Что такое чиллер: особенности устройства, правила выбора и монтажа

Чиллер – это холодильный агрегат, который используется для охлаждения и нагрева жидкости в системах охлаждения и кондиционирования. При кондиционировании нагретая жидкость выполняет функции теплоносителя, забирая тепло из приточных установок или фанкойлов. В производственных цехах чиллер в основном используется для охлаждения технологического оборудования, воды, соков, пивного сусла и других продуктов. В качестве теплоносителя чаще всего используется вода, которая обладает лучшими характеристиками в сравнении со смесью гликоля. Рассмотрим, что такое чиллер для охлаждения, его особенности и схему работы.

Виды и применение

Широкий диапазон мощности современных чиллеров, их эффективность и возможность удаленного расположения наружного блока позволяют использовать данное оборудование для охлаждения любых помещений – от квартир до гипермаркетов и производственных цехов.

Также они применяются при разливе воды и напитков, производстве пивного сусла, в спортивных центрах для охлаждения ледовых арен, в фармацевтике и других сферах деятельности.

Существуют следующие основные виды оборудования:

• Моноблоки. При данной компоновке воздушный конденсатор, гидромодуль и компрессор располагаются в одном корпусе.
• Чилеры с наружным блоком. В этом случае конденсатор находится за пределами помещения.
• Оборудование с водяным конденсатором. Применяется, преимущественно, когда необходимо минимизировать размер или невозможно использовать наружный блок воздушного охлаждения.
• Тепловые насосы, обеспечивающие нагрев или охлаждения теплоносителя.

Ниже мы рассмотрим принципиальную схему и виды подключения оборудования, особенности работы чиллера и прочие моменты, необходимые для правильного выбора холодильного агрегата.

Управление фанкойлами

Ручное управление позволяет регулировать подачу холодного или горячего теплоносителя путем перекрытия крана вручную или с помощью пульта.

Автоматическое управление осуществляется с помощью электрического или электромеханического термостата. Устройство поддерживает температуру, заданную на термостате.

Устройства монтируются в заранее выбранном месте, которое может находиться на стене, полу, потолке. Если планируется использовать климатические устройства для охлаждения, то лучшим местом будет потолок. Для обогрева помещений, лучше установить их на полу у стен или в нижних участках стен.

Принцип работы

Теоретической базой, на которой создано и успешно функционирует современное холодильное оборудование – морозильные шкафы, кондиционеры и другие установки, в том числе и чиллеры, является второй принцип термодинамики. Хладагент, находящийся в форме пара в холодильных агрегатах, совершает так называемый обратный цикл Ренкина, что является одной из форм обратного цикла Карно. При этом основной процесс перехода энергии основан не на сжатии или расширении — его обеспечивают фазовые переходы жидкости в пар и обратный процесс конденсации.

В состав промышленного чиллера входит три основных узла. Это компрессор и два теплообменных контура — конденсатор и испаритель. Основной функцией испарителя является отвод тепла от охлаждаемого объёма. Для решения этой задачи через него организован поток воды и хладагента. При этом растет температура холодильного агента, он закипает и забирает тепловую энергию у жидкости. Благодаря этому вода или любой другой носитель тепла теряют температуру, одновременно с повышением и закипанием хладагента.

Далее фреон в газообразной форме поступает в компрессор, где вступает в контакт с обмотками электродвигателя, обеспечивая их охлаждение. На данном этапе горячий газ сжимается и нагревается до температуры в 80-90 ºС, параллельно смешиваясь с маслом от компрессора.

На следующем этапе нагретый газ подаётся в конденсатор, где охлаждается потоком холодного воздуха. Затем фреон теплообменного контура конденсатора поступает в охладитель, где теряет температуру, переходит в жидкое состояние и проходит через фильтр-осушитель, где избавляется от влаги и начинается новый цикл.

В завершающей части цикла хладагент проходит через терморегулировочный вентиль (ТРВ), где его давление снижается. При выходе из ТРВ фреон находится в виде смеси жидкости и пара низкого давления. В этой форме он поступает в испаритель, где завершается цикл и фреон закипает, превращаясь в пар и забирая тепловую энергию у воды. Далее нагретый пар покидает теплообменник и процесс повторяется.

Агрегаты российского производства

Среди всех секторов рынка кондиционирования в Российской федерации рынок морозильного оборудования повышает свою часть медленнее всех. В процентном представлении стремительность роста можно показать в форме 12−18%. Но при этом, если заострить внимание на финансовых показателях, то темпы роста окажутся немного выше — приблизительно 20−25%.

Самыми популярными российскими марками чиллеров показали себя «Вактех-Холод» и «Ксирон-Холод». Поговорим немного подробнее о каждой из них.

Модули от предназначаются для остужения производственного оборудования (томографов, лазеров, термопластавтоматов, экструдеров) и использования в создании газированных напитков. Холодопроизводительность подобных установок начинается от 2 кВт. В этом случае все чиллеры в базовой модификации снабжаются гидромодулем.

Конструкции серии ВМТ выпускаются в виде металлической окрашенной пространственной рамы, на которой расположены такие элементы, как:

• морозильные компрессоры;
• калориферы;
• морозильная запорная и регулировочная арматура;
• электрощит силовой и управляющей автоматики;
• приёмный резервуар (для хранения и сбора фреона).

Скрытый объем всей установки прикрыт разборными декоративными панелями. Для внесения оснащения в эксплуатацию необходимы наименьшие действия по подсоединению аппарата к сети и потребителю холодной воды.

Наряду с этим, чиллеры «Вактех-Холод», несомненно, являются ведущим товаром всех имеющихся промышленных морозильных систем серии ВТХ, изготавливаемых и поставляемых этой организацией. Предприятие предлагает самый обширный выбор универсальных холодильных агрегатов начиная от установок мощностью от 1 до 860 кВт.

Виды чиллеров

По принципу работы все чиллеры можно разделить на две основных группы: парокомпрессионные и абсорбционные. В свою очередь, по типу компрессора парокомпрессионные установки подразделяются на:

• Устройства со спиральным компрессором.
• Чиллеры с винтовыми компрессорами.
• Поршневые системы.
• Роторные установки.

Все они могут иметь конденсатор водяного или воздушного охлаждения. Последние, в свою очередь, подразделяются на выносные, с отдельным расположением наружного блока, и встроенные – моноблоки.

Основным конструктивным отличием чиллера с водяным охлаждением конденсатора от воздушного является используемый тип теплообменника. Для воздушных применяются трубчато-ребристые конструкции, для водяных – пластинчатые, через которые циркулирует вода. Жидкость в систему водяного охлаждения поступает из градирни или сухого охладителя – драйкулера или сухой градирни. Последний вариант наиболее предпочтителен для экономии расхода воды и, соответственно, снижения эксплуатационных затрат. Достоинствами водяного охлаждения являются компактность оборудования и возможность размещения во внутренних помещениях без контакта с наружной средой.

Абсорбционные чиллеры подразделяются:

• По количеству контуров – на одно- и двухконтурные.
• По принципу нагрева адсорбента: прямой и паровой нагрев.
• По используемому адсорбенту – бромид-литиевые и аммиачные.

Чем отличается фанкойл от кондиционера

Внешне фанкойлы и бытовые СКВ практически неотличимы. Они имеют аналогичные принципы действия и используются для очистки, охлаждения и обогрева воздуха. Сходство этих двух видов климатической техники заключается в:

• внешнем виде оборудования;
• конструкции;
• способах монтажа;
• функциональности;
• системе управления.

Отличие фанкойла от кондиционера

Существенным различием между фанкойлом и бытовыми сплит-системами является то, что в первом агрегате фреон заменён водой или раствором пропилен- или этиленгликоля. Это имеет свои преимущества, но и затрудняет установку климатического оборудования.

Также между этими видами климатических систем есть следующие различия:

1. Для монтажа фанкойла с чиллером необходимо больше оборудования, чем при монтаже систем кондиционирования воздуха.
2. Работы по установке фанкойлов более сложные, чем монтаж сплит-систем.
3. В обычной системе кондиционирования воздуха (СКВ) количество внутренних блоков и протяженность магистралей для хладагента ограниченны, а к одному чиллеру можно присоединить несколько фанкойлов, расстояние между которыми зависит лишь от мощности холодильного агрегата.
4. В случае с фанкойлом, в каждой комнате можно устанавливать определённую температуру, причём в одном помещении настроить агрегат на охлаждение, а в другом на обогрев.
5. Чиллеры и фанкойлы могут устанавливаться в зданиях большой площади и со значительным количеством отдельных помещений, тогда как сплит-системы предназначены для обслуживания квартир, небольших офисов и магазинов.

Схема работы промышленного чиллера

Рассмотрим, из чего состоит чиллер, и опишем схему работы оборудования. В настоящее время широко используется несколько схем:

1. Прямое охлаждение жидкости. Применяется в том случае, если разница температур хладоносителя и охлаждаемой воды менее или равна 7°С. Теплоноситель напрямую поступает в теплообменный аппарат, где охлаждается благодаря закипанию фреона.
2. С промежуточным теплоносителем и вторичным теплообменником. Применяется при разнице температур технической и минеральной воды более 7°С, а также для охлаждения продуктов питания. Теплоноситель от потребителя поступает во вторичный теплообменный аппарат, который отдаёт энергию циркулирующему в первом контуре промежуточному рабочему телу. Последний охлаждается фреоном в первичном теплообменнике.
3. Чиллер с емкостью-накопителем. Используется при необходимости охлаждения нескольких единиц оборудования, подключенных к одному агрегату. При данной схеме обвязки чиллера теплоноситель от потребителя поступает в одну из двух частей емкости, откуда насосом подаётся в теплообменный аппарат. Охлажденная вода подаётся во вторую часть емкости, откуда по мере надобности подаётся потребителю. Таким образом, исключаются частые запуски компрессора.
4. С промежуточным контуром хладоносителя и открытым вторичным теплообменником. Данная схема широко используется при производстве «ледяной» воды с температурой 0 — +1°С. Кроме того, она применяется и при охлаждении технических жидкостей, отлично подходит для применения в качестве «аккумулятора холода». В этом случае холод сохраняется во льду, который образуется на теплообменном аппарате.

Характеристики климатических аппаратов

Разные модели чиллеров характеризуются разной мощностью, которая может находиться в диапазоне от 5 кВт до 9 тыс. кВт. Изделия невысокой мощности отлично подходят для работы в офисе или гостинице, обладающие большой мощностью используются на промышленных предприятиях и в производственных цехах.

Имеются и другие характеристики, которые тоже дают представление об аппарате и могут повлиять на выбор модели. Выбирая чиллер,следует изучить такие параметры:

• производительность, измеряемая в кВт, от 10 кВт, до нескольких тысяч;
• марка применяемого хладагента (подбирается от вида компрессора и температурной среды эксплуатации)
• номинальная мощность может варьироваться от 30 до 200 кВт;
• геометрические размеры колеблются от 0,5 до 4 метров по каждому параметру: длине, ширине, высоте;
• вес от 0,1 до 2,0 т.
• исполнение чиллера может быть моноблочным либо с выносным конденсатором.

Типы и модели вспомогательных устройств, таких как компрессор, испаритель, конденсатор устанавливает предприятие, выпустившее чиллер.

Основные компоненты чиллера

Чтобы понять, для чего нужен и каким образом используется чиллер, необходимо рассмотреть функции и работу каждого из его узлов.

Начнем с компрессора. Он выполняет две основных функции – сжатие и перемещение холодильного агента в системе. На следующем этапе нагретые пары хладагента подаются в конденсатор, где они охлаждаются потоком холодного воздуха и переходят в жидкую фазу. При этом падает давление и температура хладагента. Затем фреон поступает в испаритель. Там он нагревается до температуры кипения и переходит в газообразное состояние. В процессе этого происходит поглощение тепловой энергии из воды или другого хладоносителя, циркулирующего через теплоноситель. Далее пары вновь поступают в компрессор, и начинается новый цикл.

Следующий основной узел – это конденсатор воздушного охлаждения чиллера. Он представляет собой систему, в которой тепловая энергия, поглощённая фреоном, выделяется за пределы здания, в наружную среду. Как правило, в него нагнетается сжатый компрессором фреон, где он охлаждается до температуры конденсации и переходит в жидкое агрегатное состояние. Конденсатор оснащается осевым или центробежным вентилятором для эффективного воздухообмена. Вторым теплообмеником в системе чиллера является испаритель, выполняющий обратную по отношению к фреону функцию. В нём жидкий хладагент поглощает тепло у хладоносителя, закипая и переходя в газообразное состояние.

В работе холодильного агрегата необходимо обеспечить точную регулировку количества поступающего в испаритель хладагента. При этом, объем хладагента должно напрямую зависеть от температуры его паров на выходе из данного теплообменного агрегата. Эту функцию выполняет терморегулирующий вентиль (ТРВ). Благодаря ему в испаритель подаётся ровно столько хладагента, сколько может нагреться до температуры кипения и полностью испариться.

Работу чиллера обеспечивает и целый ряд вспомогательных узлов и систем:

• Реле высокого давления. Обеспечивает защиту системы от превышения допустимого давления в контуре фреона.
• Манометр высокого давления. Необходим для визуального контроля за показателями давления конденсации фреона.
• Фильтр-осушитель. Обеспечивает удаление влаги и загрязнений из проходящего через него потока жидкого хладагента. Если фильтр засорен или поврежден, то эффективность работы системы значительно снижается.
• Соленоидный вентиль. Запорная арматура с электрическим управлением. Перекрывает поток фреона при прекращении работы компрессора. Благодаря этому жидкий хладагент не попадает в испаритель, что исключает вероятность гидравлического удара и серьёзного повреждения оборудования. Клапан автоматически открывается при запуске компрессора.
• Смотровое стекло. Необходимо для визуального контроля потока хладагента при тестировании работы оборудования. Наличие пузырьков является признаком недостатка фреона.
• Индикатор влажности. Датчик, выдающий предупреждение при наличии влаги в контуре хладагента чиллера. В этом случае необходимо проведение технического обслуживания агрегата. Как правило, имеет простую индикацию, где зелёный цвет означает отсутствие влаги, а желтый её наличие.
• Регулятор производительности или перепускной клапан горячего газа. Опционально устанавливается в систему чиллера для уравнения производительности компрессора с фактической нагрузкой на испаритель. Расположен в специальной линии между низким и высоким давлением холодильной системы. Его установка позволяет предотвратить частый запуск компрессора путем модуляции его мощности. При открытии горячий газ хладагента поступает из линии нагнетания в жидкостный поток фреона, поступающего в испаритель.
• Манометр низкого давления. Необходим для визуального контроля за показателями давления испарения фреона.
• Система контроля предельного низкого давления. Обеспечивает защиту системы чиллера от падения давления в контуре фреона и, соответственно, от перемерзания влаги в испарителе.
• Насос хладоносителя. Обеспечивает циркуляцию воды в охлаждаемом контуре.
• Система ограничения температуры замерзания жидкости в теплообменнике испарителя.
• Датчик температуры хладоносителя в контуре охлаждения.
• Манометр хладоносителя. Необходим для визуального контроля за показателями давления воды, раствора гликоля или другого хладоносителя, подаваемого для охлаждения оборудования.
• Клапан автоматического долива хладоносителя. Обеспечивает автоматическое заполнение емкости с водой или другим хладоносителем при достижении минимума установленного уровня. Вода поступает через соленоидный клапан, который открывается при падении уровня и закрывается при наполнении необходимого объёма.
• Поплавковый выключатель для регулировки уровня воды в емкости.
• Датчик температуры нагретого хладоносителя, который поступает в чиллер с оборудования.
• Реле защиты испарителя от замерзания воды при слишком низком объёме циркулирующей жидкости. Также защищает насос и выдаёт тревожный сигнал при отсутствии потока воды.
• Резервуар увеличенного объёма для хранения воды и предотвращения частых запусков компрессора.

Как видите, устройство и принцип работы чиллера вполне понятен и для непрофессионалов в сфере холодильной техники Ниже мы рассмотрим ответы на наиболее часто задаваемые вопросы.

Особенности монтажа таких устройств

Сэкономить на установке чиллера сможет только опытный специалист. Всем прочим владельцам этого устройства придется оплатить услуги профессиональных монтажников, поскольку в этом вопросе любая ошибка может стать фатальной. Начинают установку с тщательного изучения всей технической документации и рекомендаций производителя.

Чиллер состоит из множества конструктивных элементов. Промышленную модель лучше всего устанавливать и запускать с помощью опытных профессионалов (+)

После этого приступают непосредственно к установке. Для чиллера следует выбрать опорную площадку, способную выдержать вес этого устройства.

На площадке монтируют раму, положение которой тщательно выверяют с помощью уровня. Если нет площадки с необходимыми характеристиками, следует забетонировать подходящий для монтажа участок, и установить на нем раму.

При этом следует учитывать вибрационное воздействие, которое возникает при работе чиллера. Площадка и рама должны быть установлены таким образом, чтобы вибрация не передавалась прочим конструкциям здания. Воздействие могут также оказывать и другие элементы системы: трубы, воздуховоды, гидромодуль и т.п.

Установку чиллера выполняют на специальную раму, при этом необходимо провести мероприятия по защите окружающих устройство объектов от вибрационного воздействия

Если установка чиллера запланирована в подсобном помещении внутри здания, для нее необходимо соорудить фундамент, который будет возвышаться над уровнем пола. Это позволит уменьшить общую инерционность системы, снизить вибрационное воздействие, улучшить распределение массы агрегата.

Собственно чиллер монтируют на специальные пружинные или резиновые опоры с целью погасить вибрационное воздействие. Под эти опоры кладут еще один слой резины, затем закрепляют конструкцию с помощью анкерных болтов. Определяясь с местом для установки чиллера, следует помнить, что вокруг агрегата должно оставаться свободное пространство.

Для монтажа чиллера на улице или на крыше здания используют специальный кожух, чтобы защитить устройство от непогоды

Оно обеспечит доступ к механизмам для выполнения технического обслуживания. Кроме того, вокруг устройства должен свободно циркулировать воздух, чтобы улучшить охлаждение конденсаторов. Если чиллер установлен снаружи здания, его необходимо защитить от загрязнений, например, опавшей листвой.

Если мусор проникнет в теплообменник, это приведет к некорректной работе системы и серьезным поломкам оборудования. Недопустимо чтобы корпуса чиллера касались посторонние предметы или коммуникации, поскольку им может передаться вибрационное воздействие. Еще один важный момент при монтаже чиллера снаружи — направление ветра.

При установке внутри помещения следует учитывать шумовое воздействие, возникающее во время работы агрегата. Имеет смысл позаботиться о дополнительной шумоизоляции и продумать, как избыточный шум скажется на соседних помещениях. Не рекомендуется ставить чиллер по соседству с жилыми комнатами.

Если рядом с чиллером планируется установить еще какие-то агрегаты, нужно позаботиться, чтобы механизм не подвергался избыточному тепловому воздействию, а также чтобы не было препятствий свободному перемещению потоков воздуха.

При наружном монтаже чиллера используют специальный кожух, который защищает устройство от воздействия погодных факторов. Внутри кожуха ставят испаритель, для монтажа компрессоров предусмотрено место сбоку, а конденсатор устанавливают сверху.

Подобным же образом агрегат устанавливают на крыше здания. При внутренней установке, кожух, разумеется, не нужен, но если в этом случае используется модель с выносным конденсатором, то часть монтажных работ выполняют снаружи.

Для монтажа чиллера на крыше здания может понадобиться специальная строительная техника, поскольку устройство имеет большой физический вес

При изучении технической документации следует обратить внимание на порядок монтажа рамы под чиллер. Для некоторых моделей с высокой производительностью используют специальные виброопоры, которые не нужно дополнительно крепить анкерными болтами.

Для отдельных агрегатов не требуется заливать отдельный фундамент, достаточно правильно установить раму и закрепить устройство болтами.

Для присоединения труб к патрубкам чиллера обычно используют муфты, поскольку диаметр этих коммуникаций невелик. Подключение чиллера к трубопроводам осуществляется только после того, как агрегат установлен на фундамент и виброопоры. Не стоит выполнять этот этап заранее, чтобы не повредить коммуникации.

Регенерация раствора бромида лития

По мере того как абсорбент литиевого бромида всасывает хладагент, он становится все более и более разбавленным, уменьшая его способность поглощать большее количество хладагента. Для продолжения цикла абсорбент должен быть повторно сконцентрирован. Это достигается постоянным откачиванием разбавленного раствора из абсорбера до низкотемпературного генератора (5 на рисунке 2), где добавление остаточного тепла (горячая вода, пар или природный газ) закипает (4, на рисунке 2) Хладагент из абсорбента. Часто этот генератор используется для утилизации отработанного тепла с завода. Как только хладагент удаляется, реконцентрированный раствор бромида лития возвращается в абсорбер, готовый возобновить процесс абсорбции, и свободный хладагент отправляется в конденсатор (6, на фиг.2). На этом этапе регенерации отработанное тепло от пара или горячей воды является полезным.

Как работают абсорбционные холодильные системы

В абсорбционных холодильных установках абсорбент, генератор, насос и теплообменник заменяют компрессор систем охлаждения парового компрессора (механического охлаждения). Остальные три (3) компонента, обнаруженные также в механических холодильных системах, то есть расширительный клапан, испаритель и конденсатор, также используются в абсорбционных холодильных системах.

Преимущества использования

Использование чиллера в частном доме имеет ряд существенных преимуществ:

• Возможность отопления всех помещений зимой и охлаждения воздуха в летний зной.
• Максимальная степень энергосбережения при работе системы на разных уровнях нагрузки.
• Простота эксплуатации.
• Возможность установки индивидуальных параметров микроклимата для каждой комнаты.
• Отсутствие необходимости установки громоздких радиаторов.
• Создание комфортного микроклимата в считанные минуты.

Для того чтобы получить ожидаемый результат от работы чиллера, его установку следует доверить опытным специалистам. Эксперты помогут правильно определиться с моделью и его мощностью для того чтобы вы могли создавать приятный микроклимат в доме в любую погоду с минимальными затратами электроэнергии.

Стадия абсорбции абсорбционных охладителей

Абсорбция паров хладагента в бромиде лития является экзотермическим процессом. В поглотителе хладагент «всасывается» поглощающим раствором литиевого бромида (LiBr). Этот процесс не только создает область низкого давления, которая тянет непрерывный поток пара хладагента из испарителя в абсорбер, но также заставляет пар конденсироваться (3, на фиг.2), поскольку он высвобождает теплоту испарения, предусмотренную в испаритель. Это тепло вместе с теплотой разбавления, возникающей при смешивании конденсата хладагента с абсорбентом, переносится в охлаждающую воду и выделяется в градирне. Охлаждающая вода — это утилита на этой стадии охлаждения.

Парокомпрессионный

Модели парокомпрессионных устройств могут иметь небольшие изменения от классической конструкции, но основная схема у всех выглядит одинаково и включает:

• испаритель,
• конденсатор,
• компрессор.

Принцип работы основан на проявлении явления конденсации при повышении давления. Пары хладагента сжимаются компрессором, увеличивая давление до 30 и более атмосфер. Температура вещества повышается до 70 градусов, начинается процесс конденсации.

Наружный воздух обдувает конденсатор, снижая температуру хладагента. Газообразный фреон конденсируется, превращаясь в жидкость. Горячий состав остывает, нагревая воздух.

Хладагент после прохода сквозь регулирующий вентиль расширяется, его температура снижается в результате падения давления. Происходит закипание хладона. Пройдя испаритель, фреон, изменяет свое агрегатное состояние на газообразное. В результате теплоноситель охлаждается. На этом цикл завершается, хладагент возвращается компрессорную установку.

Это основные принципы схемы работы чиллера. Есть устройства, работающие по обратному циклу – рассчитанные на обогрев, а не для охлаждения.