Чиллеры (холодильные машины) — основа систем холодоснабжения самых разных объектов — общественных и административных зданий, супер- и гипермаркетов, торговых и торгово-развлекательных центров, серверных и центров обработки данных, промышленных объектов. В основе работы чиллера лежит холодильный цикл, однако задача чиллера заключается в том, чтобы охладить воду, а не воздух. А вот уже при помощи холодной воды в помещениях охлаждается воздух — в этом заключается задача фэнкойлов.
Классификация чиллеров
Чиллеры могут быть классифицированы по нескольким признакам:
- По типу холодильного цикла
- По типу компрессора
- По исполнению конденсатора
- По типу охлаждения конденсатора
- По другим признакам.
Классификация чиллеров по типу холодильного цикла:
- Чиллеры на базе парокомпрессионного холодильного цикла, в котором получение холода происходит за счёт сжатия и расширения хладагента
- Чиллеры на базе абсорбционного холодильного цикла, в котором получение холода происходит за счёт поглощения и выпаривания одного вещества из другого.
В системах холодоснабжения наибольшее распространение получили чиллеры, работающие на базе парокомпрессионного холодильного цикла, поэтому далее в этой статьи будут рассматриваться именно они.
Классификация чиллеров по типу компрессора:
- С поршневым компрессором
- Со спиральным компрессором
- С винтовым компрессором
- С турбокомпрессором.
На сегодня холодильные машины с поршневыми компрессорами практически ушли с рынка ввиду их низкой эффективности. Что касается остальных трёх типов компрессоров, то каждый из них имеет диапазон холодильной мощности, в котором он эффективно работает. Так, спиральные компрессоры сегодня применяются в чиллерах мощностью до 700 кВт, винтовые — в чиллерах мощностью от 100 до 2000 кВт, турбокомпрессоры — в чиллерах мощностью от 300 до 9000 кВт.
Классификация чиллеров по исполнению конденсатора:
- Со встроенным конденсатором
- С выносным конденсатором
Классификация чиллеров по типу охлаждения конденсатора:
- С воздушным охлаждением
- С водяным охлаждением
В зависимости от применяемой схемы системы холодоснабжения выбирается то или иное исполнение конденсатора и тип его охлаждения. Кроме того, чиллеры могут быть с функцией фрикулинга или без неё, со встроенным гидромодулем или без него, с насосной станцией или без неё. Возможны и другие варианты классификации.
Устройство и принцип работы чиллера
Чиллер представляет собой полноценную холодильную машину со всеми элементами, присущими холодильному контуру — компрессором, конденсатором, термо-регулирующим вентилем и испарителем. Кроме того, в состав чиллера входит ряд второстепенных элементов холодильного контура, а также электрический щит и щит автоматики. Рассмотрим принципиальную схему чиллера.
На схеме приведено устройство чиллера, цифрами обозначены различные его элементы. Элементы с 1 по 13 относятся к холодильному (фреоновому) контуру чиллера:
1. Компрессор. В компрессоре производится сжатие газообразного хладагента и одновременно с этим его нагрев для того, чтобы получить возможность охладить этот хладагент в конденсаторе за счёт окружающей среды.
2. Конденсатор. В конденсатор поступает горячий сжатый газообразный хладагент после компрессора, где производится его охлаждение за счёт окружающей среды. Для этого конденсатор обдувается наружным воздухом при помощи специально предназначенного для этого вентилятора.
3. Реле высокого давления — элемент автоматики чиллера, который защищает систему от избыточно высокого давления хладагента.
4. Манометр высокого давления — измерительный прибор, который показывает давление хладагента после конденсатора.
5. Ресивер. Он представляет собой своеобразный бак-аккумулятор для хранения излишнего хладагента.
6. Фильтр-осушитель. Он нужен для очистки хладагента от грязи, влаги и других загрязнителей.
7. Соленоид. Это клапан, который открывается и закрывается, соответственно, при включении и отключении компрессора.
8. Смотровое стекло. Предназначено для визуального наблюдения за движением хладагента в трубопроводе и оценки его достаточности. Например, наличие пузырьков в смотровом стекле говорит о том, что в контуре недостаточное количество хладагента и систему рекомендуется дозаправить.
9. Терморегулирующий вентиль (ТРВ). Это расширитель, который сбрасывает давление хладагента до исходного давления всасывания. Подобно тому, как в компрессоре хладагент нагревался при сжатии, в терморегулирующем вентиле он резко охлаждается при расширении. Так как до ТРВ хладагент был охлажден в конденсаторе, то в ТРВ охлаждение происходит до более низких температур, чем он был на всасывании в компрессор. Именно в ТРВ образуется тот самый холод, ради которого затевается весь холодильный цикл.
10. Регулятор производительности / клапан байпаса. Предназначен для перепуска газа со стороны нагнетания на сторону всасывания и применяется для регулирования производительности компрессора. При необходимости понизить мощность чиллера клапан приоткрывается, часть газа после компрессора поступает не в конденсатор, а обратно на всасывание в компрессор. Таким образом, в контуре циркулирует меньше хладагента, и, как результат, снижается холодопроизводительность системы в целом. При необходимости повысить мощность чиллера клапан закрывается, и в контуре циркулирует весь имеющийся хладагент.
11. Испаритель. Представляет собой теплообменник, в котором холодоноситель охлаждается, то есть отдаёт своё тепло хладагенту, за счёт чего последний кипит (испаряется), откуда и взялось название этого теплообменника.
12. Манометр для отслеживания давления хладагента после испарителя на входе в компрессор.
13. Реле низкого давления. Защищает холодильный контур от чересчур низкого давления.
Элементы с 14 по 22 относятся к контуру холодоносителя, но они также входят в состав чиллера, если не указано иного:
14. Циркуляционный насос, который обеспечивает движение холодоносителя по контуру. В более общем виде его называют насосной станцией. Насосная станция может входить в состав чиллера (опционально) или же проектироваться отдельно. В первом случае речь идет о выборе характеристик станции из некоторых стандартных вариантов, во втором случае возможен более гибкий подбор насосной станции под конкретные условия работы.
В представленной схеме насос установлен на прямом потоке холодоносителя, однако его рекомендуется устанавливать на обратном потоке.
15. Защита от замерзания холодоносителя в испарителе.
16. Датчик температуры прямого потока холодоносителя (от чиллера к фэнкойлам)
17. Манометр, показывающий давление холодоносителя
18. Система подпитки. Она может быть реализована не только в чиллере, но и отдельно в контуре. Представляет собой трубопровод от системы водоснабжения здания с фильтром, отсечными кранами, управляемым соленоидным краном и, при необходимости, насосом. Как правило, насос нужен, если давление в системе водоснабжения ниже давления в системе холодоснабжения.
19. Датчик уровня воды в баке-аккумуляторе.
20. Датчик температуры обратного потока холодоносителя (от фэнкойлов к чиллеру)
21. Реле протока. Сигнализирует об отсутствии протока холодоносителя, то есть об аварийной ситуации, когда чиллеру, грубо говоря, нечего охлаждать.
22. Бак-аккумулятор. Часто предусматривается в виде отдельного изделия вне чиллера. Служит для накопления холода на тот период, когда чиллер отключен. Дело в том, что чиллер не может беспрестанно включаться и выключаться — это негативно влияет на работу компрессора. Обычно между пусками компрессора должно пройти не менее 6 минут. В это время в фэнкойлы поступает вода из бака-аккумулятора.
Область применения чиллеров
Чиллерные системы охлаждения характеризуются сложностью проектирования, монтажа и наладки, занимают достаточно много места. Именно поэтому их применение нецелесообразно на малых объектах (до 100 киловатт холодильной мощности). В диапазоне мощностей от 100 до 1000 киловатт они, так или иначе, конкурируют с мультизональными системами охлаждения. На объектах с тепловой нагрузкой 1000 киловатт и более применение чиллеров не вызывает сомнений.
Объекты, на которых система охлаждения чаще всего строится на базе чиллеров: офисные, административные и общественные здания, бизнес-центры, торговые и торгово-развлекательные центры, супер- и гипермаркеты, крупные кафе и рестораны.
Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир Климата»
