров

Экономическая выгода от использования чиллера

Если у нас на производстве час расходуется 5 м3/ч водопроводной воды, то выгода от чиллера составит до 90%. При использовании воды оплата идет за саму воду, а также за инженерные коммуникации — канализация и пр. При использовании оборудования для охлаждения воды затраты идут только на электроэнергию.

  • Затраты при водопроводном охлаждении — 900 руб/час.
  • Затраты на электроэнергию при использовании чиллера — 95.12 руб/час
  • Экономическая выгода* — 90.44%
    * — зависит от тарифов на электроэнергию, водоснабжение, водоотведение в вашем регионе
Основные неисправности чиллеров
  • Утечка фреона. Утечка фреона может произойти в результате негерметичного соединения фреонового контура.
  • Выход из строя компрессора. В компрессоре как правило происходит сгорание обмотки статора или разрушение клапанов (поршневой группы).
  • Влага в холодильном контуре. Влага (вода) в холодильный контур может попасть в результате образования утечки в испарителе, вследствие чего происходит смешение двух контуров «фреон-вода».

Плюсы и минусы АБХМ

Преимущества АБХМ:
  • Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
  • Минимальный уровень шума.
  • Экологически безопасны. Хладагентом является обычная вода.
  • Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
  • Длительный срок службы (не менее 20 лет).
  • Полная автоматизация.
  • Пожаро- и взрывобезопасность.
  • Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Недостатки абсорбционных чиллеров

  • Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше (на мощности ниже 500 кВт) чем цена обычного охладителя. При больших мощностях (2 МВт и выше) стоимость АБХМ приближается к стоимости ПКХМ.
  • Необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
  • Относительно низкая энергетическая эффективность — тепловой коэффициент (отношение подведенной тепловой энергий к полученному холоду), равный 0,65-0,8 — для одноступенчатых машин, и 1—1,52 — для двухступенчатых машин.
  • Существенно больший вес, чем у обычного чиллера.
  • Чиллеры АБХМ занимают примерно на 50% больше площади размещения, чем эквивалентные парокомпрессионные чиллеры
  • Большинство фреоновых чиллеров поставляются с завода заправленными хладагентом. В то время как хладагент и абсорбент (включая добавки) должны устанавливаться на месте в чиллерах АБХМ.
  • Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает водопотребление системы.

Вопросы и ответы

Вопрос:

На чем работают чиллеры?

Ответ:

Чиллеры заправляются основными хладагентами — R407° C, R410a, R404a и др. Выбор фреона зависит от условий эксплуатации и конкретной задачи для которой подбирается охлаждающая установка.

На линии потребителя рекомендуется использовать воду, т.к у нее наилучшие теплотехнические свойства и теплообменник чиллера будет давать работать на максимальном КПД. Если есть риск замерзания воды, то использует раствор гликоля.

Вопрос:

Что лучше чиллер или драйкулер?

Ответ:

Температура хладоносителя при использовании драйкулера зависит от температуры окружающей среды. Если, например, на улице будет +30, то хладоноситель будет с температурой +35…+40С. Драйкулер используют в основном в холодное время года для экономии электроэнергии. Чиллером можно получать заданную температуру в любое время года.

Вопрос:

Какой чиллер лучше — с водяным или воздушным конденсатором?

Ответ:

Чиллер с водяным охлаждением имеет компактные размеры, поэтому могут размещаться в помещении и не выделяют тепло. Но для охлаждения конденсатора требуется холодная вода.

Чиллер с водяным конденсатором имеет более низкую стоимость, но может дополнительно потребоваться сухая градирня, если нет источника воды — водопровод или скважина.

Вопрос:

В чем отличие чиллеров с тепловым насосом и без него?

Ответ:

Чиллер с тепловым насосом может работать на обогрев, т.е не только охлаждать хладоноситель, но и нагревать его. Необходимо учитывать, что с понижением температуры нагрев ухудшается. Наиболее эффективен нагрев когда температура опускается не ниже минус 5.

Вопрос:

На какое расстояние можно выносить воздушный конденсатор?

Ответ:

Обычно конденсатор можно вынести на расстояние до 15 метров. При установке системы отделения масла выснок конденсатора возможен до 50 метров, при условии правильного подбора диаметра медных магистралей между чиллером и выносным конденсатором.

Вопрос:

До какой минимальной температуре работает чиллер?

Ответ:

При установке системы зимнего пуска работа чиллера возможно до окружающей температуры минус 30…-40. А при установке вентиляторов арктического исполнения — до минус 55.

 

"Добавить комментарий"

Промышленные чиллеры >>

 

Menu