По принципу работы и получению холода чиллеры можно разделить на два типа: парокомпрессионные и абсорбционные. Область применения обоих типов холодильных машин похожа. Оба типа преимущественно служат для производства охлаждающей жидкости (холодоносителя) для нужд кондиционирования, промышленного холода, вентиляции или технологии. Кроме этого, чиллеры также могут использоваться для нагрева теплоносителя для нужд отопления и вентиляции. При чем, агрегаты паро-компрессионного типа используются для нагрева значительно реже, чем абсорбционные в связи с их низкой эффективностью при отрицательных температурах окружающего воздуха. В данной статье будут рассмотрены чиллеры парокомпрессионного типа.

Принцип работы.

Основные элементы парокомпрессионного чиллера это компрессор, испаритель, конденсатор, дросселирующее устройство. Отвод тепловой энергии в парокомпрессионной холодильной машине, происходит за счет изменения агрегатного состояния вещества (холодильного агента). Как правило, холодильным агентом служат хладоны - фтор- и хлорсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана). Холодильная машина работает по следующему принципу: компрессор нагнетает газообразный хладагент в конденсатор (см. схему рис.1), где в результате высокого давления и отвода тепла газообразный фреон конденсируется. Далее, при прохождении жидкого хладагента через дросселирующее устройство, его давление падает, при этом часть жидкости преобразуется в пар. Этот процесс сопровождается понижением его температуры. Затем парожидкостная смесь поступает в испаритель, где кипит и окончательно превращается в пар. Испаритель представляет собой промежуточный теплообменник хладон/вода, в котором происходит передача тепла от хладагента охлаждаемой жидкости. Затем жидкость требуемой температуры подается через гидравлический контур к потребителям – фанкойлам, вентиляционным установкам и т.д.

Классификация чиллеров.

Парокомпрессионные чиллеры можно классифицировать:

1. по типу охлаждения конденсатора;
   • с воздушным охлаждением конденсатора;
   • с водяным охлаждением конденсатора;
2. по исполнению:
   • для установки снаружи зданий;
   • для установки внутри зданий;
3. по другим конструктивным особенностям, например:
   • с системой свободного охлаждения (фрикулинг);
   • с центробежным вентилятором охлаждения конденсатора;
   • по типу компрессора и т.п.

По способу охлаждения конденсатора:

• 🔹 чиллеры воздушного охлаждения;
• 🔹 чиллеры водяного охлаждения (водоохлаждаемые).

К чиллерам наружной установки относятся моноблочные чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора, которые обычно устанавливаются на кровле зданий или на специальных площадках рядом с обслуживаемыми зданиями. Также к чиллерам наружной установки можно отнести чиллеры с выносным испарителем.

К чиллерам внутренней установки относятся:

• 🔹 чиллеры с выносным конденсатором (бесконденсаторные);
• 🔹 чиллеры водяного охлаждения (водо-водяные чиллеры);
• 🔹 чиллеры воздушного охлаждения с центробежным вентилятором.

Чиллеры внутренней установки размещаются в специальных помещениях - машинных залах. Благодаря простоте монтажа, удобству эксплуатации и цене наибольшее распространение получили моноблочные чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора.

Моноблочные чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора

Моноблочные чиллеры с широко применяются в системах центрального кондиционирования с приточными установками и в системах «чиллер-фанкойл». Моноблоки имеют две модификации:

• 🔹 с осевыми вентиляторами;
• 🔹 с центробежными вентиляторами (для установки внутри зданий).

Чиллеры с осевыми вентиляторами (рис.2) представляют собой агрегаты, смонтированные на раме в едином корпусе и устанавливаются на кровле зданий или рядом на подготовленной площадке. Сброс тепла производится в окружающую среду.

В качестве теплоносителя используется вода или водяные растворы гликоля для работы холодильной машины в холодное время года. Если требования проекта не позволяют использовать гликоли, то в систему встраивается промежуточный теплообменник (рис.3). При такой схеме температурные параметры раствора гликоля в чиллере должны быть на 2ºС ниже расчетной температуры в контуре потребителей. Например, для того чтобы обеспечить температурные параметры воды в промежуточном теплообменнике выход/вход: 7/12ºC, необходимо получить гликолевый раствор на выходе из чиллера температурой 5ºC.

Кроме этого, при использовании промежуточного теплообменника возможна эксплуатация холодильной машины при отрицательных температурах окружающего воздуха. Основными преимуществами моноблочных чиллеров с воздушным охлаждением являются простота монтажа, удобство обслуживания, полная готовность агрегатов к работе (заправлен хладагентом и маслом), сравнительно низкая цена. К числу дополнительных преимуществ моноблоков можно отнести широкие возможности при размещении в связи с неограниченной длиной трасс теплоносителя и перепадом высот между чиллером и потребителями. Чиллеры модульной конструкции также обладают неоспоримыми преимуществами:

• 🔹 минимальный срок поставки благодаря наличию на складе;
• 🔹 экономия средств – система вводиться в эксплуатацию частями по мере необходимости;
• 🔹 вариативность – объединяя модули разной производительности получаем холодильную машину требуемой мощности (схема рис.4);
• 🔹 экономия электроэнергии – система работает на том уровне мощности, который в данный момент необходим потребителям, путем включения/отключения отдельных модулей.

Чиллеры с центробежными вентиляторами (рис.5) предназначены для установки в помещениях: подвалах, чердаках, служебных специальных помещениях. Основное отличие от чиллеров с осевыми вентиляторами это наличие центробежного вентилятора/ов с высоким напором. Через сеть воздуховодов вентилятор нагнетает воздух, который охлаждает конденсатор и затем удаляется наружу, а тепло сбрасывается в окружающую среду.

Преимущество чиллеров с центробежными вентиляторами:

• 🔹 возможность круглогодичной эксплуатации с использованием воды;
• 🔹 удобство обслуживание в любое время года;
• 🔹 длительный срок службы благодаря расположению в отапливаемом помещении.

Забор воздуха производится из помещения, выдув может быть организован по воздуховодам в одном из трех направлений (рис.6)

Гидромодуль. Циркуляция хладоносителя (вода, раствора гликоля) между чиллером и потребителями (фанкойлами) обеспечивается гидромодулем (насосной станцией) (рис.7,a), Гидромодуль включает в себя циркуляционный насос, расширительный бак, запорную арматуру, бак-аккумулятор (буферный бак), систему управления и защиты.

a) Гидромодуль	b) Бак - аккумулятор
Рис. 7

Бак-аккумулятор (рис.4, b) необходим для увеличения емкости теплоносителя в системе. Буферный бак позволяет сократить количество запусков компрессоров и насосного оборудования, увеличивая тем самым срок службы холодильных машин. Буферный бак может не входить в состав гидромодуля и поставляться отдельно.

Чиллеры с выносным конденсатором (бесконденсаторные) (рис.8)

Чиллер с выносным конденсатором представляет собой агрегат, в котором все основные элементы: компрессор, испаритель, дросселирующее устройство установлены на одной раме в едином корпусе. При этом сам чиллер предназначен для установки внутри помещений, а конденсатор воздушного охлаждения предназначен для уличного использования и устанавливается снаружи.

Основные преимущества чиллеров с выносным конденсатором:

• 🔹 возможность круглогодичной эксплуатации с использованием воды;
• 🔹 удобство обслуживание в любое время года;
• 🔹 высокая эффективность, благодаря отсутствию контура с гликолем и промежуточных теплообменников;
• 🔹 более низкая нагрузка на кровлю здания;
• 🔹 длительный срок службы благодаря расположению в отапливаемом помещении;
• 🔹 возможность использования конденсатора в низкошумном или взрывозащищенном исполнении.

Чиллер устанавливается в теплом помещении - это удобно для обслуживания. При установке чиллера с выносным конденсатором необходимо учитывать, что существуют ограничения по длине хладоновых трасс между чиллером и конденсатором. Длина трассы должна быть не более 30 м.

Чиллеры с водяным охлаждением конденсатора.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема работы чиллера с жидкостным охлаждением конденсатора, именуемых также – водоводяные чиллеры или чиллеры «вода-вода». В чиллерах такого типа конденсатор охлаждается жидким теплоносителем: водой или растворами гликоля.

Вследствие низкой температуры конденсации, чиллеры водяного охлаждения имеют высокую энергоэффективность. Отведение тепла от конденсатора осуществляется при помощи дополнительного теплообменного аппарата типа «воздух-вода», а именно:

• 🔹 сухого охладителя, он же – драйкулер (от англ. Dry cooler), он же – сухая градирня;
• 🔹 мокрой градирни открытого или закрытого типа (рис.10).

К преимуществам чиллеров с водяным охлаждением конденсатора можно отнести следующие:

• 🔹 высокая эффективность благодаря низкой температуре конденсации и сипользованию воды в качестве теплоносителя;
• 🔹 круглогодичное использование чиллера;
• 🔹 удобство обслуживание в любое время года;
• 🔹 длительный срок службы благодаря расположению в отапливаемом помещении.