Что такое чиллер: принцип работы, виды, применение

Промышленные системы охлаждения достаточно сложны для понимания. Данная статья рассматривает применение и принцип работы абсорбционных чиллеров.

Принцип работы чиллера

Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, кондиционеров, холодильных установок, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ (фреон) в холодильных установках 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.

Промышленный чиллер состоит из трех основных элементов: компрессора, конденсатора и испарителя. Основная задача испарителя – это отвод тепла от охлаждаемого объекта. С этой целью через него пропускаются вода и хладагент. Закипая, хладагент отбирает энергию у жидкости. В результате этого вода или любой другой теплоноситель охлаждаются, а холодильный агент – нагревается и переходит в газообразное состояние. После этого газообразный холодильный агент попадает в компрессор, где воздействует на обмотки электродвигателя компрессора, способствуя их охлаждению. Там же горячий пар сжимается, вновь нагреваясь до температуры в 80-90 ºС. Здесь же он смешивается с маслом от компрессора.

В нагретом состоянии фреон поступает в конденсатор, где разогретый холодильный агент охлаждается потоком холодного воздуха. Затем наступает завершающий цикл работы: хладагент из теплообменника попадает в переохладитель, где его температура снижается, в результате чего фреон переходит в жидкое состояние и подается в фильтр-осушитель. Там он избавляется от влаги. Следующим пунктом на пути движения хладагента является терморасширительный вентиль, в котором давление фреона понижается. После выхода из терморасширителя холодильный агенент представляет собой пар низкого давления в сочетании с жидкостью. Эта смесь подается в испаритель, где хладагент вновь закипает, превращаясь в пар и перегреваясь. Перегретый пар покидает испаритель, что является началом нового цикла.

Устройство чиллера

Агрегаты, вырабатывающие холод, имеют в своем строении следующие элементы:

• конденсатор;
• компрессорная установка;
• Специальный теплообменник фреон-вода;
• испаритель.

В отличие от кондиционера или холодильника, чиллер охлаждает не воздух, а вещества, которые предназначены для перенесения холода, например, вода или гликолевый раствор. А уже охлажденные жидкости переносятся по трубам к тому месту, где требуется холод.

Устройство чиллера

Разберём, как работает эта климатическая техника и из чего она состоит.

Охлаждение воздуха на входе в компрессор ГТУ

Для поддержания процесса горения топлива в камере сгорания газотурбинной установки (ГТУ) необходим постоянный подвод кислорода. Воздушный компрессор, устанавливаемый на одном валу с газовой турбиной, обеспечивает сжатие подаваемого в камеру сгорания ГТУ атмосферного воздуха, обогащённого кислородом. Предварительно воздух проходит несколько ступеней фильтрации в комплексном воздухоочистительном устройстве (КВОУ) на фильтрах предварительной и тонкой очистки.

В зависимости от электрической нагрузки турбины в её камеру сгорания требуется подача определённого количества воздуха. Однако в летний период температура окружающей среды поднимается настолько, что плотность атмосферного воздуха заметно падает, и это приводит к «голоданию» процесса горения топлива, к снижению объёма выхлопных газов, вращающих лопатки газовой турбины. Как следствие — падение электрической мощности ГТУ на 20-30% от номинальной.

Принудительное охлаждение циклового воздуха в КВОУ позволяет вернуть работу турбины в штатный режим с выдачей максимальной мощности даже в период аномально высоких температур окружающей среды. С этой целью в КВОУ встраиваются дополнительные теплообменные поверхности (или существующие теплообменники меняются на новые), внутри которых циркулирует вода или водно-гликолевая смесь, охлажденная в АБХМ.

В качестве греющего источника АБХМ может использовать не только горячую воду и пар из отборов турбин, но также и тепло выхлопных газов самой ГТУ. Выбор греющего источника зависит от его доступности, характеристик и конструктивного исполнения основного оборудования, себестоимости. В конце концов, целесообразность внедрения системы охлаждения циклового воздуха ГТУ определяется объёмом недовыработки электроэнергии и связанными с этим экономическими последствиями (штрафами, недополучением прибыли от продажи электроэнергии и пр.), схемой включения АБХМ, периодичностью её работы и иными местными условиями (в том числе климатическими).

Вопросы и ответы

Вопрос:

Можно ли чиллером охлаждать жидкость на проток более, чем на 5 градусов?

Ответ:

Чиллер можно использовать в замкнутой системе и поддерживать заданную температуру воды, например, 10 градусов, даже если возврат будет с температурой 40 градусов.

Есть чиллеры, которые охлаждают воду на проток. Это в основном используется для охдаждения и газирования напитков, лимонадов.

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. Можно изготовить низкотемпературный чиллеры для получения температуры жидкости с отрицательной температурой до минус 70 С (хладоносителем при такой температуре является в основном спирт).

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.

Как правильно выбрать чиллер?

Для нужд большого коттеджа специалисты рекомендуют использовать чиллер с водяным охлаждением конденсатора. Такие устройства имеют более простую конструкцию, чем аналоги с воздушным охлаждением, соответственно, и стоят они дешевле.

Конструкция чиллера с воздушным охлаждением включает вентилятор (осевой или центробежный) для забора воздуха из помещения, в котором установлено устройство.

Для охлаждения конденсатора с помощью воды можно использовать местные водные ресурсы: реки, озера, атезиансткие скважины и т.п. Если по каким-то причинам доступа к таким источникам не имеется, применяется альтернативный вариант: охладитель из этилена или пропиленгликоля.

Охладители этого типа идеальны для применения в холодное время года, когда обычная вода просто замерзает.

Выбор между чиллером в виде моноблока, когда и компрессор, и испаритель, и конденсатор заключены в общий корпус и вариантом, когда конденсатор устанавливают отдельно, не так однозначен. Моноблок проще в монтаже, кроме того, производительность агрегатов этого типа может быть довольно высокой.

Выносные системы монтируют в разных местах: собственно чиллер – в подсобном помещении внутри здания (можно даже в подвале), а конденсатор – снаружи. Для соединения этих двух блоков обычно используют трубы, по которым циркулирует фреон. Этим объясняется повышенная сложность монтажа системы, а также дополнительные материальные затраты на установку.

Но для установки чиллера с выносным конденсатором используется меньше места внутри помещения, а такая экономия может оказаться необходимой. Выбирая подходящее устройство, следует учесть также дополнительные функции, которыми оснащен прибор.

Среди популярных и полезных дополнений можно отметить:

• контроль и регулировку водного баланса в системе;
• очистку воды от нежелательных примесей;
• автоматизированное заполнение емкостей;
• котроль и коррекцию внутреннего давления в системе и т.п.

Наконец, обязательно следует оценить холодопроизводительность чиллера, т.е. его способность отбирать тепловую энергию из рабочей жидкости. Конкретные количественные показатели обычно указаны в техническом паспорте изделия. Холодопроизводительность каждой конкретной системы чиллер-фанкойл рассчитывается отдельно.

При этом учитываются максимальные и минимальные температурные показатели, мощность чиллера, производительность насоса, протяженность труб и т.д. Это только общие рекомендации по выбору чиллеров. В каждом конкретном случае следует проконсультироваться с опытным специалистом, который сможет учесть различные нюансы и поможет сделать верный выбор.

Укажите данные для связи с вами

Теплый и холодный потоки

На противоположной стороне чиллера расположены входной и выходной водяные патрубки: к чиллеру поступает от здания теплая вода, а обратно возвращается холодный поток. Понятия «теплый» и «холодный» весьма условны. Фактически при работе чиллера оба потока являются холодными: их температура составляет порядка 10°С .

Однако температура теплого потока выше. Обе температуры настраиваются и могут быть различны, но существует два стандартных температурных графика: 7/12 и 10/15. В первом случае температура холодного потока равна +7°С , а теплого +12°С . Во втором случае +10°С и +15°С соответственно.

Абсорбционный чиллер

Абсорбционный чиллер или АБХМ имеет отличный от других видов принцип работы. В его конструкции отсутствует компрессор, а давление внутри системы повышается за счет внешних источников тепла. Такое оборудование может использовать низкотемпературную тепловую энергию.

Подробнее о функционировании абсорбционных чиллеров читайте в статье «Принцип работы АБХМ».

В последнее время производители ведут разработки холодильных машин малой мощности, которые можно было бы использовать в быту. Уже существуют опытные модели, но их стоимость слишком велика. Прогнозируется, что через 10-15 лет можно будет установить абсорбционный чиллер для обеспечения микроклимата в частном доме.

Промышленный абсорбционный чиллер YORK.

Литература

• Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.
• Кондрашова Н.Г., Лашутина Н.Г. Холодильно-компрессорные машины и установки.. — М.: Высшая школа, 1973.
• Л.М. Розенфельд. Холодильные машины и аппараты. — М.: Государственное издательство торговой литературы, 1955.

Особенности обслуживания

Обслуживание чиллера предусматривает проведение комплексных работ на обесточенном и включенном агрегате. В первом случае производится контроль настройки регулирующих и предохранительных устройств. Необходимо прочистить контактные пары, а также протянуть электрические соединения в клеммной коробке. Сопротивление изоляции двигателей и кабельных линий контролируются, как и наличие или отсутствие влаги во фреоновом контуре.

Протечки масла должны отсутствовать. Важно проконтролировать физические параметры масла и проследить, нет ли утечек фреона. Обслуживание чиллера предполагает контроль работы гидравлического контура, в нем должны отсутствовать течи. Картерный нагреватель проверяется, он должен работать правильно. Предстоит прочистить конденсаторы и проверить направление вращения и балансировку крыльчаток вентиляторов.

Недостатки

Системы чиллер-фанкойл более экономичны по потребляемой электроэнергии, чем крышные системы, но безусловно проигрывают в экономичности системам c переменным расходом хладагента (VRF). Однако предельная производительность VRF-систем ограничена (объёмы охлаждаемых помещений до нескольких тысяч кубометров).[Источник 4]

Вопрос-Ответ

Какие бывают типы чиллеров

По принципу работы чиллеры бываю парокомпрессионные и абсорбционные. По типу охлаждения или нагрева хладагента бывают чиллеры с воздушным и водяным охлаждением.

Для чего нужен чиллер

Чиллер необходим для нагрева или охлаждения воды или антифриза. Они используются как теплоноситель или хладагент в фанкойлах и другом климатическом, нагревательном или холодильном оборудовании.

Надеемся, статья была вам полезна, вы узнали что такое чиллер и его принцип работы. Если вы хотите высказать свое мнение или задать вопрос – это можно сделать в комментариях. Не забудьте поделиться статьей в соцсетях

Виды чиллеров

• Чиллер или VRV
• Система чиллер-фанкойл
• Абсорбционные чиллеры

Что это такое

Чиллер (или холодильная машина по-другому) — это агрегат для создания искусственного холода и передачи его соответствующему холодоносителю. В роли такового, как правило, выступает обычная вода, реже — рассолы (растворы солей в воде). Этимология слова относит его к английскому языку, к глаголу to chill (англ.) — охлаждать, и образованному от него существительному chiller (англ.) — охладитель. Холодильная машина может быть двух разных типов. Есть парокомпрессионный и абсорбционный чиллер. Принцип работы каждого из них существенно отличается.

Методика подбора

• Водоохлаждающих установок — чиллеров, расчет по формулам
• Определение объёма буферного бака или вариант 2 
• Определение объема помещения для размещения чиллера
• Выбор насоса для циркуляции

Для удобства расчетов ниже приведена таблица зависимости температуры замерзания от концентрации для наиболее часто применяемых хладоносителей.