Чиллер представляет собой холодильный агрегат, предназначенный для регулирования температуры жидкости в системах охлаждения и кондиционирования. В процессе кондиционирования нагретая жидкость выполняет функции теплоносителя, извлекая тепло из приточных установок или фанкойлов. В промышленных производственных цехах чиллер широко применяется для охлаждения технологического оборудования, воды, соков, пивного сусла и других продуктов.
Основным теплоносителем, используемым в чиллерах, чаще всего является вода, обладающая оптимальными характеристиками по сравнению со смесью гликоля. Давайте рассмотрим более подробно, что представляет собой чиллер для охлаждения, выделим его особенности и проанализируем схему работы данного устройства.
Классификация и применение
Современные чиллеры предлагают широкий диапазон мощности, обладают высокой эффективностью и допускают удаленное размещение наружного блока, что делает их подходящими для охлаждения разнообразных помещений – от жилых квартир до крупных гипермаркетов и производственных цехов.
Помимо этого, они находят применение в различных отраслях, таких как розлив воды и напитков, производство пивного сусла, обеспечение охлаждения ледовых арен в спортивных центрах, а также в фармацевтической индустрии и других сферах деятельности.
Существует несколько основных типов оборудования:
- Моноблоки: В данной конфигурации воздушный конденсатор, гидромодуль и компрессор размещаются в едином корпусе.
- Чиллеры с наружным блоком: В этом случае конденсатор располагается за пределами помещения.
- Оборудование с водяным конденсатором: Применяется преимущественно в случаях, когда необходимо минимизировать размеры или использование наружного блока воздушного охлаждения невозможно.
- Тепловые насосы: Обеспечивают как нагрев, так и охлаждение теплоносителя.
В следующих разделах мы рассмотрим основные принципы схемы, варианты подключения оборудования, особенности работы чиллера и другие аспекты, необходимые для обоснованного выбора холодильного агрегата.
Принцип работы
Основой для современного холодильного оборудования, такого как морозильные шкафы, кондиционеры и чиллеры, служит теоретический фундамент второго закона термодинамики. Процесс работы холодильных агрегатов, включая чиллеры, базируется на обратном цикле Ренкина, являющемся разновидностью обратного цикла Карно. В данном контексте, энергетический переход фокусируется не на механическом сжатии или расширении, а на фазовых изменениях хладагента от жидкости к пару и обратному процессу конденсации.
Структурно промышленный чиллер включает в себя три основных компонента: компрессор и два теплообменных контура, а именно конденсатор и испаритель. Испаритель осуществляет отвод тепла из охлаждаемого пространства путем организации потока воды и хладагента. В этот момент температура хладагента растет, происходит его испарение, и он поглощает тепловую энергию от жидкости. Этот процесс приводит к потере температуры у воды или другого теплоносителя, сопровождаемой повышением температуры и испарением хладагента.
Далее газообразный фреон поступает в компрессор, где взаимодействует с обмотками электродвигателя, обеспечивая их охлаждение. В этот момент горячий газ подвергается сжатию и нагревается до температуры 80-90 ºC, параллельно смешиваясь с компрессорным маслом.
Следующий этап включает подачу нагретого газа в конденсатор, где он охлаждается потоком холодного воздуха. Затем фреон из теплообменного контура конденсатора направляется в охладитель, где происходит потеря температуры, переход в жидкое состояние и последующая фильтрация и осушка через специальный фильтр.
На заключительном этапе цикла хладагент проходит через терморегулирующий вентиль (ТРВ), где его давление снижается. После выхода из ТРВ фреон присутствует в виде смеси жидкости и пара при низком давлении. В таком состоянии он поступает в испаритель, где завершается цикл: фреон испаряется, превращаясь в пар и поглощая тепловую энергию от воды. Затем нагретый пар покидает теплообменник, и цикл повторяется.
Типология чиллеров
В классификации чиллеров основное разделение происходит по двум основным принципам: парокомпрессионные и абсорбционные системы. Внутри группы парокомпрессионных установок можно выделить следующие типы компрессоров:
- Спиральные компрессоры
- Винтовые чиллеры
- Поршневые системы
- Роторные установки
Все перечисленные типы могут быть оборудованы конденсатором водяного или воздушного охлаждения. Последние, в свою очередь, разделяются на выносные, где наружный блок располагается отдельно, и встроенные – моноблоки.
Существенное конструктивное отличие чиллера с водяным охлаждением конденсатора заключается в типе используемого теплообменника. Воздушные системы применяют трубчато-ребристые конструкции, в то время как водяные используют пластинчатые теплообменники, через которые циркулирует вода. Запуск жидкости в систему водяного охлаждения осуществляется из градирни или сухого охладителя, таких как драйкулер или сухая градирня. Из эксплуатационной и энергетической эффективности предпочтительным вариантом является сухой охладитель, что способствует сокращению расхода воды. Преимуществами системы водяного охлаждения являются компактность оборудования и возможность размещения внутри помещений без воздействия наружной среды.
Абсорбционные чиллеры подразделяются на:
- Одноконтурные и двухконтурные в зависимости от количества тепловых контуров.
- По принципу нагрева адсорбента: прямой и паровой нагрев.
- В зависимости от используемого адсорбента: бромид-литиевые и аммиачные.
Интегрированная схема работы промышленного чиллера
Анализируем структуру и детально раскрываем механизм функционирования промышленного чиллера. В настоящее время применяются несколько распространенных схем:
- Прямое охлаждение жидкости: Это применяется, если разница температур между хладоносителем и охлаждаемой водой не превышает 7°С. Теплоноситель напрямую поступает в теплообменный аппарат, где охлаждается за счет закипания фреона.
- С использованием промежуточного теплоносителя и вторичного теплообменника: Этот вариант применяется при различии температур между технической и минеральной водой более 7°С, а также для охлаждения пищевых продуктов. Теплоноситель от потребителя направляется во вторичный теплообменный аппарат, который передает энергию циркулирующему в первичном контуре промежуточному теплоносителю. Последний охлаждается фреоном в первичном теплообменнике.
- Чиллер с емкостью-накопителем: Применяется, когда необходимо охлаждать несколько устройств, подключенных к одному агрегату. В этой схеме теплоноситель от потребителя поступает в одну из двух частей емкости, откуда насосом подается в теплообменный аппарат. Охлажденная вода направляется во вторую часть емкости, откуда, при необходимости, поступает потребителю. Таким образом, избегаются частые запуски компрессора.
- С использованием промежуточного контура хладоносителя и открытого вторичного теплообменника: Эта схема часто применяется при производстве «ледяной» воды с температурой 0 — +1°С. Также она эффективна для охлаждения технических жидкостей и является отличным вариантом для использования в качестве «аккумулятора холода», где холод сохраняется в виде льда, образующегося на теплообменном аппарате.