Что такое чиллер. Основные типы, устройство. Вопросы-ответы Чиллер – это специализированное устройство, используемое для охлаждения жидкости через парокомпрессионный или абсорбционный циклы. Эта охлажденная жидкость затем направляется в теплообменники для кондиционирования воздуха, охлаждения оборудования или использования в охлаждающих системах химических реакторов. В процессе работы чиллер генерирует тепло, которое необходимо эффективно отводить. Хотя использование в системах с фанкойлами является одним из примеров применения чиллеров, они также незаменимы в различных промышленных сферах, включая литье под давлением, лазерные системы, станочное оборудование, атомные электростанции, производство полупроводников и многие другие отрасли. 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. 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). В чиллерах используется химическое вещество, известное как фреон, представляющее собой бесцветные и без запаха газы или жидкости. Фреоны химически стабильны, не поддерживают горение и не взрывоопасны даже при контакте с огнем. Однако при температурах свыше 250°C они могут разложиться с образованием токсичных веществ, таких как фосген COCl2, использовавшийся в качестве химического оружия. Термин «фреон», введенный компанией DuPont, долгое время использовался как общее название хладагентов. В СССР и России принято использовать термин «хладоны». Существуют различные типы хладагентов (например, R407° C, R410a, R404a, R134a), каждый из которых работает по принципу сжатия и фазовых превращений для охлаждения. Фреоны также применяются в системах пожаротушения на объектах повышенной опасности, таких как электростанции и корабли. Чиллер с внешним конденсатором — это устройство, в котором компрессор, испаритель и арматура собраны в одном корпусе на общей раме. Отличительной особенностью такой конструкции является размещение холодильного модуля внутри помещения, в то время как конденсатор для воздушного охлаждения устанавливается на улице или в отдельном помещении. Эта конфигурация позволяет эффективно распределить тепловую нагрузку и улучшить общую эффективность системы охлаждения. 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.
Схема чиллера с выносным конденсатором и зимним пуском Спецификация - Компрессор Danfoss
- Реле высокого давления KP
- Клапан запорный Rotolock
- Маслоотделитель OUB
- Клапан обратный NRV
- Клапан дифференциальный NRD
- Регулятор давления конденсации KVR
- Кран шаровой GBC
- Конденсатор воздушного охлаждения
- Кран шаровой GBC
- Клапан обратный NRV
- Ресивер линейный
- Клапан запорный Rotolock
- Фильтр-осушитель DML
- Стекло смотровое SG
- Клапан соленоидный EVR
- Катушка для клапана соленоидного Danfoss
- Клапан терморегулирующий TE
- Испаритель пластинчатый паяный тип B (Danfoss)
- Фильтр DAS/DCR
- Реле низкого давления KP
- Клапан запорный Rotolock
- Датчик температуры AKS
- Реле протока жидкости FQS
- Щит электрический
В чиллерах с жидкостным охлаждением конденсатор охлаждается с помощью жидкого теплоносителя, такого как вода или гликолевые растворы. Эти чиллеры обладают более высокой энергоэффективностью за счет низкой температуры конденсации по сравнению с аналогами с воздушным охлаждением. Тепло от конденсатора удаляется с помощью жидкости, которая затем охлаждается в отдельном теплообменнике, таком как сухая градирня, драйкулер или градирня открытого типа, обеспечивая эффективное рассеивание тепла. 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.
Чиллер с конденсатором водяного охлаждения и с регулированием давления конденсации Спецификация - Компрессор Danfoss
- Реле высокого давления KP
- Клапан запорный Rotolock
- Конденсатор водяного охлаждения пластинчатый паяный тип B (Danfoss)
- Клапан водорегулирующий WVFX
- Фильтр-осушитель DML
- Стекло смотровое SG
- Клапан соленоидный EVR
- Катушка для клапана соленоидного Danfoss
- Клапан терморегулирующий TE
- Испаритель пластинчатый паяный тип B (Danfoss)
- Фильтр DAS/DCR
- Реле низкого давления KP
- Клапан запорный Rotolock
- Датчик температуры AKS
- Реле протока жидкости FQS
- Щит электрический
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.
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. 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;
Из-за изменений тепловой нагрузки в течение дня или сезона чиллеры могут производить больше холода, чем требуется. Это приводит к тому, что они работают в режиме коротких импульсов, регулярно включаясь и выключаясь. Частые старты компрессора ускоряют его износ и сокращают срок службы. Чтобы предотвратить это, иногда используют аккумулирующий бак, размер которого подбирается с учетом потенциальных тепловых нагрузок и объема теплоносителя в системе. Это позволяет увеличить интервалы между включениями и выключениями компрессора благодаря большему объему и теплоемкости теплоносителя. Схема гидромодуля 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 Принцип работы чиллеров основан на втором начале термодинамики, использующем обратный цикл Ренкина, который является разновидностью обратного цикла Карно. В этом процессе важную роль играют фазовые переходы хладагента — испарение и конденсация, а не простое сжатие или расширение. Стандартная система компрессионного холодильного оборудования включает: - Компрессор: Создает необходимую разность давлений в системе, сжимая хладагент, что приводит к повышению его температуры.
- Испаритель: Забирает тепло от охлаждаемой жидкости или воздуха, причём хладагент при этом испаряется, поглощая тепло.
- Конденсатор: Отводит тепло от хладагента в окружающую среду, при этом хладагент конденсируется, переходя из газообразного в жидкое состояние.
- Дросселирующее устройство (например, терморегулируемый расширительный вентиль или капилляр): Поддерживает разность давлений между конденсатором и испарителем. Оно контролирует поток хладагента, позволяя ему расширяться и охлаждаться перед входом в испаритель.
- Фреон: Служит в качестве переносчика тепла от испарителя к конденсатору.
В процессе работы хладагент всасывается из испарителя компрессором в виде пара, сжимается, повышая свою температуру, и затем поступает в конденсатор. В конденсаторе хладагент охлаждается, отдавая тепло и конденсируясь. Затем жидкий хладагент под давлением проходит через дросселирующее устройство в испаритель, где он испаряется, резко уменьшая свою температуру и поглощая тепло. Таким образом, хладагент в конденсаторе при высоком давлении переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под низким давлением он вскипает, становясь газообразным и поглощая тепло. Это обеспечивает циклическую теплопередачу в системе. ТРВ важен для создания нужной разности давлений, обеспечивая эффективность охлаждения и полное заполнение испарителя хладагентом. С изменением тепловой нагрузки и температуры в камере количество хладагента в системе регулируется. - 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 | В рабочем контуре чиллеров давление хладагентов значительно выше при рабочих температурах. Например, при 43°С давление насыщенного пара R22 составляет 15,8 атм, в то время как для R410A оно достигает около 26 атм. Это требует повышенной герметичности системы и прочности медных трубок конденсатора и испарителя, увеличивая общую массу и стоимость. С возрастанием времени эксплуатации увеличивается вероятность утечек. R-410A несовместим с минеральными маслами, в отличие от R22, и требует использования более дорогих полиэфирных масел, которые чувствительны к влаге. Однако R-410A обладает более высокой удельной хладопроизводительностью, что позволяет использовать компрессоры меньшей мощности по сравнению с R-407° C, R22 и R-134A. | R404а | R404a часто используется в низкотемпературных чиллерах, где требуется охлаждение гликоля до температур в районе минус 15°С и ниже. Этот хладагент обладает низким температурным глайдом (разницей температур кипения при разных давлениях), который составляет менее 0,5 К. В зависимости от условий эксплуатации, R404a может увеличить холодопроизводительность на 4-5% и снизить температуру нагнетания в компрессоре до 8% по сравнению с хладагентом R502, что делает его более эффективным выбором в определенных приложениях. | 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: 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. |