Что такое чиллер: особенности и устройство

Чиллер – это машина для охлаждения различных жидкостей. Рассмотрим те из них, которые применяются в системах кондиционирования чиллер-фанкойл для понижения температуры воздуха в помещении.

Расчетные температуры, которые закладываются в программу подбора чиллера при работе на воде, это: +7 °C выходящей воды из чиллера и +12 °C выходящей воды из фанкойлов. Во всем остальном чиллер представляет собой обычную холодильную машину, где холодильный агент первоначально сжимается в компрессоре, далее в газообразном виде проходит через маслоотделитель (если он присутствует в системе), подается в конденсатор, линейный ресивер (при наличии), после чего дросселируется в ТРВ или ЭТРВ и поступает в испаритель, где охлаждает жидкость. Охлажденная жидкость с помощью насосов подается в фанкойлы, где нагревается от воздуха в помещении и возвращается на охлаждение в испаритель холодильной машины. В испарителе холодильный агент закипает, превращается в газ и через отделитель жидкости (при его наличии) поступает обратно на сжатие в компрессор.

Изначально чиллеры использовали для охлаждения, в первую очередь, воды. Далее вода поступала либо в фанкойлы для охлаждения воздуха в помещении, либо на другие нужды.

Однако со временем появилась возможность усовершенствовать работу холодильного контура чиллера и за счет включения в него четырехходового клапана изменять работу на охлаждение или на тепло. Все современные производители чиллеров для кондиционирования воздуха имеют в своем ассортименте небольшое количество моделей холодильных машин, работающих в режиме теплового насоса. Но в основном все крупные производители холодильных машин предлагают чиллеры, работающие только в режиме охлаждения, они немного дешевле и проще в эксплуатации.

Как любая холодильная машина чиллер имеет 4 основных элемента холодильного контура: компрессор, конденсатор, дросселирующее устройство, испаритель. В зависимости от производительности, которая является основным критерием для выбора компрессора, чиллер может работать на основе ротационного, спирального, винтового или центробежного компрессора. Чем больше производительность, тем сложнее и больше компрессор.

Комплектация чиллера теплообменником (испарителем) также имеет свою зависимость от производительности. Цифровые значения производительности достаточно условные, однако если они составляют примерно до 25 кВт, то конструкция испарителя, как правило, предполагает более простое строение – типа «труба в трубе» или коаксиальное. Чиллер с производительностью от 60 до 2000 кВт комплектуется кожухотрубным испарителем с кипением холодильного агента в трубах (DX-тип) или с кипением хладагента в объеме теплообменника (затопленный тип или кожухотрубный испаритель на падающей пленке). Чиллеры с производительностью от 30 до 1000 кВт в основном идут с пластинчатым теплообменником — это, пожалуй, самый дорогостоящий, но самый эффективный теплообменный аппарат на сегодняшний день.

Что касается конденсаторов, то на сегодняшний день чиллеры комплектуются в основном моделями воздушного типа – медно-трубными. С появлением примерно в 2010 году новых конденсаторов микроканального типа, многие производители перешли на выпуск чиллеров воздушного охлаждения именно на основе таких конденсаторов. Это позволило уменьшить габариты чиллера, сократить его заправку холодильным агентом почти на 65%, снизить общий вес чиллера по сравнению с медно-трубным конденсатором. Но не все производители еще в полной мере оценили такие преимущества и продолжают комплектовать медно-трубными воздушными конденсаторами.

Функциональность всего чиллера во многом зависит именно от правильной работы этих четырех элементов холодильного контура. Однако неисправности могут возникнуть и по причине выхода из строя каких-либо вспомогательных элементов. Так, достаточно часто случается отключение чиллера по высокому или низкому давлению. У этого может быть несколько причин, самые распространенные из них – большое или малое количество холодильного агента, нарушение в работе дросселирующих устройств (ТРВ или ЭТРВ), закрытый соленоидный вентиль.

До 1982 года чиллер являлся единственной системой кондиционирования, которая могла обеспечить работу неограниченного числа помещений. Соответственно схем подключения чиллера и его работы на различных объектах тоже немало. Отсюда как самих конструктивных решений холодильных машин, так и вариантов их подключения большое множество. Самая распространенная схема: чиллер с воздушным конденсатором, который обдувается осевым вентилятором, водяным контуром и двумя насосами в гидромодуле. В случае расположения чиллера в теплом помещении возможна схема с выносным воздушным конденсатором, который не входит в комплект поставки и приобретается отдельно. В этом случае есть неудобства, связанные с ограничением длины трубопроводов и взаимного расположения самого чиллера и выносного конденсатора. Есть схемы с водяным конденсатором, когда можно расположить сам чиллер в теплом помещении, удобном для обслуживания. Однако для снабжения конденсатора холодной водой необходим дополнительный водяной контур с сухой градирней (драйкулером).

Помимо этого имеются чиллеры в специальном исполнении, работающие также в режиме нагрева жидкости. Обычно такой режим называют – режим работы теплового насоса или просто тепловой насос. Это направление уходит немного в сторону от системы кондиционирования и занимает отдельную нишу – тепловых насосов. Чиллер, работающий и на охлаждение, и на тепло, называется – чиллер с функцией теплового насоса.

Если рассматривать разновидности чиллеров, то можно отметить, что часто чиллеры делят по производительности. Причем такое деление достаточно условное. Так, например, граница чиллеров малой и большой производительности может лежать в районе 20-100 кВт, но каждый производитель устанавливает такую границу сам.

Вид чиллера или тип могут быть совершенно различными и зависят от его назначения. Так, например, модульные чиллеры могут набираться как конструктор и соединяться в один контур, а одиночные (они же чиллеры определенной производительности, или фиксированной производительности) работают каждый на свой контур.

В зависимости от типа компрессора, которым комплектуется чиллер, вид (тип) чиллеры тоже бывает различным. Часто чиллеры небольшой производительности комплектуются ротационными компрессорами. Они дешевле и проще в изготовлении. Небольшие чиллеры и установки большой производительности часто работают на базе спиральных компрессоров. Они более надежные и имеют больший запас прочности по сравнению с ротационными при всех прочих равных условиях. Спиральных компрессоров может быть до 4 или 6 в одном чиллере. Начиная от мощности в мегаватт, чаще применяется винтовой компрессор, а конденсаторы – не воздушного охлаждения, а водяного. Это еще больше усложняет конструкцию чиллера. Если же производительность приближается к десяти мегаваттам, то можно говорить и о центробежных компрессорах, водяных конденсаторах и кожухотрубных испарителях затопленного типа.

Несколько в стороне от них стоят абсорбционные чиллеры. Они относятся к установкам, использующим для осуществления холодильного цикла тепловую энергию, часто бросовую. В них нет необходимости применения компрессора как элемента, который обеспечивает циркуляцию холодильного агента. В таких чиллерах и конденсатор и испаритель отличаются по конструкции от традиционных. Единственное их преимущество в том, что за счет применения бросовой теплоты экономится значительная часть электроэнергии на работу установки. Сама же конструкция значительно сложнее классических чиллеров, да и конечные температуры, которые можно получить в результате применения такого чиллера, не такие уж и низкие.

Как уже говорилось выше, чиллеры для кондиционирования имеют фиксированную температуру входящей и выходящей из него воды. Разность температуры при этом составляет от 4 до 6 °C. Чтобы иметь большую разность температуры применяют схемы с двумя насосами или двухнасосные схемы.

При классической схеме работы чиллера в гидромодуле устанавливаются два насоса для обеспечения циркуляции воды: один рабочий, второй резервный. Устанавливаются они в одном месте параллельно друг другу. Однако такие чиллеры называть двухнасосными ошибочно.

В двухнасосных схемах группы насосов устанавливаются в разных местах: перед аккумулирующим баком и после него. Именно такая работа этих насосов позволяет увеличить разность температур между входящей и выходящей водой до 15 °C.

Следует четко понимать, что все системы, которые предназначены для охлаждения воды (жидкости), называются чиллерами. Однако если мы говорим о системе кондиционирования, то такую установку производитель выпускает именно для кондиционирования, и ее нельзя использовать в других целях – например, для охлаждения доменной печи, в работе термопластавтомата или для обработки воды в бассейне. Для этих нужд применяются чиллеры, которые изготавливают исходя из специфики их дальнейшей работы. С точки зрения конечных температур (кипения холодильного агента) их относят к группе высокотемпературных холодильных машин.

Существуют и другие чиллеры. Например, среднетемпературные и низкотемпературные. Конечные температуры у них более низкие – отрицательные.

Именно выбор типа чиллера и понимание, для каких процессов он будет использоваться, позволит избежать проблем при запуске и дальнейшей эксплуатации.

Как правило, заказчик сам выбирает тип чиллера, исходя из своих требований и целей. Определить нужную модель можно по следующим характеристикам:

• тип теплоносителя (вода или какая-либо незамерзающая жидкость);
• необходимость работы на охлаждение/охлаждение + нагрев жидкости;
• круглогодичное использование или сезонное;
• расположение чиллера и гидромодуля в одном или разных корпусах; 
• температурный режим работы чиллера;
• место размещения чиллера (на крыше, грунте, между этажами).

Каждый производитель осуществляет расчет и подбор чиллера и гидромодуля по своей программе. Это связано с большим количеством производителей основных компонентов – компрессоров и теплообменников, которые имеют отличия в холодопроизводительности при прочих равных условиях. На подбор одного из составляющих гидромодуля – аккумулирующего бака – следует обратить особое внимание, поскольку для его правильного расчета требуется множество индивидуальных данных. Далее сам расчет производится согласно нескольким вполне доступным формулам.

Чиллер, как и любая другая промышленная система кондиционирования, является сложным оборудованием и для его монтажа следует предварительно сделать проект системы холодоснабжения, включая подробные спецификации. Все монтажные работы производятся строго и согласно проекту. В случае отсутствия оборудования, фитингов, трубопроводов и другого оборудования, заложенного в проект, замену отсутствующих элементов без согласования с проектировщиками производить нельзя. Все монтажные работы осуществляются специалистами, сертифицированными именно по этому оборудованию именно этого бренда.

Отдельно несколько слов стоит сказать об обвязке чиллера. У него три зоны, которые подвергаются различным соединениям (обвязкам): сам чиллер с холодильным контуром, гидромодуль с гидравлической системой на различных жидкостях и фанкойлы, охлаждающие/нагревающие воздух в помещении. Систем обвязки существует очень много. Это зависит и от оборудования, и от проектировщиков. Поэтому все эти работы следует производить согласно проектной документации.

После монтажа и проверки всех проведенных работ осуществляется заправка чиллера холодильным агентом (*только для чиллеров с выносным конденсатором, моноблочные холодильные машины, как правило, поставляются заправленными холодильным агентом). Следует обратить внимание на тип холодильного агента. 99% всех чиллеров работают на холодильном агенте R410А. Но на рынке есть небольшое количество чиллеров, работающих на R134A, R407С, R290 и некоторых других. Если чиллер произведен до 2005 г., то есть вероятность, что он работает еще на старом фреоне – R22.

После заправки имеет смысл еще раз проверить чиллер на утечку (*только для чиллеров с выносным конденсатором). Если утечки нет, то производится запуск согласно протоколу, т.е. проверка протяжки силовых контактов, давлений жидкости на входе и выходе испарителя, расхода воды и т.п. В идеале запуск системы должен проходить в присутствии производителя или представителя продающей организации, чтобы исключить спорные моменты при возникновении неисправностей. После запуска подписывается акт приемки чиллера в эксплуатацию.

Отдельно на этапе проектирования обговаривается, каким образом будет вестись управление чиллером: только местное управление, с возможностью удаленного/центрального управления, комплексное управление. Однако центральное и комплексное управление можно сделать и по истечении какого-то времени, уже при эксплуатации чиллера.

Если следовать всем требованиям по эксплуатации чиллера, соблюдать сроки его обслуживания, то заложенные средства автоматизации позволят удобно и безопасно его использовать. Главной и самой серьезной ошибкой является отключение средств автоматики, которые отвечают за температуру жидкости после чиллера. Часто по незнанию ее просто отключают, в результате чего происходит «разморозка» испарителя чиллера. Это, в свою очередь, грозит полной его заменой, без возможности ремонта.

Чтобы исключить вероятность каких-либо поломок следует планово проводить сервисное обслуживание чиллера и всех его составляющих. Такие работы также стоит доверить сертифицированным специалистам. В идеальном варианте обслуживание должна осуществлять та компания, которая производила монтаж и запуск чиллера.

Еще одной особенностью эксплуатации чиллеров являются работы, называемые консервацией. Часто ее проведение необходимо в отношение чиллеров воздушного охлаждения, где в качестве тепло/хладоносителя применяется вода, а сама установка используется только летом в режиме охлаждения. В зимний период времени вода может замерзнуть, поскольку чиллер стоит на открытом воздухе. Именно для предотвращения поломки теплообменника следует производить консервацию чиллера перед наступлением отрицательных температур окружающей среды. На этот случай имеются определенные порядок и последовательность проведения работ, которые прописаны в сервисном регламенте. Консервацию следует производить с особой тщательностью, так как любая небрежность впоследствии может вывести из строя испаритель чиллера, что зачастую приводит к дорогостоящему ремонту или к замене чиллера целиком.