Принципиальная схема чиллера с воздушным охлаждением. Принцип работы чиллеров, схема чиллера, работа чиллера
Чиллер - это холодильная машина, предназначенная для охлаждения холодоносителя (воды, гликолевого раствора и т.п.).
В основе работы чиллера лежит парокомпрессионный холодильный цикл, аналогичный тому, что используется в обычных кондиционерах. То есть в состав чиллера входят все четыре основных элемента любой холодильной машины: компрессор, конденсатор, испаритель и регулятор потока.
На рисунке1 представлен чиллер наружной установки с воздушным охлаждением конденсатора. Все элементы холодильной машины скомпонованы в едином корпусе, который смонтирован на жёсткой раме.
Всегда готовы помочь и ждем вашего обращения. Оставьте контакты и мы перезвоним для консультации.
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.
Охлаждение воды
Охлаждение воды в чиллере осуществляется в испарителе-теплообменнике, в котором рабочее вещество холодильной машины (холодильный агент или коротко - хладагент или хладон) испаряется за счет тепла, получаемого от воды. Таким образом, вода отдает свою энергию хладагенту, за счет чего и охлаждается. Но откуда берется хладагент?
Контур хладагента
Хладагент циркулирует внутри чиллера. Его движение по холодильному контуру осуществляется с помощью компрессора, который, по сути, исполняет роль насоса. Нагнетаемый компрессором хладагент имеет высокое давление (до 30 атмосфер) и температуру (порядка 70°С).
Далее температура сбрасывается в конденсаторе: протекающий по трубкам хладагент обдувается наружным воздухом. В то же время хладагент меняет своё агрегатное состояние: переходит из газового состояния в жидкое.
Однако давление хладагента осталось высоким. Охлажденный хладон высокого давления проходит через регулирующий вентиль, где расширяется. Давление хладагента резко падает.
Этот процесс напоминает подачу дыхательной смеси для аквалангиста: из баллона, где газ хранится под высоким давлением, он поступает к человеку, который дышит смесью с нормальным атмосферным давлением. При этом температура дыхательной смеси заметно снижается.
Аналогично и хладагент после регулирующего вентиля теряет не только давление, но и температуру. Таким образом, его температура снижается всего до нескольких градусов. Теперь он может охлаждать поток воды системы холодоснабжения здания. Это происходит в испарителе. Далее хладагент снова поступает в компрессор, и цикл замыкается.
Теплоотвод
Таким образом, в чиллере циркулирует специальное рабочее вещество - хладагент. Его цель - охладить воду и энергию, полученную от воды, и передать в окружающую среду. Оба процесса передачи энергии реализуются в теплообменных аппаратах (теплообменниках).
Как мы уже знаем, охлаждение воды происходит в испарителе: здесь хладагент получает тепловую энергию воды. А выброс тепла в окружающую среду происходит во втором теплообменнике - в конденсаторе.
Конденсатор - это единственное место, где хладагент контактирует с окружающей средой: трубки, по которым проходит хладагент, обдуваются наружным воздухом. При этом горячий хладагент остывает, то есть отдает свою энергию, а уличный воздух нагревается.
В этом можно легко убедиться, проведя рукой сверху над чиллером или даже просто подойдя к наружному блоку обычного кондиционера. Температура воздуха, которым оттуда дует, заметно выше температуры окружающего среды.
Итак, тепло, которое выделяется людьми, оборудованием, освещением, а также тепло, поступающее в помещения за счет солнечной радиации, передаётся циркулирующей по трубам воде. В испарителе холодильной машины вода это тепло передает хладагенту. А в конденсаторе холодильной машины это же тепло выходит наружу.
Компрессор - сердце холодильной машины
Своеобразным сердцем чиллера является компрессор. Так, в чиллерах Hitachi серии Samurai используются новейшие винтовые компрессора (см. рисунок 2). Компрессора являются самыми энергозатратными элементами чиллера, поэтому оптимизация их энергопотребления - одна из основных задач.
Рисунок 2. Компоновка двухвинтового компрессора в чиллерах Hitachi серии Samurai:
1. Высоконадежный двухполюсный электродвигатель HITACHI
2. Встроенный маслоотделитель (маслоотделитель циклонного типа)
3. Смотровое стекло для контроля уровня масла
4. Подогреватель масла
5. Высокоточные сдвоенные винтовые роторы
6. Фильтр на участке всасывания
Благодаря малому количеству движущихся частей компрессор отличается высокой степенью надежности, низким уровнем шума и низким уровнем вибрации. Кроме того, в данных компрессорах используется технология непрерывного регулирования холодопроизводительности, что позволяет идеально адаптироваться к нагрузке путем точного управления температурой охлажденной воды и отказаться от использования дорогих инвертеров.
Сброс тепла наружу
Рисунок 3. Вентиляторы конденсаторов в чиллерахHitachi
Отвод тепла в окружающую среду осуществляется в конденсаторе - теплообменнике, через который движется хладагент и наружный воздух. При этом движение хладагента, как мы уже знаем, обеспечивается компрессором.
Движение же воздуха осуществляется вентилятором конденсатора. На общем виде чиллера (см. рис. 1) сверху видны 6 цилиндрических элементов - именно в них и установлены вентиляторы, обеспечивающие движение воздуха через конденсатор. Воздух засасывается по бокам чиллера, проходит через конденсаторы, нагревается, а затем выбрасывается наружу вертикально вверх.
Вентиляторы конденсатора являются вторыми по величине потребителями энергии в чиллерах, поэтому их разработке и профилированию также уделяется большое внимание.
В частности, компания Hitachi использует новые двухлопастные вентиляторы (см. рис. 3), которые позволяют снизить шум по сравнению с четырехлопастным винтом. При этом увеличивается статический напор воздушного потока и, в то же время, существенно снижается мощность, потребляемая электродвигателем.
Работа «на тепло»
Многие чиллеры могут работать и по обратному холодильному циклу, вырабатывая тепло вместо холода. Это сродни реверсивному режиму работы кондиционеров - режиму работы «на тепло». В этом случае конденсатор чиллера играет роль испарителя и забирает тепло из окружающей среды, а в испарителе (который теперь стал конденсатором) тепло передается холодоносителю. Кстати, холодоноситель в этом случае уместнее именовать теплоносителем.
- Парожидкостная смесь подается в испаритель после прохождения ТРВ
- Теплообмен фреона и хладоносителя в испарителе
- Компрессор всасывает пары хладагента из испарителя
- Компрессор служит для сжатия газа и циркуляции фреона по системе за счет создания разности давлений
- Компрессор нагнетает сжатый газ в конденсатор
- В конденсаторе сжатый газ за счет отъема теплоты переходит в жидкую фазу
- Жидкий фреон поступает в ТРВ и весь цикл повторяется
Работа чиллера — это не только работа базовых составляющих холодильного контура .
Вторая неотъемлемая часть любого чиллера — это гидромодуль . Он может быть как встроенным — то есть находиться на одной раме с холодильным контуром, так и располагаться на отдельной раме. В состав гидромодуля, как правило, входят:
- насос
- аккумуляторный бак
- комплект сантехнической и запорной арматуры.
Насос служит для циркуляции хладоносителя через теплообменник и подачу его к потребителю. Без напорного насоса нормальная невозможна, так как испаритель должен быть максимально заполнен хладоносителем для осуществления высокоэффективного теплообмена. Иногда применятся двухнасосные схемы, когда функции циркуляции хладоносителя внутри чиллера и подача уже охлажденной жидкости разделяются. Это необходимо например в тех случаях, когда требуется подавать жидкость на большую высоту, так как при прохождении теплообменника напор снижается, следовательно, чтобы была максимально эффективна, необходимо охлажденный хладоноситель подавать сразу из бака к потребителю без потери давления. Подающий насос подбирается сообразно требованиям подачи:
- высота столба (м)
- давление (бар)
- требуемый расход (м3/час).
Аккумуляторный бак служит для запаса охлажденной жидкости и снижения количества пусков-остановок компрессора, таким образом, происходит в оптимальном режиме. Если аккумуляторный бак слишком мал для мощности водоохладителя, то чиллер , запрограммированный на некоторый дифференциал, будет слишком быстро охлаждать этот объем и останавливаться по установленному градусу, потом под воздействием нагрузки потребителя, снова быстро нагреваться и снова будет возобновляться. Такой режим работы может привести к поломке компрессора чиллера . Аккумуляторный бак способен уменьшить число пусков и остановок до рекомендованного — не более 5-7 раз в час.
Схема чиллера
При грамотном инженерном расчете, проектировании и качественной сборке, будет долговечна и бесперебойна. В этом с радостью Вам помогут специалисты ЦентрПром-Холод — российского производителя чиллеров . Купить чиллер под Ваши требования под заказ через форму сайта или осуществить подбор чиллера с помощью технического специалиста по телефону — быстро, оптимально, недорого в ЦентрПром-Холод.
Всё большую популярность в различных сферах деятельности человека набирают чиллеры. Они широко распространены не только в промышленных зонах, но и в качестве бытового домашнего или офисного оборудования.
Рассмотрим принцип действия чиллера, что это такое и как устроен этот агрегат.
Сферы применения чиллеров
Для начала разберёмся, что такое чиллер.
Чиллер - мощный агрегат, предназначенный для охлаждения жидкости, применяемой в качестве теплоносителя в центральных системах кондиционирования, таких как приточные установки, фанкойлы. Он нужен для циркуляции жидкого вещества, например, воды, антифриза.
Главным параметром холодильной машины-чиллера является мощность, или холодопроизводительность. На рынке климатической техники все аппараты имеют мощность от 5 до 9 тыс. кВт. В зависимости от этого параметра, а также устанавливаемого оборудования и площади помещений, чиллеры находят свою сферу применения.
Так, для централизованного кондиционирования в квартирах, домах, офисах и других заведениях применяются системы малой мощности. Агрегат с высокой способностью поглощения тепла используется в металлообрабатывающей промышленности, машиностроении, медицине.
Чиллеры также необходимы для выполнения таких задач:
- охлаждение алкогольных напитков, соков, сиропов при производстве продукции;
- понижение температуры питьевой и технологической воды в оборудовании пищевой промышленности;
- поддержание температурного режима в бассейнах;
- образование ледовых катков на спортивных площадках;
- охлаждение специальных медицинских установок;
- выпуск лекарственных средств при низких температурах;
- охлаждение лазерных станков;
- выпуск пластмассовой и резиновой продукции;
- оборудование для химической отрасли.
Виды чиллеров
В продаже представлены такие виды чиллеров как:
- Абсорбционные . В процессе производства вместо фреона используется вода или абсорбент.
- Парокомпрессионные . Охлаждение возникает в результате парокомпрессионного цикла, состоящего из испарения или дросселирования.
По способу установки холодильные машины подразделяются на следующие виды:
- Наружные . Устанавливают в виде моноблока на улице.
- Внутренние . Оборудование состоит из двух частей. Конденсатор монтируют снаружи здания, остальные части - внутри помещения.
По типу конденсатора чиллеры бывают:
По типу исполнения гидромодуля охлаждающие агрегаты делятся на следующие виды:
- со встроенной установкой;
- с выносной установкой.
По типу компрессора чиллеры могут быть:
- винтовыми ;
- ротационными ;
- поршневыми ;
- спиральными .
Виды холодильного оборудования зависят также от типа вентиляторов. Чиллеры оборудуются такими вентиляторами:
- осевым ;
- центробежным .
Классификация агрегатов приведена на фото.
Устройство чиллера
Разберём, как работает эта климатическая техника и из чего она состоит.
Парокомпрессионный чиллер
Конструкция парокомпрессионного холодильного агрегата может меняться в зависимости от модификации и типа чиллера, но главными элементами системы являются:
- испаритель ;
- конденсатор ;
- компрессор .
Принцип работы парокомпрессионного чиллера состоит в следующем.
- При сжатии компрессором испарений рабочего вещества, или хладагента, давление доходит до 30 атм, температура повышается до 70 °C. Начинается процесс конденсации.
- Конденсатор отдаёт тепло наружу. Конденсатор - единственный механизм, в котором хладагент контактирует с воздушной средой. Наружный воздух обдувает смесь, которая меняет агрегатное состояние и превращается в жидкость. При этом горячий хладон остывает и отдаёт свою энергию, воздух нагревается.
- Затем рабочее вещество проходит через регулирующий вентиль и расширяется. Давление падает. Резко снижается температура. Хладон вскипает и, пройдя через испаритель чиллера, переходит в газообразное состояние, поглощает энергию теплоносителя и охлаждает его. Затем вещество опять поступает в компрессор . Цикл повторяется.
На таком принципе основаны схема чиллера и его устройство. Многие агрегаты работают по обратному холодильному циклу - вместо охлаждения вырабатывают тепло.
Как устроен чиллер, лучше показать на принципиальной схеме или в виде чертежа охлаждающего оборудования.
Абсорбционный чиллер
Принцип работы абсорбционного чиллера приведён на схеме.
Преимущества и недостатки чиллеров
Холодильная система имеет ряд преимуществ:
- Удобство эксплуатации.
- Возможность размещения установки на расстоянии от охлаждаемого помещения.
- Частичная замена отопительных систем, сокращение количества батарей.
- Сокращение затрат на эксплуатацию.
- Экологичность.
- Минимизация полезной площади.
- Бесшумность работы.
- Безопасность.
Недостатки чиллеров:
- Крупные габариты внутренних блоков.
- Большой вес.
- Сложная установка, монтаж зависит от модификации агрегатов.
- Повышенное энергопотребление.
- Высокая стоимость.
При выборе холодильной машины на все эти показатели стоит обращать внимание. Если в помещение мало комнат и нет комнат большого размера, можно купить другую климатическую технику, менее крупную и более эффективную.
Такого многообразия схем подключения, как у чиллеров, не имеет ни одна система кондиционирования воздуха. Это объясняется тем, что охлаждение с помощью чиллера, пожалуй, является одним из самых старейших и распространенных способов, который применяется не только в кондиционировании воздуха, но и в сегменте среднего и низкого холода.
В состав чиллера входит холодильная машина со всеми основными элементами: компрессор, конденсатор, дросселирующее устройство и испаритель. В зависимости от холодопроизводительности и типа, чиллер может комплектоваться различными дополнительными вспомогательными элементами. Другим основным элементом чиллера является гидромодуль. Именно он обеспечивает циркуляцию холодной/нагретой жидкости через фанкойлы или какие-либо другие устройства. Также, в зависимости от требований пользователя, гидромодуль может иметь дополнительные элементы. Обязательно в нем должны быть: расширительный бак, циркуляционный насос, сетчатый фильтр, виброгасители и запорная, регулирующая арматура. К ней относятся запорные, соленоидные вентили, воздушные, предохранительные клапаны - т.е. элементы, отвечающие за эффективность и безопасность работы гидромодуля. В случае недостаточного объема жидкости в гидравлическом контуре, необходимо применение аккумулирующего бака, который может быть встроен в гидромодуль.
Самый распространенный и продаваемый тип холодильных машин для охлаждения жидкости - это моноблочные чиллеры с конденсатором воздушного охлаждения с осевым вентилятором, и в качестве холодо/теплоносителя используется вода. Расположение чиллера обязательно должно быть на открытом воздухе - крыша зданий или место рядом со зданием на земле. При этом чиллер с гидромодулем могут быть расположены либо в разных корпусах, либо в одном корпусе. Такая схема подключения чиллера успешно работает на охлаждение в летний период. Однако на зимний период воду необходимо сливать, а летом вновь заправлять. Именно такая процедура и является главным недостатком данной схемы подключения, так как подобные работы требуют высокой квалификации специалистов и ответственности при проведении работ.
Если есть необходимость работы чиллера зимой на тепло, а летом на холод и в гидравлическом контуре должна циркулировать вода, то возможна схема подключения чиллера с воздушным конденсатором. Конденсатор же должен быть выносной, установленный на открытом воздухе. Все остальные части чиллера располагаются в теплом помещении. При такой схеме сохраняются все положительные моменты предыдущей схемы, и устраняется негативный момент, который связан со сливом воды на зиму. Все же недостатки есть. Так как конденсатор выносной, то часть холодильного контура, которая идет от чиллера до конденсатора, имеет ограничения по длине трассы и перепаду высот.
Более универсальная схема установки чиллера, способная работать и в зимний и летний период время с заправкой водой, - это схема чиллера с конденсатором водяного охлаждения. При такой схеме сам чиллер и гидромодуль располагаются в теплом помещении, и на его работу не влияет температура наружного воздуха. Это очень важный фактор в работе чиллера, так как исключается замерзание воды в гидравлическом контуре, и нет необходимости сливать воду в зимний период. Но для охлаждения воды, которая обеспечивает работу и конденсацию холодильного агента в конденсаторе, необходим дополнительный водяной контур от конденсатора до “сухого охладителя”. Такая схема более сложная, громоздкая и все это увеличивает его стоимость относительно схемы с конденсатором воздушного охлаждения.
Схема чиллера с воздушным конденсатором и центробежным вентилятором позволяет обойти все ограничения, связанные с удлинением трубопроводов для холодильного и гидравлического контуров, с необходимостью слива и т.п.. Установка самого чиллера и гидромодуля возможна в теплом помещении. Но так как конденсатор с воздушным охлаждением, то ему нужен наружный воздух. Воздух приходится подавать на обдув конденсатора по воздуховодам и отводить тоже по воздуховодам. В зимнее же время для поддержания в помещении постоянной температуры воздуха следует обеспечить систему автоматики для регулирования подачи холодного наружного воздуха или его перекрытия. Схема применяется редко, в основном из-за высокой стоимости и сложности подачи наружного воздуха и его регулирования через воздуховоды.
Как известно, стандартно выпускаемые чиллеры рассчитаны на работу с очень ограниченным диапазоном температур холодо/теплоносителя на входе и выходе теплообменника испарителя. Не всегда такие показатели температур устраивают потребителей. В таком случае используется промежуточный теплообменник, в котором происходит доведение температуры холодо/теплоносителя до заводских стандартных значений, а уже потом он поступает непосредственно в чиллер. Схема подключения чиллера с промежуточным теплообменником чаще всего применяется в производственных целях, где есть необходимость охладить очень горячую среду до заданных температур. Имеются и недостатки такой схемы. Появляется второй гидравлический контур, дополнительный циркуляционный насос. Чиллеры, работающие по такой схеме, изготавливаются заводом-производителем под заказ, и стоят намного дороже. В основном потребитель сам производит расчеты и подбор промежуточного теплообменника. Часто такие расчеты достаточно приблизительные и могут дать отклонения температурного режима работы самого чиллера, а это, в свою очередь, может привести к появлению различных неисправностей.
Холодопроизводительности чиллеров колеблются в больших пределах - от 16 кВт и до 7000 кВт. Чем больше производительность, тем более сложным и дорогим компрессором комплектуется чиллер. Очень часто подбор оборудования производится таким образом, что требуемая суммарная холодопроизводительность разделяется на несколько частей, что позволяет уменьшить минимальную необходимую нагрузку на каждую холодильную машину, и, таким образом, в проектах находит применение более сложная схема параллельного подключения чиллеров. Параллельное подключение применяется также, если есть необходимость обеспечения резервирования или ротации чиллеров. Идеальным вариантом является параллельное подключение чиллеров одинаковой производительности. В случае разной их производительности появляется необходимость сбалансировать работу чиллеров, исходя из требуемых расходов холодо/теплоносителя. Подобная схема сложна тем, что необходимо всегда обеспечивать равномерную подачу холодо/теплоносителя для обоих чиллеров, в случае их одновременной работы, обеспечения автоматического резервирования или ротации.
Это агрегат, предназначенный для охлаждения жидкости, которая используется в качестве теплоносителя систем кондиционирования. На сегодняшний день, самым распространенным видом таких агрегатов являются парокомпрессионные холодильные машины. Схема такого чиллера всегда включает в себя такие основные элементы, как компрессор, испаритель, конденсатор и расширительное устройство.
Принцип работы такой системы построен на поглощении и выделении тепловой энергии за счет изменения агрегатного состояния хладагента в зависимости от воздействующего на него давления. Наиболее важным элементом, от которого в первую очередь зависит работа чиллера, является компрессор, которых на сегодняшний день существует несколько типов:
- роторные;
- спиральные;
- винтовые;
- поршневые;
- центробежные;
Приведенная выше схема работы чиллера не изменяется в зависимости от его конструктивного исполнения, которых существует несколько вариантов:
- моноблочные наружной установки;
- моноблочные с центробежными вентиляторами;
- с выносным конденсатором;
- с конденсатором, охлаждаемым жидкостью.
Рисунок 1. Принципиальная схема чиллера с конденсатором воздушного охлаждения. 1- компрессор, 2-реле высокого давления, 3-клапан запорный, 4-клапан дифференциальный, 5-регулятор давления конденсации, 6-конденсатор воздушного охлаждения, 7-ресивер линейный, 8-клапан запорный, 9-фильтр-осушитель, 10-стекло смотровое, 11-клапан соленоидный, 12-катушка для клапана соленоидного, 13-вентиль терморегулирующий, 14-испаритель пластинчатый паяный, 15-фильтр-осушитель, 16-реле низкого давления, 17-клапан запорный, 18-датчик температуры, 19-реле протока жидкости, 20-щит электрический.
Какое бы исполнение вы ни выбрали, принцип работы чиллера всегда остается неизменным. Основополагающим моментом в проектировании оборудования такого типа, является соблюдение рекомендаций изготовителя к установке, в которых четко обозначены необходимый расход теплоносителя (охлаждаемой жидкости), допустимая наружная температура и количество тепловой энергии, которую необходимо отводить.
Виды схем установок охлаждения жидкости (чиллеры)
Для того чтобы правильно подобрать , всегда следует обращаться к специалистам, которые хорошо представляют себе, какую именно конструктивную схему предложить для каждого конкретного случая, ведь несмотря на общий принцип работы, каждый элемент установки играет очень важную роль в функциональности системы в целом.