Обслуживание и ремонт, а также подбор и проектирование холодильного оборудования различных марок — это основной профиль Специального регулирующего органа, который будет актуален на протяжении ближайшего десятилетия.
Классификация чиллеров
Чиллеры классифицируются на два основных типа: парокомпрессионные и абсорбционные. Эта классификация основана на принципе работы и способе производства холода. Области применения обоих типов чиллеров имеют много общего. Оба типа, как правило, используются для кондиционирования воздуха, для промышленных охлаждений, в системах вентиляции, а также для производства хладагентов (охлаждающих жидкостей), которые могут быть использованы в различных технических применениях. Более того, охладители способны генерировать теплоноситель, который используется для отопления и вентиляционных нужд. Однако стоит отметить, что парокомпрессионные охладители применяются реже, чем их абсорбционные аналоги, в частности из-за того, что их эффективность снижается при отрицательных температурах окружающей среды. В данной статье особое внимание будет уделено охладителям парокомпрессионного типа.
Принцип действия.
Парокомпрессорные охладители состоят из четырех основных компонентов: компрессора, испарителя, конденсатора и дроссельного устройства. В качестве хладагента в большинстве случаев используется хладон — производное насыщенных углеводородов, таких как метан и этан, с добавлением фтор и хлора. Работы холодильных установок организованы следующим образом: компрессор нагнетает газообразный хладагент в конденсатор (см. рис. 1). В данном агрегате под воздействием высокого давления и на выходе тепла происходит конденсация газа фреона. После этого жидкий хладагент проходит через дроссельное устройство, где его давление резко падает, приводя к частичному испарению жидкости. Это сопровождается ощутимым падением температуры. Затем газожидкостная смесь поступает в испаритель, где завершает процесс испарения и превращается в пар. Испаритель функционирует как промежуточный теплообменник «хладагент/вода», позволяя передать тепло от хладагента к теплоносителю. После этого полученная жидкость транспортируется по гидравлическому контуру до достижения температуры, необходимой потребителю, будь то вентиляторный доводчик, вентиляционная установка или другое оборудование.
Классификация кулеров.
- По типу охлаждения конденсатора:
- Конденсаторы с воздушным охлаждением;
- С водяным охлаждением конденсатора.
- Конденсаторы, предназначенные для наружной установки;
- Конденсаторы для установки внутри помещений;
- С системой естественного охлаждения;
- С центробежным вентилятором охлаждения конденсатора;
- Тип компрессора и так далее.
Наружные блоки представляют собой одиночные охладители с воздушным охлаждением, которые, как правило, устанавливаются на крыше или в специально отведенном месте рядом с обслуживаемым зданием. В некоторых случаях наружные блоки могут также включать выносные охладители испарителя.
- Охладители с выносными конденсаторами (не конденсируемые);
- Чиллеры с водяным охлаждением (водоохлаждаемые);
- Охладители с воздушным охлаждением и центробежными вентиляторами.
Внутренние охладители размещаются в определенной зоне здания, например, в моторном отсеке. Моноблочные чиллеры с воздушным охлаждением приобретены наибольшую популярность благодаря своей простоте установки, удобству в эксплуатации и более низкой цене по сравнению с другими типами оборудования.
В системах с вентиляторным охлаждением теплоносителем или охлаждающей средой, как правило, выступает вода или различные антифризы. В то время как в мульти-сплит-системах используются фреоны — хладагенты. Тем не менее, из-за разницы в теплоемкости охлаждающая жидкость оказывается менее эффективной, чем жидкость в системах с охладителем и вентиляторным змеевиком.
Схема работы чиллера
До 1982 года кулеры были единственной системой кондиционирования, способной эффективно функционировать в таком большом количестве помещений. В преддверии этого, существует множество схем подключения и осуществления работы охладителей, адаптированных для различных установок. Наиболее распространенной конфигурацией является охладитель с осевым вентилятором, водяным контуром и воздушным конденсатором, который обычно обдувается двумя насосами в составе гидравлического агрегата. Если охладитель установлен в отапливаемом помещении, есть возможность монтажа выносного воздушного конденсатора, однако он не входит в стандартный комплект и должен быть приобретён отдельно. На этом этапе необходимо учитывать недостатки, такие как ограниченная длина трубопровода и взаимное расположение охладителя и выносного конденсатора. Вязкость систем с водяными конденсаторами позволяет разместить сам охладитель в теплом помещении для упрощения обслуживания, но для подачи холодной воды в конденсатор потребуется дополнительный контур, который будет представлять собой сухой водоохладитель.
Фото: Принципиальная схема конденсатора-охладителя с воздушным охлаждением. На схеме представлены следующие элементы: 1 — компрессор, 2 — реле высокого давления, 3 — запорный клапан, 4 — дифференциальный клапан, 5 — регулятор давления конденсации, 6 — конденсатор с воздушным охлаждением, 7 — приемная линия, 8 — запорный клапан, 9 — фильтр-осушитель, 10 — вид на стекло, 11 — электромагнитный клапан, 12 — для электромагнитного клапана змеевик, 13 — терморегулирующий вентиль, 14 — испаритель со сварной пластиной, 15 — фильтр-осушитель, 16 — реле низкого давления, 17 — запорный клапан, 18 — датчик температуры, 19 — реле потока жидкости, 20 — электрическая панель.
Кроме того, существуют специализированные охладители, которые могут работать в режиме подогрева жидкости. Эта функциональность часто обозначается как функция теплового насоса или просто тепловой насос. Это направление представляет собой отклонение от традиционного кондиционирования воздуха и занимает особое место среди устройств, работающих как на охлаждение, так и на нагрев. Такие охладители именуются охладителями с тепловым насосом.
Разделение холодильников по их мощности имеет своё обоснование. К примеру, пределы для холодильников малой и большой мощности могут варьироваться от 20 до 100 кВт, но каждый производитель устанавливает эти пределы с учетом особенностей своих моделей.
Виды чиллеров
Тип кулера разнообразен и зависит от его конкретного назначения. Например, модульные чиллеры разрабатываются для сборки из отдельных компонентов и подключения к системе, в то время как отдельные чиллеры, или чиллеры определенной фиксированной мощности, функционируют в собственном контуре.
Фото: обзор серии модульных чиллеров DANTEX DN-25-250BD (F) (L) SF.
Тип компрессора, установленного в охладителе, варьируется в зависимости от самого устройства. Обычно небольшие охладители применяют ротационные компрессоры, которые, как правило, дешевле и проще в производстве. В то же время спирально-накатные компрессоры используются в небольших и высокопроизводительных чиллерах, поскольку они обладают большей надежностью и запасом прочности по сравнению с ротационными в равных условиях. Охладители могут быть оснащены двумя или даже шестью компрессорами. С увеличением мощности от одного мегавата, более распространены винтовые компрессоры, в которых конденсаторы охлаждаются водяным, а не воздушным способом, что, как правило, увеличивает сложность конструкции. При мощности, достигающей 10 мегаватт, могут использоваться центробежные компрессоры, водяные конденсаторы и испарители с залитыми кожухами и трубами.
Фото: DN-060MVB(G)/SF шарнирный чиллер с двумя ротационными компрессорами — DN-200BFL/SF шарнирный чиллер со спиральным компрессором — DN-380BGMTC/SM шарнирный чиллер с двумя винтовыми компрессорами.
Кроме вышеперечисленных типов, существуют и абсорбционные охладители. Эти устройства работают на основе тепловой энергии, которую чаще всего используют из вторичного или отработанного источника, чтобы создать цикл охлаждения. В отличие от парокомпрессионных систем, они не нуждаются в компрессоре для циркуляции хладагента. В конструкциях таких охладителей конденсатор и испаритель сконструированы иначе, чем в традиционных системах, хоть и имеют свои преимущества, такие как экономия значительного объема энергии за счет использования отбрасываемого тепла. Однако стоит заметить, что конструкция абсорбционных охладителей сложнее, а конечные температуры, которые они могут достигать, не столь низки, как у обычных систем.
Рисунок: схема абсорбционного чиллера и его контур.
Важно отметить, что температура на входе и выходе кондиционера должна оставаться постоянной, при этом разница температур обычно составляет 4-6 °C. Для достижения более значительной разницы температур можно применять системы с двумя насосами. В стандартных системах охлаждения для обеспечения необходимой циркуляции воды в гидроагрегате устанавливаются две насосные станции: одна рабочая и другая — резервная. Эти насосы устанавливаются в одном и том же месте параллельно друг другу. Однако не следует путать такие системы с двухнасосными охладителями.
В двухнасосной системе насосные группы располагаются в разных местах, перед и за накопительным баком, что позволяет работать насосам поочередно, увеличивая разницу температур между входящей и выходящей водой до 15°C.
Правильность выбора чиллера
Как правило, ответственность за выбор охладителя лежит на заказчике, который должен учитывать свои специфические требования и цели использования. Для выбора наиболее подходящей модели можно обратить внимание на следующие характеристики:
- Тип теплоносителя (вода или незамерзающая жидкость);
- Функция охладителя (охлаждение или комбинация охлаждения и подогрева);
- Сезонное или круглогодичное использование;
- Содержатся ли охладитель и гидравлический блок охлаждения в одном или разных помещениях;
- Диапазон рабочих температур охладителя;
- Местоположение охладителя (например, на крыше, на земле, между этажами).
Важно учитывать размер устройства и доступное пространство для обслуживания. В случае установки агрегата внутри помещений температура в них также имеет большое значение, так как она непосредственно влияет на давление конденсации. Для оптимальной работы компрессоров, агрегат следует хранить при температуре ниже +35°C.
Фото: расположение охладителя.
Каждый производитель рассчитывает и подбирает охладители и гидравлические установки с использованием собственных программ. Это связано с тем, что имеется множество специализированных производителей критически важных компонентов, таких как компрессоры и теплообменники, которые могут иметь различную холодопроизводительность. Все остальные компоненты могут оставаться стандартными. Особое внимание следует уделить выбору одного из компонентов гидравлического блока — бака-накопителя, так как для его правильного расчета необходимо учитывать множество специфических факторов. В свою очередь, сам процесс расчета может быть выполнен с использованием ряда доступных уравнений.
Современные охладители нужны для различных целей — в частности, для подогрева или охлаждения воды или антифриза. Они широко используются в роли теплоносителей или хладагентов в фанкойлах, вентиляционных системах и различных устройствах, предназначенных для кондиционирования, отопления и охлаждения воздуха.
Центробежные охладители
Охладители с центробежными вентиляторами спроектированы для установки в различных зданиях. Главные требования к таким установкам заключаются в их компактной конструкции и низком уровне шума, что способствует удобству установки внутри помещений.
В охладителях данного типа используется низкоскоростной центробежный вентилятор, в то время как большинство моделей малой и средней мощности оснащены малошумными спиральными компрессорами. Поршневые компрессоры установлены в специальные акустические корпуса для снижения уровня шума.
При проектировании и установке охладителей данного типа важно обеспечить беспрепятственное поступление охлаждающего воздуха к охладителю, а также эффективный отвод горячего воздуха к конденсатору. Это достигается путем создания системы всасывающих и расширительных каналов, в структуре которой располагаются центробежные вентиляторы, элементы для нагрева или охлаждения конденсаторов и гибкие воздуховоды, которые отвечают за распределение воздуха. Размеры последних рассчитываются на основе рекомендаций по скорости воздуха, которые учитываются в сечениях решетки и воздуховода.
Перепады давления в вентиляционных системах также необходимо рассчитывать с использованием аэродинамических методов. Значения давления должны соответствовать показателям, которые обеспечиваются центробежным вентилятором при заданной скорости потока воздуха, предназначенного для охлаждения конденсатора.
Если давление в центробежном вентиляторе оказывается ниже расчетного перепада давления в вентиляционной сети, то для повышения производительности может быть установлен более сильный электродвигатель на вентилятор по специальному заказу.
Для предотвращения передачи вибраций на вентиляционную сеть, трубы должны быть подключены к охладителю с использованием гибких вставок.
Холодильник с выносным конденсатором
Выносные конденсаторы
Неконденсационные агрегаты устанавливаются внутри помещений и подключаются к удалённым конденсаторам. Как и в случае холодильников с центробежными вентиляторами, установка в помещении обеспечивает простоту эксплуатации системы. Эта система не сталкивается с проблемами, связанными с использованием неохлаждающих жидкостей — для таких систем отапливаемая вода требует последующего слива в зимний период, что значительно снижает транспортировочные издержки по сравнению с системами, использующими жидкости, не подлежащие охлаждению.
Однако у неконденсирующихся охладителей есть и существенные недостатки, о которых стоит помнить.
Конденсаторные охладители с водяным охлаждением.
Охладители с водяным охлаждением, как правило, более экономичны, однако они требуют наличия водяного контура для охлаждения конденсатора со всем сопутствующим оборудованием.
Традиционно в таких системах используются градирни для охлаждения конденсатора холодильников, где горячая вода, нагретая в конденсаторе, распыляется через специальные форсунки в поток наружного воздуха, обеспечивая её охлаждение до температуры жидкости окружающей среды через непосредственный контакт с воздухом. Затем охлажденная вода возвращается в конденсатор.
