Назначение и принцип работы чиллера

Что такое чиллер и его применение

Что такое чиллер? Чиллер — это охладитель жидкости. Целевым назначением чиллера является охлаждение жидких веществ, воздуха в системе чиллер-фанкойл, а также обеспечения холодом других теплообменных процессов. Агрегат охлаждает или непосредственно жидкий продукт (например, углеводород в химическом производстве 1,5), или жидкий промежуточный хладоноситель, который далее используют согласно потребности предприятия.

Для чего нужен чиллер? Основное предназначение чиллера — обеспечение правильного температурного режима технологических процессов, охлаждения оборудования, оснащение систем кондиционирования (система чиллер-фанкойл). Промышленные чиллеры используют во всех отраслях производства, где есть необходимость в отводе лишнего тепла, например: пищевая, ликеро-водочная, машиностроительная, металлообрабатывающая, химическая, нефтехимическая и др. Этот тип холодильных машин https://www.business-gazeta.ru/article/507731 выполняет широкий спектр задач холодоснабжения в промышленных, бытовых и развлекательных сферах. Также эти агрегаты используют в медицине для кондиционирования промышленных и коммерческих помещений, холодоснабжения ледовых арен.

Типы чиллеров

Сейчас выпускается огромный ассортимент промышленных чиллеров, различающихся своими характеристиками и особенностями. Все чиллеры можно разделить на несколько больших групп по критериям основных узлов

1. Охлаждение конденсатора:
   • Воздушный (теплообменник обдувается воздухом, поступающим из вентилятора). Конструкция чиллеров с воздушным охлаждением конденсатораного блока бывает:
     • С встроенным конденсатором (является автономной системой). Выбирая место установки чиллера такого типа, необходимо учитывать, что минимальное расстояние от конденсатора до стены должно быть не менее 1,5 метров. При размещении внутри здания, помещения, где устанавливают чиллер, должно быть достаточно большим (в расчете оптимальных эксплуатационных условий отталкиваются от мощности, габаритов чиллера, количества тепла, выделяемого)
     • С выносным конденсатором. Такое решение предусматривает размещение чиллера в помещении, а конденсаторного блока на улице (например, на крыше). Основную часть холодильного контура обычно устанавливают в помещении. Это упрощает обслуживание установки в зимний период, потому что трубопроводы и чиллер расположены внутри помещения, и поэтому нет необходимости спускать воду зимой и применять незамерзающие растворы.
   • Водяной (проточная вода охлаждает конденсатор). Преимущество такого варианта выполнения — установка агрегата возможна в небольшом помещении.
2. Возможность работы на обогрев:
   • Без теплового насоса.
   • С тепловым насосом (чиллеры могут работать на обогрев и на охлаждение).
3. Тип компрессора:
   • Винтовой
   • Поршневой
   • Роторный
   • Спиральный
4. Тип вентиляторов конденсаторного блока:
   • С осевым вентилятором (более дешевые, со слабым напором воздуха, имеют низкий уровень шума и низкую стоимость).
   • С центробежным вентилятором (напор воздуха мощнее, больше шум, высокая производительность при компактных размерах).
5. Холодильный цикл:
   • Абсорбционный чиллер.
   • Парокомпрессионный чиллер.

Рассмотрим принцип работы парокомпресійного чиллера и функции его элементов.

Принцип работы чиллера

Контур хладагента

Принцип работы чиллера заключается в прохождении хладагентом парокомпресіонного холодильного цикла, а именно этапов: компрессии, конденсации, дросселирования и испарения. Так, основными компонентами нашего охладителя будут компрессор, теплообменники: конденсаторный и испарительный блоки, а также расширительный вентиль.

При работе компрессорного узла паров хладагента из испарителя перекачиваются в конденсатор. Что делает компрессор, кроме перекачки паров? Сжимает их — то есть газ поступает в конденсатор с повышенным давлением и, соответственно, повышенной температурой. Участок холодильного контура между компрессором и конденсатором называют линией нагнетания.

В конденсаторе газообразный фреон отдает свою теплоту охлаждающей среде (им может быть воздух или вода) и полностью конденсируется, переходя в жидкое состояние.

Жидкий фреон из конденсатора поступает к расширительному вентилю (ТРВ или ЕРВ), который осуществляет регулирование, то есть снижает давление и температуру хладагента. За счет резкого снижения давления часть нашей охлаждающей жидкости вновь меняет свое агрегатное состояние, испаряясь. Таким образом, в испаритель фреон поступает в парожидкостной фазе. Участок холодильного контура между конденсаторным и испарительным блоком называют жидкостной линией.

В испарителе фреоновая смесь пара и жидкости кипит и отбирает тепло подводимой охлаждающей жидкости. Снова становясь газообразным, фреон всасывается компрессором, цикл замыкается. Участок холодильного контура между испарителем и компрессором называют линией всасывания.

Давайте подытожим: компрессор обеспечивает циркуляцию фреона в контуре. Холод в чиллері мы получаем за счет снижения давления фреона в контуре после прохождения через ТРВ. Обязательно нужно следить за количеством фреона в системе. В испарителе фреон должен закипеть и превратиться в пар полностью, чтобы в компрессор не попадала жидкость (или перенасыщенный пар становится жидкостью при сжатии), потому что это может привести к гидроударам. Для предотвращения возникновения гидроудара используются различные устройства: клапаны обратные, аккумуляторы хладагента и прочее. Также следят за чистотой теплобменніков.

Если холодильный цикл в чиллері осуществляется в обратном порядке, мы получим не холод, а тепло. Это принцип работы тепловых насосов.

Охлаждение воды

Как мы уже знаем, именно в испарителе происходит охлаждение подведенной в него жидкости. Ведь именно подведена жидкость отдает свое тепло через теплообменный аппарат хладагента, что приводит к его кипения. Если необходимо охлаждаемую жидкость получить с минусовой температурой, необходимо использовать незамерзающие растворы, чтобы не привести теплообменник к «размерзания» и его выходу из строя. В таких незамерзающих растворов относят растворы этилен — и пропиленгликоля, рассолы, раствор «фрізіум» и т.п.

Достаточно важным фактом также является наличие в испарителе низкого давления для того, чтобы температура кипения фреона была ниже температуры охлаждаемой среды. Кроме дросселя с этой задачей помогает справляться компрессор, всасывая пары из испарителя, и поддерживая в нем пониженное давление.

Очень наглядно процесс охлаждения можно представить, посмотрев на схему кожухотрубного испарителя: в его трубках циркулирует хладагент, между трубок — вещество, которое охлаждается (например, вода). Перегородки между трубами помогают воде достигать необходимой скорости для ее эффективного охлаждения.

Теплоотвод

Поскольку наш хладагент в процессе кипения забирает тепло у охлаждаемой жидкости, лишнее тепло нужно как-то отвести. Теплоотвод происходит в конденсаторе — от фреона, а точнее — его паров, к окружающей среде. Из физики мы помним, что когда горячая пара сталкивается с холодной средой, конденсируется, переходя в жидкое состояние. Именно такое действие конденсации и осуществляется в данном блоке чиллера. Конденсаторы могут быть с воздушным или водяным охлаждением. Перекачке хладагента по контуру из теплообменника-испарителя в теплообменник-конденсатор способствует компрессор.

Дросселирование

В испаритель хладагент должен прийти с такой низкой температурой, которая будет ниже температуры охлаждаемой вещества, что позволит отобрать у нее тепло. Поэтому рідиноподібний фреон проходит процесс дросселирования, тем самым снижая свое давление и температуру. Это подобно процессу распыления воды из пульверизатора или использование баллончика дезодоранта — когда жидкость под высоким давлением проходит через мелкое отверстие. Даже в таких примерах жидкость становится ощутимо прохладнее. Тоже самое происходит и с фреоном.

Роль дросселя в контуре чиллера выполняет терморегулирующий вентиль или електрорегулюючий (ТРВ или ЕРВ, соответственно). ТРВ или ЕРВ также обеспечивают необходимое количество фреона в испарителе (чтобы он успел полностью испариться перед попаданием в компрессор).

Теплый и холодный потоки

В холодильном цикле используются термины теплого и холодного потока. Суть в том, что разница между ними по температуре всегда будет в пределах 5 градусов, поэтому, понятия теплоты или холода, в этом случае, достаточно условное. Как мы помним, чиллер может работать с отрицательными температурами хладоносителя, и все равно понятие «теплого потока» будет применяться!

Компрессор

Основная характеристика чиллера — его холодопроизводительность или мощность. Именно на этот параметр вы сначала обращаете внимание при выборе агрегата. Холодопроизводительность — главный показатель, характеризующий, сколько пара компрессор всасывает в единицу времени. Особенность или даже ответственность компрессорного узла заключается в том, чтобы вовремя откачивать из испарителя пары хладагента, не допуская в нем наличия избытка паров. Также нельзя и очень быстро перекачивать пары фреона, что выкипает, из испарителя, ведь тогда в последнем будет наблюдаться снижение давления, что в свою очередь вызовет снижение температуры кипения. Поэтому правильно подобранный компрессор в чиллері обеспечит правильный режим работы. Мощность чиллера может составлять единицы, сотни и тысячи кВт, в зависимости от своей комплектации.