Чиллер

Чиллеры – водоохлаждающая парокомпрессионная холодильная машина. Холодильная машина предназначена для отбора теплоты у охлаждаемой среды при низких температурах, при этом отдача теплоты при высоких температурах является побочным процессом. В составе холодильной машины несколько функциональных элементов: компрессор (от 1 до 4), конденсатор, электродвигатель, испаритель, устройство для расширения хладагента или терморегулирующий вентиль, блок управления.

Получение искусственного холода базируется на простых физических процессах: испарении, конденсации, сжатии и расширении рабочих веществ. Рабочие вещества, используемые в холодильных агрегатах, называют холодильными агентами. Холодильные машины различаются:

• по конструкции (абсорбционные, со встроенным или выносным конденсатором – конденсаторные и бесконденсаторные);
• типу охлаждения конденсатора (воздушное или водяное);
• схемам подключения;
• наличию теплового насоса.

Преимущества:

• Удобство эксплуатации – круглогодично автоматически поддерживаются заданные параметры в каждом помещении в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами;
• Гибкость системы — расстояние между чиллером и фанкойлами ограничено только мощностью насоса и может достигать сотен метров;
• Экономическое преимущество – сокращаются затраты на эксплуатацию;
• Экологическое преимущество – безвредный холодоноситель;
• Строительное преимущество – гибкость планировки, минимальные затраты полезной площади на размещение холодильной машины, т.к ее можно установить на крыше, техническом этаже зданий, во дворе;
• Акустическое преимущество – малошумное исполнение агрегатов;
• Безопасность – риск залива ограничен за счет применения запорной арматуры.

Чиллеры могут служить нее только источником холодоснабжения, но и в режиме реверсирования холодильного или водяного цикла работать как тепловой насос, что востребовано в холодное время года.

Абсорбционные чиллеры — очень перспективная область развития холодильной техники, получающая всё более широкое применение ввиду ярко выраженной современной тенденции к электросбережению. Дело в том, что для абсорбционных холодильных машин основным источником энергии является не электрический ток, а бросовое тепло, неизбежно возникающее на заводах, предприятиях и т. п. и безвозвратно выбрасываемое в атмосферу, будь то горячий воздух, охлаждаемая воздухом горячая вода и др.

Рабочим веществом является раствор из двух, иногда трех компонентов. Наиболее распространены бинарные растворы из поглотителя (абсорбента) и хладагента, отвечающие двум главным требованиям к ним: высокая растворимость хладагента в абсорбенте и значительно более высокая температура кипения абсорбента по сравнению с хладагентом. Широкое применение получили растворы вода-аммиак (водоаммиачные холодильные машины) и бромистый литий-вода(бромистолитиевые машины), в которых, соответственно, вода и бромистый литий являются абсорбентами, а аммиак и вода — хладагентами. Рабочий цикл в абсорбционных чиллерах (см. на рисунке ниже) выглядит следующим образом: в генераторе, к которому подводится бросовое тепло) кипит рабочее вещество, в результате чего выкипает практически чистый хладагент, ведь его температура кипения гораздо ниже, чем у абсорбента.

Пар хладагента поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется, отдавая своё тепло окружающей среде. Далее полученная жидкость дросселируется, в результате чего охлаждается при расширении) и направляется в испаритель, где, испаряясь, отдает своё холод потребителю и следует в абсорбер. Сюда же через дроссель подается абсорбент, из которого в самом начале выкипел хладагент, и поглощает пары хладагента, ведь мы выше обозначили требование их хорошей растворимости. Наконец, насыщенный хладагентом абсорбент насосом перекачивается в генератор, где хладагент снова выкипает.

Основные преимущества абсорбционных чиллеров:

1. Идеальное решение для создания тригенерации на предприятии. Тригенерационный комплекс – это комплекс позволяющий на сегодняшний день, максимально снизить себестоимость электроэнергии, горячего водоснабжения, отопления и охлаждения для предприятия за счет использования собственной когенерационной электростанции в связке с абсорбционным чиллером;
2. Продолжительный срок службы – в пределах 20 лет, до проведения первого капитального ремонта;
3. низкая себестоимость вырабатываемого холода, холод вырабатывается почти бесплатно, т. к. асборбционные чиллеры просто утилизируют лишнее тепло;
4. Пониженный уровень шума и вибрации, в результате отсутствия компрессоров с электромоторами, как следствие — тихая работа и высокая надежность;
5. Применение холодильных/нагревающих агрегатов с пламенным газовым генератором прямого действия позволяют отказаться от бойлеров, которые необходимо использовать в обычных установках. Это уменьшает начальную стоимость системы и делает абсорбционные чиллеры конкурентоспособными по сравнению с обычными системами, в которых используются бойлеры и охладители;
6. Обеспечение максимальной экономии электроэнергии в периоды пиковых нагрузок. Другими словами не потребляя электроэнергии для производства холода/тепла, абсорбционные чиллеры не перегружают электросети предприятия даже в моменты пиковых нагрузок;
7. Имеется возможность объединения в паровые районные системы с эффективной холодильной установкой двойного эффекта;
8. Имеется возможность распределения нагрузки в условиях максимальной производительности в режиме охлаждения. Устройство справляется с критической нагрузкой в режиме охлаждения с минимальным расходом электроэнергии за счет применения охладителей с пламенным газовым генератором прямого действия или генератора с паровым нагревом;
9. Позволяет использовать аварийные электрогенераторы меньшей мощности, так как потребление энергии у абсорбционных холодильных установок является минимальным, если сравнивать их с электрическими холодильными установками;
10. Безопасность для озонового слоя, не содержит хладагентов, разрушающих озон. Охлаждение осуществляется без использования хладагентов, содержащих хлор;
11. Снижается до минимума общее воздействие на окружающую среду, так как уменьшено потребление электроэнергии и газа, вызывающих парниковый эффект и как следствие глобальное потепление.

Парокомпрессионные чиллеры — это наиболее распространенный в настоящее время тип холодильного оборудования. Генерация холода осуществляется в парокомпрессионном цикле, состоящем из четырех основных процессов —компрессии, конденсации, дросселирования и испарения — с использованием четырех основных элементов — компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля и испарителя — в следующей последовательности: Рабочее вещество (хладагент) в газообразном состоянии поступает на вход компрессора с давлением P1 (~7атм) и температурой T1 (~5° C) и сжимается там до давления P2 (~30атм), нагреваясь до температуры T2(~80° C).

Далее хладагент следует в конденсатор, где охлаждается (как правило, за счет окружающей среды) до температуры T3 (~45С), при этом давление в идеале остается неизменным, реально же падает на десятые доли атм. В процессе охлаждения хладагент конденсируется и полученная жидкость поступает в дроссель (элемент с большим гидродинамическим сопротивлением), где очень быстро расширяется. На выходе получается паро-жидкостная смесь с параметрами P4(~7атм) и T4(~0С), поступающая в испаритель. Здесь хладагент отдает свой холод обтекающему испаритель теплоносителю, нагреваясь и испаряясь при постоянном давлении (реально, оно падет на десятые доли атмосферы). Полученный охлажденный теплоноситель (Tх~7С) и является конечным продуктом. А хладагент на выходе из испарителя имеет параметры P1 и T1, с которыми попадает в компрессор. Цикл замыкается. Движущая сила — компрессор.

Хладагент и теплоноситель

Особо отметим разделение схожих на первый взгляд терминов — хладагент и теплоноситель. Хладагент — это рабочее вещество холодильного цикла, в процессе которого оно может находиться в широком диапазоне давлений, а также претерпевает фазовые изменения. Теплоноситель же агрегатного состояния(фазовых изменений)не меняет и служит для передачи (переноса) тепла (холода) на определенное расстояние. Конечно, можно провести аналогию, сказав, что движущей силой хладагента является компрессор со степенью сжатия около 3, а теплоносителя — насос, повышающий давление в 1.5–2.5 раза, т. е. цифры соизмеримые, но принципиальным является факт наличия фазовых изменений у хладагента. Другими словами, теплоноситель всегда работает при температурах ниже точки кипения для текущего давления, хладагент же может иметь температуру как ниже, так и выше точки кипения.Классификация парокомпрессионных чиллеровПо типу установки:Наружной установки (встроенный конденсатор)Подобные агрегаты представляют собой единый моноблок, устанавливаемый на улице. Удобен тем, что позволяет эксплуатировать неэксплуатируемые площади — кровлю, открытые площади на земле и др. Также это и более дешевое решение. В то же время, использование воды в качестве теплоносителя сопряжено с необходимостью её слива на зимний период, что неудобно в эксплуатации, поэтому применяются незамерзающие жидкости, как новые солевые, так итрадиционные — растворы гликолей в воде. При этом необходимо производить пересчет работы чиллера под каждый конкретный теплоноситель. Отметим, что все сегодняшние незамерзающие растворы на 15-20% менее эффективны, чем вода. Последнюю вообще трудно превзойти — высокая по меркам жидкостей теплоёмкость и плотность делают её практически идеальным теплоносителем, если бы не столь высокая температура замерзания.

Внутренней установки (выносной конденсатор)

Здесь ситуация практически обратная по сравнению с предыдущим вариантом. Чиллер состоит из двух частей — компрессорно-испарительного блока и конденсатора, соединенные фреоновой трассой. Требуются иногда достаточно ценные площади внутри здания, при этом по-прежнему необходимо место снаружи для размещения конденсатора, правда с заметно меньшими требованиями как по площади так и по массе. В чиллерах внутренней установки не возникает проблем с использованием воды. Упомянем и несколько большее энергопотребление компрессора и увеличенные потери давления и температуры хладагента в связи с удлиненной трассой (от чиллера до конденсатора), которая, кстати, также ограничена компрессором по длине.

По типу исполнения конденсатора:

Воздушного охлаждения

Это самый распространенный вариант. Конденсатор представляет собой трубчато-ребристый теплообменник и охлаждается бесплатным наружным воздухом. Это и дешево и просто в проектировании, монтаже и эксплуатации. Пожалуй, минусом можно назвать лишь большие габариты конденсатора в виду малой плотности воздуха.

Водяного охлаждения

Тем не менее, в ряде случаев используется водяное охлаждение конденсатора. В этом случае конденсатор является пластинчатым, пластинчато-ребристым или теплообменником ‛труба в трубе“. Водяное охлаждение заметно уменьшает габариты конденсатора, а также позволяет реализовать рекуперацию тепла. Но полученная нагретая вода (около 40С) не является ценным продуктом, часто её просто отправляют на охлаждение в градирни, опять таки отдавая всё тепло окружающей среде. Таким образом, водяное охлаждение реально выгодно в случае наличия потребителя нагретой воды. В любом случае, чиллеры с водяным охлаждением дороже, чем с воздушным, а вся система в целом более сложна и в проектировании и в монтаже и в эксплуатации.

Традиционно для охлаждения конденсатора холодильных машин применяются градирни, в которых вода, нагретая в конденсаторе, разбрызгивается через форсунки в потоке движущегося наружного воздуха, и при непосредственном контакте с воздухом охлаждается до температуры мокрого термометра наружного воздуха, поступая затем в конденсатор. Это довольно громоздкое устройство, требующее специального обслуживания, установки насоса и другого вспомогательного оборудования. В последнее время применяются так называемые «сухие» градирни или охладители конденсатора, которые представляют поверхностный теплообменник «вода-воздух» с осевыми вентиляторами, в котором теплота воды, нагретой в конденсаторе передается воздуху, циркуляцию которого через теплообменник обеспечивают осевые вентиляторы.

В первом случае водяной контур разомкнутый, во втором случае — замкнутый, в котором необходимо установить все необходимое оборудование: циркуляционный насос, расширительный бак, предохранительный клапан, запорную арматуру. Для предотвращения замерзания воды при работе чиллера в режиме охлаждения при отрицательных температурах наружного воздуха, замкнутый контур заполняется водным раствором незамерзающей жидкости. При водяном охлаждении конденсатора теплота конденсации также бесполезно теряется и способствует тепловому загрязнению окружающей среды. При наличии источника теплоты, например системы горячего водоснабжения или технологической линии, в период выработки холода возможно полезно использовать теплоту конденсации.

По типу исполнения гидромодуля:

Со встроенным гидромодулем

Чиллеры такой конфигурации представляют собой моноблок, в который включена насосная группа и, как правило, расширительный бак. Очевидно, что производители выпускают стандартные гидромодули чаще всего двух модификаций — с менее и более мощными насосами, которые не всегда удовлетворяют необходимым требованием (обычно их напора просто может не хватать). Кроме того, встроенный гидромодуль в чиллерах наружной установки будет расположен на улице, что может создавать проблемы зимой — незамерзающий теплоноситель может загустевать и в первые секунды работы насосы не способны преодолеть его вязкость и не запускаются. С другой стороны, нет необходимости искать место для насосной станции, продумывать её компоновку и т. д. плюс отсутствуют проблемы с автоматикой — это очень весомые преимущества встроенных гидромодулей.

С выносным гидромодулем

Выносной гидромодуль используется, во-первых, когда не хватает мощности встроенного; во-вторых, при необходимости резервирования (отметим, что во встроенных гидромодулях допускается один резервный насос); в-третьих, если покаким-либо причинам желательна внутренняя установка насосов. Система становится гибкой, а длина трассы практически неограниченной, ведь насосы бывают и очень мощные. В то же время существуют и готовые насосные станции, включающие в себя и насосы и расширительный бак и автоматику и компактно собранные на опорной раме.

По типу компрессора:

• Поршневые компрессора
• Ротационные компрессора
• Спиральные компрессора
• Винтовые компрессора

По типу вентиляторов конденсатора:

• Осевые вентиляторы
• Центробежные вентиляторы

Опции чиллеров

Фрикулинг — функция свободного охлаждения. Практически незаменима для чиллеров, работающих и в холодное время года. Возникает разумный вопрос, зачем использовать для охлаждения парокомпрессионный цикл, если за бортом и без того холодно. Ответ приходит сам собой — следует теплоноситель напрямую охлаждать уличным воздухом. В системе холодоснабжения наиболее распространен температурный график 7/12С, а, значит, теоретически, при уличных температурах ниже 7С уже возможно использовать свободное охлаждение. На практике, из-за недорекупераци, область применения несколько сужается — при температуре 0С и ниже холодопроизводительность от фрикулинга достигает номинальных значений.

Тепловой насос — это режим работы чиллера ‛на отопление“. Парокомпрессионный цикл работает несколько в иной последовательности, испаритель и конденсатор меняются своими ролями и теплоноситель не охлаждается, а нагревается. Кстати, заметим, что чиллер хоть и холодильная машина, дающая трижды больше холода, чем потребляет, но он ещё более эффективен в качестве отопителя — тепла он даст в четыре раза больше, чем затратит электроэнергии. Режим теплового насоса наиболее распространен в общественных и административных зданиях, иногда применяется для складов и др.

Плавный пуск компрессора — опция, позволяющая избавиться от высоких пусковых токов, превышающих рабочие в 2–3 раза.

Типология чиллеровИсточником холода в водовоздушных системах кондиционирования воздуха является чиллер — водоохлаждающая холодильная машина. Существуют чиллеры различных типов в зависимости от способа охлаждения конденсатора, способа комплектации: моноблочного или с выносным конденсатором, со встроенным гидромодулем или без него, типа компрессора, режима работы (только охлаждение или охлаждение и отопление). Производители чиллеров постоянно модернизируют выпускаемое оборудование на основе новейших технологических и конструкторских разработок.

Номенклатурный ряд выпускаемых чиллеров в последние годы значительно обновился за счет широкого применения новых более эффективных типов компрессоров: спиральных, одновинтовых, двухвинтовых которые в диапазоне малых, средних и больших производительностей постепенно вытесняют поршневые компрессоры. Расширился ряд чиллеров со встроенным гидравлическим модулем, в том числе и с аккумулирующим баком.

Чаще используются в качестве испарителей пластинчатые и поверхностные теплообменники, что дало возможность уменьшить габариты агрегатов и их вес. В последнее время производители начали випускать чиллеры на экологически безопасных фреонах R407°C, R134a. В зависимости от способа охлаждения конденсатора чиллеры разделяются на чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора и чиллеры с водяным охлаждением конденсатора. Наибольшее применение находят чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора, когда теплота от конденсатора отводится воздухом, чаще наружным.

Этот способ отвода теплоты требует установки чиллера снаружи здания или применения специальных мероприятий, обеспечивающих такой способ охлаждения. Чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора выпускаются в моноблочном исполнении, когда все элементы чиллера находятся в одном блоке, и чиллеры с выносным конденсатором, когда основной блок может устанавливаться в помещении, а конденсатор, охлаждаемый наружным воздухом, размещается вне здания, например на крыше или во дворе. Основной блок соединяется с воздушным конденсатором, установленным снаружи здания, медными фреонопроводами.

Моноблочные чиллеры

Чиллеры с осевыми вентиляторами

Чиллеры в моноблочном исполнении выпускаются с осевыми вентиляторами и с центробежными вентиляторами. Осевые вентиляторы не могут работать на вентиляционную сеть, поэтому чиллеры с осевыми вентиляторами должны устанавливаться только снаружи здания, при этом ничто не должно мешать поступлению воздуха в конденсатор и выбросу его вентиляторами. Чиллеры с осевыми вентиляторами могут изготавливаться в различных вариантах исполнения: 1 — стандартный, 2 — с полной регенерацией теплоты, 3 — с частичной регенерацией теплоты, 4 — для охлаждения водного незамерзающего раствора этиленгликоля в диапазоне рабочих температур от +4°С до −7°С.

Возможно исполнение чиллера с дополнительным способом регулирования холодопроизводительности. При вариантах исполнения чиллеров 1, 3 теплота конденсации передается наружному воздуху и безвозвратно теряется. При вариантах исполнения чиллеров 2 и 4 устанавливаются дополнительные кожухотрубные теплообменники, дублирующие конденсатор полностью в варианте R (использование 100% теплоты конденсации для нагревания воды) или частично (использование 15% теплоты конденсации для нагревания воды).

При варианте 4 дополнительный кожухотрубный конденсатор устанавливается на нагнетательной линии после компрессора перед основным воздушным конденсатором. Конфигурация чиллера может быть: ST-стандартная; LN — с пониженным уровнем шума, что достигается устройством звукопоглощающего кожуха для компрессора и понижением скорости вращения осевого вентилятора конденсатора по сравнению со стандартной конфигурацией; EN — со значительным снижением уровня шума, что достигается устройством звукопоглощающего кожуха для компрессора, увеличением площади живого сечения конденсатора для прохода воздуха и понижением скорости вращения осевого вентилятора, а так же установкой компрессора на пружинные антивибрационные опоры, применением гибких вставок на нагнетательных и всасывающих трубопроводах холодильного контура.

Требования по уровню звуковой мощности, создаваемой работающим чиллером с осевыми вентиляторами при установке за пределами здания могут быть не очень высокими, если отсутствуют особые требования по уровню шума в застройке, где это здание расположено. Если такие ограничения имеют место, необходимо выполнить расчет уровня звукового давления в помещении шума, излучаемого чиллером, и при необходимости применить чиллеры специальной конфигурации.

Чиллеры с центробежными вентиляторами

Чиллеры с центробежными вентиляторами предназначены для установки внутри здания. Основные требования к этим блокам: компактность и низкий уровень шума, связанные с установкой внутри помещения. В чиллерах данного типа используются центробежные вентиляторы с низкой скоростью вращения, большая часть типоразмеров малой и средней производительности имеет спиральный компрессор, отличающийся низким уровнем шума, в типоразмерах с герметичным поршневым компрессором он помещен в специальный звукоизолирующий кожух. Боковые панели корпуса таких чиллеров имеют звукопоглощающее покрытие изнутри, предусмотрена возможность наряду со стандартной конфигурацией ST, конфигурации SC с низким уровнем шума, где полугерметичный поршневой компрессор помещен в шумопоглощающий кожух и имеются гибкие вставки на нагнетательном и всасывающем трубопроводах холодильного контура.

При выборе данного типа чиллера и его размещении следует обеспечить свободный подвод охлаждающего воздуха к чиллеру и отвод воздуха, нагретого в конденсаторе. Это осуществляется с помощью всасывающих и нагнетательных воздуховодов, при этом образуется вентиляционная сеть, состоящая из центробежного вентилятора, воздухонагревателя (конденсатор чиллера), воздуховодов, заборной и выпускной вентиляционных жалюзийных решеток. Размеры последних подбираются на основе рекомендуемых скоростей движения воздуха в сечении решеток и воздуховодов.

Необходимо на основе аэродинамического расчета определить потери давления в вентиляционной сети. Потери давления в вентиляционной сети должны соответствовать давлению, развиваемому центробежным вентилятором, при значении расхода воздуха, охлаждающего конденсатор. Если давление центробежного вентилятора меньше, чем потери давления в вентиляционной сети, воз- можно применить более мощный электродвигатель к центробежному вентилятору по специальному заказу. Воздуховоды должны присоединяться к чиллеру при помощи гибких вставок, чтобы вибрация не передавалась на вентиляционную сеть.

Производительность чиллеров

В зависимости от производительности чиллеры комплектуются тремя типами компрессоров: спиральными компрессорами для малой (в последнее время произошло смещение в сторону средней) производительности, одновинтовыми компрессорами для средней и большой производительности двухвинтовыми компрессорами для средней производительности, герметичными поршневыми компрессорами для малой производительности и полугерметичными поршневыми компрессорами для средней производительности. Спиральные и винтовые компрессоры как более эффективные в определенном диапазоне производительности по сравнению с поршневыми заменяют постепенно последние. Чиллеры выпускаются в двух исполнениях: работающими только в режиме холодильной машины и работающими в двух режимах: холодильной машины и теплового. В чиллерах с воздушным охлаждением конденсатора, в которых предусмотрена работа в режиме теплового насоса, предусмотрено реверсирование холодильного цикла, в чиллерах с водяным охлаждением предусмотрено реверсирование по водяному контуру.Схема чиллера со встроеным гидравлическим модулемВ варианте исполнения в блок чиллера включены: циркуляционный насос на обратном трубопроводе, мембранный расширительный бак, предохранительный клапан для воды, спускной вентиль, узел заполнения водой, манометр, дифференциальное реле давления.

Энергосберегающие технологии в чиллерах

При разработке современного климатического оборудования особое значение уделяется проблеме энергосбережения. В Европе количество энергии, потребляемой оборудованием в течение годового цикла эксплуатации, является одним из основных критериев для принятия решения при рассмотрении предложений, представленных на тендер. На сегодняшний день существенным потенциалом для повышения энергоэффективности является разработка и создание климатической техники, способной как можно точнее покрывать график нагрузки при постоянно меняющихся условиях работы. Например, согласно исследованиям, проведенным фирмой Clivet, колебания средней величины нагрузки на систему кондиционирования в течение сезона составляют до 80%, в то время как работа на полную мощность необходима всего лишь несколько дней в году.

В то же время, суточный график тепловых избытков имеет также неравномерный характер c явно выраженным максимумом. Традиционно в чиллерах мощностью 20–80 кВт устанавливают два одинаковых компрессора и делают два независимых холодильных контура. В результате агрегат способен работать в двух режимах на 50% и 100% своей номинальной мощности. Новое поколение чиллеров с холодильной мощностью от 20 до 80 кВт позволяет выполнять трехступенчатое регулирование производительности. В этом случае полная холодильная мощность распределяется между компрессорами в соотношении 63% и 37%.

У чиллеров нового поколения оба компрессора включены параллельно и работают на один холодильный контур, то есть имеют общий конденсатор и испаритель. Такая схема значительно увеличивает коэффициент преобразования энергии (КПЭ) холодильного контура при работе с неполной нагрузкой. Для таких чиллеров при 100% нагрузке и температуре наружного воздуха 25°С КПЭ = 4, а при работе на 37% КПЭ = 5. Учитывая то, что 50% времени чиллер работает с нагрузкой 37% это дает существенную экономию энергии.

Микропроцессорные контроллеры

Для эффективной реализации нового решения на чиллеры устанавливаются микропроцессорные контроллеры, которые позволяют:

• контролировать все рабочие параметры оборудования;
• регулировать установленное значение температуры воды на выходе из чиллера в соответствии с параметрами наружного воздуха, технологическими процессами или командами от централизованной системы управления (диспетчеризации);
• осуществлять выбор оптимального шага регулирования мощности;
• в случае реальной необходимости быстро и эффективно выполнять цикл размораживания (для моделей с тепловым насосом).

В результате автоматически происходит минимизация кратковременных включений компрессора, оптимизация времени работы компрессоров и корректировка параметров воды на выходе из чиллеров в соответствии с реальными потребностями. Как показали проведенные испытания, в среднем, в течение суток происходит всего 22 включения компрессоров, в то время как компрессора обычных чиллеров включаются 72 раза.

Среднегодовой КПЭ чиллера достигает 6, а экономия электроэнергии, при применении современных чиллеров вместо обычных, составляет 7,5 кВт•час на 1м2 площади обслуживаемого объекта за сезон, или 35%. Еще одно важное преимущество, которое дает применение новых чиллеров, состоит в том, что исчезает необходимость установки громоздких аккумулирующих баков, а встроенный в корпус чиллера циркуляционный насос позволяет обойтись без дополнительной насосной станции.

Энергоэффективные компресоры

Как известно, для точности выполнения графика нагрузки чиллеров большое значение имеет тип используемых компрессоров. Традиционно в чиллерах большой мощности применялись поршневые или винтовые компрессоры. Поршневой компрессор имеет большое количество движущихся частей и, как следствие, низкую эффективность из-за больших потерь на трение. В процессе эксплуатации поршневых компрессоров возникает высокий уровень шума и вибрации, а также существует необходимость их регулярного обслуживания. Винтовые компрессоры, в свою очередь, имеют сложную конструкцию, и, как следствие, очень высокую стоимость. Производство винтовых компрессоров оказывается низкорентабельным.

Обслуживание подобных компрессоров трудоемко и требует высокой квалификации персонала. В последние годы на рынке появились новые компрессора типа SCROLL, которые лишены характерных недостатков поршневых и винтовых компрессоров. Scroll-компрессоры обладают высокой энергетической эффективностью, низким уровнем шума и вибраций и не нуждаются в обслуживании. Этот тип компрессоров прост по конструкции, очень надежен и, вместе с тем, недорог. Однако, производительность Scroll-компрессоров, как правило, не превышает 40 кВт.

Применение в современных чиллерах множества небольших, но очень надежных компрессоров типа Scroll, а также нескольких холодильных контуров, позволило получить очень «маневренный» чиллер, который способен с высокой точностью выдавать требуемую холодильную мощность. Очевидно, что применение такого чиллера делает ненужным установку насосной станции, а широкий выбор встраиваемых в корпус чиллера насосов разной производительности решает все вопросы, связанные с циркуляцией охлажденной воды. Особо следует выделить очень маленькие пусковые токи нового оборудования. Ведь пуск небольших Scroll-компрессоров, имеющих низкое электропотребление, происходит поочередно, в соответствии с возрастанием нагрузки на агрегат.

У всех чиллеров последних поколений современная микропроцессорная система управления позволяет регулировать установленное значение температуры воды на выходе из чиллера в соответствии с параметрами наружного воздуха, технологическими процессами или командами от централизованной системы управления (диспетчеризации). С экономической точки зрения, использование большого числа Scroll-компрессоров и установка встроенного циркуляционного насоса вместо отдельной насосной станции оказывается более выгодным вариантом, чем применение дорогих, мощных и сложных полугерметичных компрессоров.

Преимущества и недостатки чиллеров

Преимущества

По сравнению со сплит-системами, в которых между холодильной машиной и локальными узлами циркулирует газовый хладагент, системы чиллер-фанкойл обладают преимуществами:

• Масштабируемость. Количество фанкойлов (нагрузок) на центральную холодильную машину (чиллер) практически ограничено только её производительностью.
• Минимальный объём и площадь. Система кондиционирования крупного здания может содержать единственный чиллер, занимающий минимальный объём и площадь, сохраняется внешний вид фасада за счет отсутствия внешних блоков кондиционеров.
• Практически не ограниченное расстояние между чиллером и фанкойлами. Длина трасс может достигать сотен метров, так как при высокой теплоёмкости жидкого теплоносителя удельные потери на погонный метр трассы намного ниже, чем в системах с газовым хладагентом.
• Стоимость разводки. Для связи чиллеров и фанкойлов используются обыкновенные водяные трубы, запорная арматура и т. п. Балансировка водяных труб, то есть выравнивание давления и скорости потока воды между отдельными фанкойлами, существенно проще и дешевле, нежели в газонаполненных системах.
• Безопасность. Потенциально летучие газы (газовый хладагент) сосредоточены в чиллере, устанавливаемом, как правило, на воздухе (на крыше или непосредственно на земле). Аварии трубной разводки внутри здания ограничены риском залива, который может быть уменьшен автоматической запорной арматурой.

Недостатки

• Системы чиллер-фанкойл, в строгом смысле, не являются системами вентиляции — они охлаждают воздух в каждом кондиционируемом помещении, но никак не влияют на циркуляцию воздуха. Поэтому для обеспечения воздухообмена системы чиллер-фанкойл комбинируются с воздушными (крышными) системами кондиционирования, холодильные машины которых охлаждают наружный воздух и подают его в помещения по параллельной системе принудительной вентиляции.
• Будучи более экономичными, чем крышные системы, системы чиллер-фанкойл безусловно проигрывают в экономичности VRV и VRF-системам. Однако стоимость VRV-систем остаётся существенно выше, а их предельная производительность (объёмы охлаждаемых помещений) — ограничены (до нескольких тысяч кубометров).
• Некоторые аспекты проектирования холодоснабжения
• Холодильная машина — это габаритное (все три измерения заметно превышают метр, а длина может превзойти и 10м) и тяжелое (до 15 тонн) оборудование. На практике это означает практически безоговорочную необходимость в применении разгрузочных рам для распределения массы чиллера на большую площадь с выбором допустимых точек опоры. Стандартные рамы далеко не всегда подходят для каждого конкретного случая, поэтому, чаще всего, требуется специальное проектирование.
• Чиллер имеет в составе 1–4 компрессора, 1–12 вентиляторов, 1–2 насоса, что вызывает целую гамму негативных вибраций, поэтому, установка чиллера непременно производится на виброопоры соответствующей несущей способности, а подсоединение всех трубопроводов — через вибровставки соответствующего диаметра.
• Как правило, подсоединительные диаметры трубопроводов у чиллера меньше, чем магистральной трубы (чаще на один, иногда и на два типоразмера), поэтому требуется переход. Рекомендуется непосредственно у чиллера установить вибровставку и сразу следом — переход. Из-за значительных гидравлических потерь удалять переход от агрегата не рекомендуется.
• Во избежание засорения испарителя со стороны теплоносителя на входе в чиллер обязательным является установка фильтра.
• В случае встроенного гидромодуля, на выходе из чиллера обязательно наличие обратного клапана во избежание движения воды против проектного.
• Для регулирования прямого и обратного потоков рекомендуется перемычка между ними с регулятором перепада давления.
• Наконец, в документации на чиллер всегда следует обращать внимание, для какого теплоносителя приведены данные. Применение незамерзающего теплоносителя в среднем на 15-20% снижает эффективность работы системы холодоснабжения.