Содержание
- Основные виды
- Производство и конструктивные особенности некоторых чиллеров
- Основные элементы конструкции
Чиллер — климатическая установка промышленного класса, применяемая для регулирования температурного режима на различных объектах. Чаще всего чиллер применяется для охлаждения высоконагруженных аппаратов, прямым или побочным результатом работы которых является выделение большого количества тепла, но при необходимости чиллер может работать и на нагрев.
Конструктивно чиллер подобен внешнему блоку сплит-системы. Он также содержит в себе компрессор, конденсатор, теплообменник и испаритель, но охлаждает чиллер не воздух, а рабочую среду — воду, антифриз, тосол, пропиленгликоль и т.п. По магистральным трубопроводам охлажденная жидкость направляется непосредственно к охлаждаемым объектам — станкам, корпусам энергоустановок и другим агрегатам.
Достоинство чиллеров в том, что они позволяют строить централизованную систему охлаждения. По термоизолированным трубопроводам хладоноситель может перекачиваться на значительные расстояния, вплоть до нескольких сотен метров. Это позволяет проектировать системы, в которых один достаточно мощный чиллер обеспечивает охлаждение крупного цеха, а то и завода.
Обратите внимание: в сочетании со специальными узлами охлаждения воздуха — фанкойлами — чиллер можно применять для создания централизованной системы воздушного охлаждения в административных и жилых зданиях, а также, например, в дата-центрах.
Основные виды
Существует несколько классов этих устройств:
- Парокомпрессионные машины. В них используется тот же принцип, что и в сплит-системах.
- Абсорбционные. Принцип работы базируется на химической реакции абсорбирования. Вместо фреона применяется бромид лития.
У абсорбционных машин выше КПД, они мощнее, и вместе с тем им необходимо меньше электроэнергии для работы благодаря «химическому» принципу действия. Но им необходим для функционирования постоянный и мощный источник тепла — например, сильно нагревающийся в процессе работы станок или другой механизм. Поэтому этот тип чиллеров целесообразно использовать в промышленности, но для централизованных систем кондиционирования зданий они не годятся.
По типу собственно охлаждения чиллеры классифицируются на системы с водяным и воздушным охлаждением, а также безконденсаторные. Конденсатор — наиболее активно нагревающийся элемент системы, и если его удалить, построив механизм по иному принципу, то собственная система охлаждения чиллеру вовсе не понадобится.
По типу компрессоров парокомпрессионные охлаждающие системы подразделяются на:
- осевого типа;
- центробежного типа;
- спиральные;
- поршневые.
По типу используемого теплоносителя чиллеры подразделяются на водяные, пропандиоловые и этиленгликолевые. Два последних типа используют в качестве хладоносителя особые многоатомные спирты. Конструктивно между ним большой разницы нет, существуют даже универсальные охладители, способные использовать любой тип хладоносителя, кроме глицерина. Последний обладает повышенной вязкостью, и характеристики многих систем (особенно насосной станции) глицеринового чиллера необходимо проектировать отдельно, с учетом специфических характеристик хладоносителя. Поэтому производство глицериновых чиллеров можно выделить в особый класс — устройств специального назначения.
Применение в качестве хладоносителя воды наименее дорого и наименее сложно с точки зрения оценки трудозатрат, но налагает существенные ограничения на минимальную температуру охлаждения, а также на возможность прокладки магистралей охлаждающей жидкости на открытом воздухе. Зимой они будут промерзать.
Пропандиол (пропиленгликоль), в отличие от воды, замерзает при температуре -70 градусов, поэтому позволяет добиться большей степени охлаждения. Температура замерзания этиленгликоля примерно аналогична, но он токсичен, поэтому не может применяться на пищевом производстве. Но при этом этиленгликоль стоит значительно дешевле пропандиола, и этот факт делает его использование целесообразным на тех участках, где никто не сможет отравиться в результате случайного прорыва охладительной магистрали.
Также эти устройства делятся на моноблочные, смонтированные в едином корпусе, и на чиллеры с выносным конденсатором. У последней разновидности вынос конденсатора за пределы корпуса осуществляется для того, чтобы уменьшить уровень шума, возникающий при работе установки. Такие системы технологически сложнее — необходимо прокладывать линии циклично перекачивающегося фреона, которые должны быть термически изолированы и располагаться в безопасных местах.
Производство и конструктивные особенности некоторых чиллеров
Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, современные чиллеры являются сложными технологическими устройствами. Перечень мировых компаний, занимающихся производством хладоустановок промышленного уровня, невелик. Одной из них является корпорация General Climate, производящая чиллеры для внутреннего монтажа.
Эти аппараты постоянно работают в условиях повышенных нагрузок. Они испытывают сильные перепады температур, вибрационное воздействие, могут подвергаться воздействию химически активных сред. При этом установка должна обеспечивать непрерывную безотказную работу 365 дней в году, зачастую — по 24 часа в сутки.
Все это налагает серьезнейшие требования к применяемым материалам и конструкторским решениям. Отказ чиллера при работе может привести к остановке целого участка производства, а в некоторых случаях — например, если он используется для охлаждения серверов в дата-центре — к очень тяжелым и необратимым последствиям.
Поэтому ведущие производители чиллеров, к примеру, General Climate, используют только специально предназначенные для этих целей материалы. Так, корпуса чиллеров данной марки выполняются из листов оцинкованной стали, которые для дополнительной защиты от коррозии покрывают специальной эмалью. Корпус собирается на винтах из нержавеющей стали.
В большинстве своих моделей General Climate использует винтовые компрессоры Refcomp полугерметичного типа и пластинчатые испаритель и конденсатор, оптимально подходящие для воды и пропиленгликоля (пропандиола). Линейка мощностей составляет от 5 до 1600 кВт.
Основные элементы конструкции
Типовой чиллер состоит из следующих элементов:
- гидромодуля;
- теплообменника;
- компрессора.
Гидромодуль представляет из себя мощный циркуляционный насос на основе электродвигателя в сочетании с резервным баком для рабочей среды (воды или гликоля) и расширительным баком, в который отводятся излишки рабочей жидкости при прохождении ею цикла «охлаждение-нагревание». Особенно это касается воды, которая в значительных пределах изменяет свой объем при охлаждении и нагреве. При отсутствии расширительного бака образовавшимся «излишкам» жидкости некуда будет стечь, внутреннее давление в системе повысится, и в каких-то местах может образоваться течь.
Крыльчатка насоса — один из самых уязвимых элементов, и поэтому должна быть надежно защищена от обмерзания вследствие накапливания конденсата. Особенно это касается пропиленгликолевых систем, охлаждение рабочей жидкости в которых может достигать значительных отрицательных температур — до -60...-68 градусов Цельсия. Все эти нюансы необходимо учитывать при проектировании и производстве чиллеров.
Теплообменник — устройство, в котором фреон или бромид лития (внутренний хладагент охладительной установки) «отдает» холод жидкости, циркулирующей по магистралям охлаждения. При этом в теплообменнике они не смешиваются.
Производство большинства видов теплообменников заключается в их сборке из паяных пластин тонкого металла, имеющих большую собственную площадь. Хладагент (фреон, иногда аммиак) закипает, когда к нему через посредство внутренних пластин передается тепловая энергия хладоносителя. В результате этого хладоноситель (вода, пропандиол, глицерин) охлаждается, а кипящий хладагент возвращается обратно в систему, где снова охлаждается. Жидкости двух систем, не пересекаясь, циркулируют по двум замкнутым контурам.
Компрессор — это, наравне с гидромодулем, основной механизм чиллера. Компрессор обеспечивает непрерывное нагнетание и движение в системе фреона, от которого и зависит работа всей холодильной установки. Производству компрессоров большинство компаний, например, General Climate, уделяют особое внимание, т.к. компрессор фактически представляет собой «сердце» всей системы.
