Что такое чиллер и как он работает

Чиллер – устройство для охлаждения жидкости. Применяется аппарат в промышленности и в быту. В первом случае чиллер отводит тепло от работающего оборудования. В паре с файнколом агрегат применяют в системах кондиционирования, например.

Описание и назначение чиллера

Чиллер в приблизительном переводе означает «охлаждающий теплообменник». Однако в ГОСТ такой термин отсутствует. Агрегат использует парокомпрессионный или абсорбционный холодильный цикл.

Задача чиллера – быстрый отвод тепла. Обмен тепловой энергией между элементами системы позволяет эффективно отвести избыток от работающего узла, а затем постепенно отдавать тепло атмосфере.

Чиллеры используются наравне с VRV/VRF системами, но имеют существенные отличия.

• Между чиллером и файнколом допускается в 2 раза большее расстояние, так как теплоемкость жидкого носителя выше, чем у хладагента, поэтому потери на погонный метр тракта ниже.
• Для связи между файнколом и чиллером берут водяные трубы, обыкновенные запорные системы. Это обходится намного дешевле.
• Балансировка – выравнивание давления и скорости в водяных трубах – выполняется легче. Систему проще обслуживать.
• В обычном случае летучие газы – хладагент – сосредоточены в самом чиллере, а последний чаще всего монтируется на крыше. Так что при утечке хладагента опасность минимальна.

По сравнению с крышными системами связка чиллер-файнкол более экономична. Но проигрывает по этому параметру устройствам с переменным расходом хладагента. Другое преимущество – возможность охлаждать больший объем воздуха.

Конструкция

Чиллер включает следующие обязательные элементы.

1. Компрессор – здесь пары хладагента сжимаются, а затем подаются в воздушный конденсатор. При сжатии газ охлаждается и превращается в жидкость. В испарителе жидкость кипит, переходя в газ, и отбирает тепло от теплоносителя, протекающего через испаритель чиллера. Затем пары хладагента вновь возвращаются в компрессор и повторяют цикл.
2. Конденсатор – теплообменник. Отсюда тепло, поглощенное хладагентом, уходит в окружающее пространство – передается воздуху. В конденсатор поступает газ в сжатом виде. Он охлаждается до температуры насыщения и образует конденсат – переходит в жидкую фазу. В качестве охладителя в конденсаторе используется поток воздуха: его подает осевой или центробежный вентилятор.
3. Реле высокого давления – предупреждает избыточное давление в контуре фреона.
4. Манометр высокого давления – визуализирует данные о давлении.
5. Жидкостный ресивер – применяется для хранения хладагента в системе.
6. Осушительный фильтр – пропускает хладагент, поглощая избыток влаги, грязь.
7. Соленоидный вентиль – запорный кран. С его помощью регулируется поток хладагента. Он предупреждает попадание жидкого фреона в испаритель. Последнее может спровоцировать гидроудар и привести к серьезной поломке.
8. Смотровое стекло – позволяет наблюдать за потоком жидкого хладагента. Оборудуется индикатором влажности, который предупреждает о низком или высоком содержании воды.

9. 

   Вентиль терморегуляции – устройство, регулирующее подачу хладагента в испаритель. Объем зависит от степени перегрева паров фреона на выходе из испарителя. В каждый момент вентиль пропускает в испаритель ровно то количество, которое может испариться.
10. Перепускной клапан – приводит производительность компрессора к фактической нагрузке, что предотвращает короткое циклирование. Не входит в стандартную комплектацию.
11. Испаритель – устройство, в котором жидкий фреон отнимает тепло у проходящего теплоносителя и переходит в газообразное состояние.
12. Манометр низкого давления – визуализирует данные о давлении испарения.
13. Насос для охлаждения – обеспечивает циркуляцию воды по контуру охлаждения.
14. Температурный датчик – указывает температуру воды в охлаждающем контуре.
15. Манометр хладагента – указывает давление теплоносителя.
16. Автоматический долив – при снижении объема воды соленоидный клапан открывается в емкость доливается вода из водопровода до нужного уровня.
17. Поплавковый выключатель – сигнализирует о снижении уровня воды в емкости.
18. Емкость – для чиллера используется емкость увеличенного объема.

Выпускаются также аппараты с водяным охлаждением вместо воздушного. В таких устройствах конденсатор охлаждается оборотной водой из сухого охладителя. Такой вариант компактнее и больше подходит для маленького помещения.

Принцип работы

Принцип работы чиллера основан на обратном замкнутом цикле Ренкина. Но в отличие от холодильника передача тепла базируется на фазовых переходах – испарении и конденсации.

Теплоноситель циркулирует по теплообменным каналам работающего оборудования, нагреется и подается к испарителю, где тепловая энергия передается от жидкости к холодильному агенту. Охлажденный теплоноситель возвращается в систему теплообменников. Последний нагревается и переходит в газообразное состояние. В таком виде он попадает в компрессор, где охлаждает обмотку электродвигателя. При этом пар сжимается, нагреваясь до +80–90°С и смешивается с маслом от компрессора.

Нагретый фреон уходит в конденсатор, где охлаждается потоком воздуха, реже воды. Газ переходит в жидкое состояние, проходит через фильтр-осушитель и попадает в терморасширительный вентиль. Здесь снижается давление хладагента, и он превращается в пар с низким давлением в смеси с жидкостью. Он попадает снова в испаритель, начиная новый цикл.

Сфера применения

Основная область применения – кондиционирование воздуха. Чиллер можно располагать на большом расстоянии от охлаждаемых помещений. Такую конструкцию применяют при сооружении кассетных, напольно-потолочных, канальных файнколов. Дополнение конструкции тепловым насосом позволяет использовать систему и зимой – для отопления.

В промышленности установки применяются для охлаждения работающих устройств. Экономически они более выгодны:

• машиностроение и металлообработка – для производства и охлаждения оборудования;
• химическая промышленность – для охлаждения реакторов, резервуаров, гальванических ванн;
• производство упаковочной тары – выдув бутылок, охлаждение станков, дробилок;
• в любой отрасли для получения ледяной воды, необходимый для технологических процессов;
• пищевая – для замораживания продуктов и охлаждения устройств хранения для овощей, фруктов, молока, мяса;
• вычислительные центры – чиллеры обеспечивают постоянный стабильный тепловой режим при работе сервисных и телефонных станций.

Применяются чиллеры и для холодильных камер. Для этих целей используют низкотемпературные модели, способные охладить носитель до -30°С.

Разновидности чиллеров

Чиллеры различают по множеству параметров: конструкции, способу охлаждения, назначению, конфигурации.

По способу охлаждения

В качестве охладителя используется воздух и вода. Таким образом чиллеры и делят на модели с воздушным и водяным охлаждением.

В первом случае хладагент в конденсаторе охлаждается потоками воздуха. По типу применяемого вентилятора различают 3 варианта:

• с осевым вентилятором – моноблочная модель, устанавливается вне помещения – на балконе, плоских крышах, самый дешевый и простой;
• с центробежным – устанавливается внутри – на чердаке, в подвале, для вывода нагретого воздуха нужно монтировать воздуходувы;
• с выносным блоком – собственно кондиционер, конденсаторный блок вынесен наружу, а чиллер соединен с ним фреоновым трубопроводом.

В аппарате с водяным охлаждением конденсатор подключен к градирне. Сам чиллер ставят в подвальном помещении, а венткамере, а конденсаторный контур выводят наружу. В качестве теплоносителя обычно используется незамерзающая жидкость.

По способности к обогреву

Чиллер – охлаждающая машина. Однако ее можно использовать и для отопления, «развернув» цикл в обратную сторону. По этому признаку чиллеры делят на 2 вида:

• без теплового насоса – обычный вариант для охлаждения воздуха;
• с тепловым насосом – при включении последний нагревает хладагент и в теплообменнике производится обратный обмен: хладагент отдает тепло теплоносителю.

Тепловой насос не слишком эффективен. Он хорошо работает, пока температура воздуха не снижается до -5°С.

По схеме охлаждения

По принципу работы охлаждающего контура разделяют чиллер парокомпрессионный и абсорбционный. Парокомпрессионный – обычный вариант, основанный на испарении и конденсации хладагента. Абсорбционный работает на смеси вода и бромида лития. Эффект охлаждения обеспечивает разделение и смешивание смеси при движении по контуру.

В основную схему адсорбционного агрегата включен адсорбер. Принцип работы таков: смесь воды и бромида лития в адсорбере нагревается. Для обогрева используется любая тепловая энергия, в том числе и бросовая – от работающего оборудования. Основная часть воды выкипает и передается в конденсатор. В генераторе остается концентрированный раствор бромида.

В конденсаторе пары воды охлаждаются и переходят в жидкое состояние. Затем вода поступает в испаритель и вновь превращается в пар. Он поглощается раствором бромид лития, который поступает из генератора. Вода разбавляет раствор и в таком виде жидкость вновь возвращается в адсорбер. Здесь требуется насос.

Двухконтурный вариант отличается от одноконтурного наличием двух генераторов.

Правила монтажа

Установка чиллера – сложная работа, требующая высокой квалификации разработчиков проекта и строителей. Для монтажа требуется специальное оборудование.

Монтаж чиллера включает следующие этапы.

1. Проектирование – специалист оценивает теплопоступление и расход теплоносителя, конструкционные особенности здания. Он подбирает подходящий тип установки и ее исполнение.
2. Выбор места. Для моноблочного чиллера наружного исполнения нужно сваривать опорную раму. Она должна равномерно распределять нагрузку на стены и крышу и быть достаточно высокой, чтобы защищать аппарат от дождя и снега. Для чиллеров внутренней установки готовят специальную площадку. Поскольку аппарат издает довольно сильный шум и вибрирует, размещать ее нужно как можно дальше от помещений с людьми.
3. Установка чиллера – аппарат привозят на место монтажа, распаковывают, закрепляют на раму или ставят на площадку. Крепят воздуходувы и трубы для теплоносителя согласно заранее разработанной схеме.
4. Подсоединение к сети электроснабжения и системе теплоносителя – выполняется по определенным схемам. Алгоритм индивидуален в каждом конкретном случае. Учитываются все факторы: мощность аппарата, нагрузка, расстояние между точками забора воздуха и рабочим блоком, условия эксплуатации и прочее.
5. Пусконаладочные работы – после подключения чиллер запускают и проверяют работу системы во всех возможных режимах и с любой допустимой нагрузкой. Важно выявить все недочеты или погрешности на этом этапе.

Все рабочие параметры должны быть приведены к проектным данным. Только в этом случае монтаж чиллера можно считать законченным.