Разновидности парокомпрессионных чиллеров

Разновидности парокомпрессионных чиллеров

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.

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).

По 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 и традиционные - 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 40°С) 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 по каким-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

Компрессор — основное устройство холодильной машины, предназначенное для сжатия фреона до высокого давления и подачи его под давлением в трубопровод. Иначе говоря, компрессор очень напоминает насос. Компрессор засасывает в себя фреон из внутреннего блока (испарителя), повышает его давление и толкает дальше, во внешний блок. Компрессора бывают разных типов.

Поршневые

Не так давно все чиллера были оснащены именно такими компрессорами. Принцип действия прост до удивления: поршень движется в цилиндре, сжимая фреон до высокого давления, клапан в цилиндре открывается и фреон вырывается в трубопровод. Двигаться поршень заставляет электродвигатель. Поршневые компрессора до сих пор в строю, у них есть своя четкая ниша – чиллеры небольшой мощности.

Винтовые

Принцип действия этого компрессора имеет много общего с работой мясорубки. Винт, вращаясь, засасывает фреон и постепенно сдавливает его, повышая давление. Винтовой компрессор имеет следующие преимущества перед поршневым: более высокий КПД; малая изнашиваемость деталей и узлов; высокий ресурс и надежность работы; небольшой вес и размеры.

Ротационные

Область применения компрессоров ротационного типа охватывает кондиционеры воздуха, тепловые насосы и холодильное оборудование. Совершенствование технологии ротационного сжатия увеличило теплопроизводительность тепловых насосов, благодаря чему стало возможно их использование даже в холодном климате. В холодильном оборудовании применяются сдвоенные компрессоры, характеристики которых позволяют конкурировать с компрессорами спирального типа. Низкая стоимость способствует дальнейшему распространению компрессоров, использующих ротационную технологию сжатия. 

Спиральные

Этот компрессор состоит из двух спиральных пластин, вставленных одна в другую. Одна спиральная пластина неподвижна, другая вращается. При вращении пластины попеременно то сближаются, то расходятся, создавая цикл – всасывание-нагнетание. Спиральный компрессор имеет существенные преимущества перед конкурентами: КПД на 15% выше, чем у поршневого; малый вес и размеры (20-30%); меньшая стоимость, чем поршневого компрессора из-за небольшого количества сложных узлов; высокая надежность и большой ресурс.

По типу вентиляторов конденсатора

Осевые вентиляторы

Чиллеры с осевыми вентиляторами предназначены для установки на открытом месте (открытой площадке, крыше, наружной стене и т.д.). Применение осевых вентиляторов позволяет снизить стоимость чиллера.

Центробежные вентиляторы

Чиллеры с центробежными вентиляторами имеют более сложную конструкцию по сравнению с чиллерами с осевыми вентиляторами и предназначены для установки внутри помещения (чердаки, подвалы, подсобные помещения).

Смотрите также