Принцип работы воздушного чиллера. Схема подключения чиллера

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.

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:

1. Абсорбционные . В процессе производства вместо фреона используется вода или абсорбент.
2. Парокомпрессионные . Охлаждение возникает в результате парокомпрессионного цикла, состоящего из испарения или дросселирования.

По способу установки холодильные машины подразделяются на следующие виды:

1. Наружные . Устанавливают в виде моноблока на улице.
2. 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.

1. При сжатии компрессором испарений рабочего вещества, или хладагента, давление доходит до 30 атм, температура повышается до 70 °C. Начинается процесс конденсации.
2. 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.
3. 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:

1. Удобство эксплуатации.
2. Возможность размещения установки на расстоянии от охлаждаемого помещения.
3. Частичная замена отопительных систем, сокращение количества батарей.
4. Сокращение затрат на эксплуатацию.
5. Экологичность.
6. Минимизация полезной площади.
7. Бесшумность работы.
8. Безопасность.

Недостатки чиллеров:

1. Крупные габариты внутренних блоков.
2. Большой вес.
3. Сложная установка, монтаж зависит от модификации агрегатов.
4. Повышенное энергопотребление.
5. 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.

Принцип работы системы чиллер-фанкойл несколько отличается от другой климатической техники. Он имеет свои особенности, которые делают чиллеры незаменимыми во многих областях. Некоторую конкуренцию им могут составить , но они имеют другое назначение.

Схема работы системы чиллер-фанкойл основан на переносе тепловой энергии, как в кондиционерах и теплонасосах. Но она имеет ряд конструктивных особенностей и широкий спектр применения. Уже сейчас можно установить чиллер-фанкойл для дома, хотя несколько лет назад такое оборудование считалось промышленным.

Чиллер-фанкойл – что это?

С английского термины «chiller» и «fan coil» переводятся как «холодильник, охладитель» и «вентилятор с теплообменником, змеевиком».

Составными частями системы являются:

1. Чиллер;
2. Насосная станция;
3. Магистральная разводка (трубопроводы);
4. Хладагент;
5. Теплоноситель;
6. Система автоматической регуляции;
7. Фанкойлы (вентиляторный доводчик).

В чиллере происходит теплообмен между хладагентом и окружающим воздухом. В зависимости от режима работы он может отдавать или получать тепловую энергию. Хладагент охлаждает или нагревает теплоноситель.

В качестве хладагента в чиллерах применяют фреоны различных марок. Они не взаимозаменяемые, каждой модели и марке соответствует свой фреон.

Теплоносителем является вода, либо антифриз – смесь воды с этиленгликолем или пропиленгликолем. Реже используется в качестве добавки хлорид натрия (поваренная соль) и хлорид кальция. В зависимости от их концентрации изменяется температура замерзания смеси.

Фанкойл кассетного типа, установленный на производстве.

Схемаы работы чиллер-фанкойл

В этом разделе мы рассмотрим схемы подключения чиллера с выносным и встроенным конденсатором. На них вы увидите возможность подключения дополнительных систем.

Так как чиллер – универсальная холодильная машина, его можно использовать для разных целей. Например – подключать к нему теплые полы или .

Схема для чиллера с встроенным конденсатором выглядела точно так же, но пункты 1 и 2 были бы объединены. Иногда для большей энергоэффективности в систему включают градирню.

Магистраль для хладагента;

Магистраль для воды или антифриза;

Воздухообрабатывающий блок;

Приточная вентиляция;

Фанкойлы;

Теплые полы.

Чиллер-фанкойл или кондиционеры?

Сплит и мульти-сплит – традиционные системы кондиционирования воздуха для небольших помещений и зданий. Существуют системы чиллер-фанкойл малой производительности, которые могут заменить кондиционер мощностью 18000 BTU. Подробнее о моделях чиллеров и ценах можно узнать в в этом интернет-магазине. В чем их отличия и преимущества?

К чиллеру можно подключить любое количество фанкойлов, соответствующих его производительности. Аналогом такой системы являются мультизональные (мульти-сплит) кондиционеры.

Основной блок чиллера можно разместить на крыше или в подвальном помещении, где он будет легко доступен для обслуживания и ремонта и скрыт от посторонних. Наружный блок кондиционера устанавливают на фасаде здания, доступ к нему затруднен.

Кондиционеры нуждаются в частой диагностике, профилактике и ремонте. Они чаще выходят из строя, менее износостойки и имеют меньшую энергоэффективность.

Температурный режим кондиционеров ниже, что сказывается на потреблении электроэнергии при работе на обогрев зимой и охлаждение летом.

Для работы системы чиллер-фанкойл нужна прокладка большей длины магистралей, чем для кондиционеров. Стоимость монтажных работ увеличивается.

При поломке одного наружного блока кондиционера, без охлаждения или обогрева останется одно или несколько помещений, а не все здание.

Для работы кондиционеров между наружным и внутренними блоками проложена магистраль с фреоном. При ее обрыве хладагент улетучивается и нужна дозаправка. При повреждении трубопроводов ведущим к фанкойлам достаточно восполнить запас воды в баке-накопителе.

Чиллер представляет собой холодильную машину, которая предназначена для охлаждения холодоносителя, например, воды и гликолевого раствора.

Работа чиллера осуществляется благодаря парокомпрессионному холодильному циклу, который используется и в простых кондиционерах. Значит, чиллер содержит все четыре главных элемента любого холодильного оборудования:

• компрессор;
• конденсатор;
• испаритель;
• регулятор потока фреона.

Благодаря широкому диапазону мощности и универсальности, чиллеры используются в быту, промышленности (охлаждение пром. оборудования, сырья, оснастки), складском хозяйстве, в спортивных (охлаждение катков, и ледовых площадок) и общественных помещениях (кондиционирование) любых размеров.

Принцип работы чиллера:

Итак, чиллер состоит из таких элементов: компрессора и конденсатора, а также испарителя. Главной задачей испарителя является отвод тепла от объекта, который охлаждается. Именно для этого через чиллер пропускаются хладагент и вода. Когда хладагент закипает, он отбирает энергию у жидкости. Вследствие чего, вода либо другой теплоноситель охлаждаются, а сам хладагент - нагревается и принимает газообразное состояние.

Следующий этап - эта переход газообразного холодильного агента в компрессор, где горячий пар сжимается с нагревом до температуры 80-90 ºС и в конденсаторе переходит в жидкое состояние.

Принцип работы чиллера разных типов:

Абсорбционный тип чиллера имеет главную особенность работы - применение в качестве холодильного агента водяного пара, температура которого до 130 ºС, и подается под давление 1 бар. Основное преимущество данных агрегатов - отсутствие подвижных элементов, а также повышенная надежность в эксплуатации.

Чиллеры парокомпрессионного типа - самые распространенные холодильные машины, которые работают на основе компрессионного цикла. Принцип работы чиллера такого типа заключается в непрерывном цикле оборота, испарения, а также конденсации теплопередающего вещества.

Чиллер с воздушным охлаждением монтируется снаружи сооружения на открытом воздухе. Осуществляется охлаждение теплообменника воздухом,прогоняемым осевыми вентиляторами. Принцип работы чиллера с водяным охлаждением конденсатора заключается в том, что для охлаждения конденсатора машины холодильной применяется промежуточный теплоноситель, который охлаждается в градирнях, а также драйкулерах.

Чиллер с выносным конденсатором функционирует на основе водяного конденсатора, размещается внутри помещения и соединяется системой фреонопроводов с наружной установкой.

Чиллеры используются в самых разных сферах деятельности человека. Основное их предназначение быстрое охлаждение жидкостей, что делает их незаменимыми в централизованных системах кондиционирования помещений и поддержании необходимой температуры промышленных установок.

Назначение чиллера

Термин «Чиллер» происходит от английского слова «Chiller» - охлаждающий теплообменник. Данное оборудование широко используется в металлообработке, химической, пищевой промышленности, машиностроении, металлургии, индустрии литья пластмасс для снижения температуры жидкости, циркулирующей в рубашках контура охлаждения и достижения оборудованием заданной температуры. Теплоноситель (как правило, вода) циркулирует по технологическому оборудованию, охлаждает его, аккумулируя при этом тепловую энергию, и направляется к чиллеру, где отдает тепло хладагенту и обратно направляется к технологическому оборудованию. Так повторяется цикл за циклом.

Центральные системы кондиционирования используют систему чиллер – фанкойл для быстрого достижения и сохранения нужной температуры помещений. Устройство незаменимо при необходимости стабилизации температуры в помещениях. Подобрав правильную производительность, чиллеры могут понижать температуру как маленьких помещений, так и многоэтажных зданий. Максимальная мощность таких установок - 9000кВт.

Принцип работы чиллера

Принцип работы чиллера основан на физических процессах переноса тепла. Температура любой жидкости возрастает при сжатии и понижается при расширении. В чиллере тепло от теплоносителя переносится к используемому в устройстве хладагенту, который в свою очередь нагревается в ходе забора высокой температуры.

Другими словами, чиллер является мощной холодильной установкой, которая располагается в цепочке всевозможных систем кондиционирования. Принцип работы чиллера основан на максимально быстром охлаждении любого теплоносителя посредством физических свойств рабочего вещества и возврат жидкости с низкой температурой обратно в систему кондиционирования.

Главные составные компоненты чиллеров:
1. Испаритель – это теплообменное устройство, которое предназначается для аккумулирования тепла у охлаждаемого вещества теплоносителя.
2. Компрессор – устройство, которое обеспечивает циркуляцию хладагента в чиллере с максимальной температурой до +70 градусов Цельсия и давлении до 3 МПа. Зависимо от сферы использования может быть нескольких видов: поршневой, винтовой, спиральный, центробежный, роторный.
3. Конденсатор – механизм для охлаждения паров хладагента.
4. Дроссель – специальное устройство, которое предназначено для снижения давления и перевода хладагента в жидкую фазу.

В качестве хладагента в чиллере может циркулировать любая разновидность охладителя – вода, этилен-гликоль, тосол, фреон. Теплоносителем в охлаждающих установках выступает вода. При этом нагретый теплоноситель до температуры +12-15 градусов Цельсия приходит с охлаждаемого оборудования напрямую в испаритель, где хладагент забирает тепло и нагревается от косвенного контакта. Как следствие хладагент сравнительно быстро закипает, при этом расширяется и испаряется, переходя в газообразное фазовое состояние. Теплоноситель при этом охлаждается до температуры +7-10 градусов Цельсия.

Для снижения температурного показателя, хладагент в газообразной фазе поступает в компрессор, повышающий его давление и, соответственно, температуру от 80 до 90 градусов Цельсия. После сжатия пары поступают прямо в конденсатор, где осуществляется быстрое снижение температуры хладагента благодаря обдуву воздухом из атмосферы. Тепло выделяется наружу и в случае необходимости может применяться в фанкойлах для последующего нагрева воздуха в помещениях. Далее хладагент фильтруется через специализированный осушитель, который удаляет из него лишнюю влагу и поступает непосредственно на дроссель. Последний снижает давление вещества и переводит его в жидкую фазу непосредственно перед подачей снова в испаритель для запуска очередного цикла охлаждения теплоносителя.

Классификация чиллеров

Зависимо от разнообразных параметров чиллеры классифицируются:

1. По методу охлаждения конденсата:
- моноблочные безконденсаторные;
- моноблочные с водяным типом охлаждения;
- парокомпрессионные чиллеры – с воздушным типом охлаждения.

2. По конфигурации:
- абсорбционные чиллеры;
- с выносным типом конденсатора;
- моноблочные со встроенным типом конденсатора.

3. По способности к обогреву:
- с тепловым насосом;
- без теплового насоса.

4. По конструкции применяемого вентилятора:
- с центробежным вентилятором;
- с осевым вентилятором.

Подбор чиллера

При подборе чиллера под конкретную задачу, основополагающими характеристиками для расчета являются максимальная мощность и холодопроизводительность. Главными факторами, которые влияют на выбор определенной модели, являются:

• габаритные размеры помещения, площадь, объем;
• место расположения объекта;
• тип планируемой установки – в отдельном помещении или под открытым небом;
• необходимость очистки теплоносителя (воды);
• разновидность применяемого хладагента, а также его объем перемещения, скорость и температурный график;
• общая длительность магистралей;
• прочие характеристики.