Повышение эффективности работы чиллера

Как известно, слово «чиллер» — это иностранное название холодильной установки, которая служит для охлаждения различных жидкостей, в большинстве случаев – воды.

Однако существует огромная разница между чиллерами, которые работают на положительную конечную температуру, и теми, которые на отрицательную. Понятия положительных и отрицательных температур четко разграничивают типы холодильных машин, и можно сказать однозначно, что чиллеры для систем кондиционирования – это оборудование, предназначенное для охлаждения жидкостей с положительными температурами не ниже 5 °C. И автоматика, и компоненты холодильного контура отличаются от остальных чиллеров, рассчитанных для работы на отрицательных температурах.

Производители чиллеров для системы кондиционирования рассчитывают и подбирают все его составляющие, исходя из вполне конкретных температурных режимов, при которых этот чиллер должен работать, а именно:

температура воды на выходе из испарителя чиллера 7 °C;
температура воды на входе в испаритель чиллера 12 °C;
разница между температурами воды на входе и выходе испарителя – 4-6 °C;
минимальная температура воды на выходе из гидромодуля чиллера 5 °C, ниже 3-4 °C срабатывает защита от обмерзания испарителя;
максимальная температура воды на входе в гидромодуль чиллера – 19-20 °C.

При применении не воды, а какой-либо незамерзающей жидкости, температуры могут быть незначительно скорректированы в сторону понижения до 0 °C, если чиллер изначально был рассчитан для работы с положительными температурами. Чиллеры для работы на других температурах имеют специальную компоновку и производятся под заказ на основе представленного технического задания. Стоят они значительно дороже. Условно их можно назвать низкотемпературными чиллерами. Но это уже не чиллеры для системы кондиционирования.

Ниже речь пойдет именно о чиллерах для кондиционирования воздуха. Стоит отметить, что подобная система охлаждения жидкостей (воды) уже устарела и на сегодняшний день не выдерживает никаких сравнений по эффективности и экономичности с современными аналогами. Однако производители пытаются минимизировать потери в работе производимых чиллеров и вывести их на достойный уровень по эффективности. В том, какие шаги предпринимаются в этом направлении, мы и попробуем разобраться.

Западные страны уже давно борются за эффективность любого типа оборудования и стараются покупать и использовать только такое. Россия в последние годы также стала обращать внимание на этот параметр, и проектировщики, монтажники и эксплуатационники стараются работать с эффективным оборудованием.

В чем же заключается эффективность работы чиллера, как и за счет чего ее можно повысить?

Есть несколько ключевых факторов, которые могут оказывать влияние на этот показатель.

1. Регулирование производительности компрессора

Первый из них – это способ регулирования производительности компрессора. На сегодняшний день наиболее часто используются несколько из них:

Регулирование за счет включения/выключения (один компрессор в холодильном контуре).
Ступенчатое регулирование (два и более компрессора в холодильном контуре) или использование золотникового регулирования производительности для винтовых компрессоров.
Digital Scroll (цифровое) – только для спиральных компрессоров. Такой способ регулирования еще называют плавный, хотя это не совсем правильно.
Инверторное регулирование для роторных, спиральных или винтовых компрессоров.

Наиболее действенным является использование инверторных технологий как самых перспективных и эффективных в настоящее время. Цифровые и ступенчатые стоят на втором месте, включение/выключение – на последнем месте.

Классическая температура работы чиллера на воде: на входе – плюс 12 °C, на выходе – плюс 7 °C. Инерционность замера температуры датчиками, преобразование сигнала, передача его на систему управления и включение/выключение компрессора приводят к некоторому отклонению температур от уставки на 1-2 °C, а порой и больше. Такие отклонения температур приводят к более длительной работе компрессора, следовательно, большим затратам электроэнергии и меньшей эффективности.

Инверторное (плавное) регулирование снижает все эти колебания температур и в комплексе с последующим повышением эффективности приводит к хорошим результатам. Инверторные технологии стоят несколько дороже, но в процессе эксплуатации это полностью оправдывается.

В то же время вопрос об эффективности проще решить еще на этапе подбора и покупки нового чиллера, но также можно и уже на имеющемся в эксплуатации оборудовании сделать замену элементов на современные. В последнем случае придётся производить достаточно объемные основные и сопутствующие работы.

2. Использование регулирующей аппаратуры в системе подачи воды

Второй – это использование регулирующей аппаратуры в системе подачи воды. При работе чиллера на охлаждение холодная вода (жидкость) постоянно циркулирует через теплообменник фанкойла или мимо него, даже тогда, когда температура воздуха уже понизилась до необходимой. При этом вода все равно частично нагревается, и это нагрев необходимо снимать в чиллере. При этом требуется и дополнительная работа компрессора, и повышенное энергопотребление, что не способствует увеличению эффективности.

Работа фанкойла с трехходовым клапаном, без трехходового клапана

Чаще всего перед фанкойлом устанавливают трехходовой клапан. Это приводит к тому, что вода проходит мимо фанкойла и незначительно нагревается. Однако срабатывание клапана происходит только в том случае, если температура воздуха продолжает опускаться ниже установленной уже после отключения вентилятора фанкойла. Такая ситуация приводит к излишнему нагреву температуры воды и, как следствие, снижению эффективности.

Последние разработки в этой сфере направлены на дозированное (плавное) изменение подачи воды на фанкойл. Такой принцип подачи осуществлен в мультизональных системах при подаче холодильного агента во внутренний блок. Там применяют электронный терморегулирующий вентиль (ЭТРВ). Аналог такого ЭТРВ заменяет и трехходовой клапан, и сам принцип регулирования подачи воды в фанкойл, который сокращает нагрев воды выше требуемого значения.

На нагрев, а точнее перегрев воды в фанкойле также влияет скорость вращения его вентилятора. Обычно вентилятор имеет ступенчатое регулирование скорости. Три ступени – у устаревших моделей, 6 и более – у современных, и плавное регулирование в зависимости от температуры воздуха в помещении. Чем больше возможностей в изменении скорости вентилятора, тем ниже перегрев воды в фанкойле и выше эффективность.

Совместное решение задачи регулирования подачи воды в фанкойл и скорости обдува его теплообменника могут значительно повысить эффективность чиллера. Причем лучше, чтобы эти опции были реализованы в чиллере еще на этапе покупки. Это гораздо проще, чем усовершенствовать уже имеющуюся конструкцию.

3. Применение комплексной системы автоматики

Третий фактор – применение комплексной системы автоматики, которая будет отслеживать все изменяющиеся параметры работы чиллера и управлять работой не одним элементом, а сразу несколькими, причем делать это, исходя из оптимальных параметров эффективности его работы. Такая система может использоваться как в новых, так и в уже отработавших долгое время чиллерах. Существующие контроллеры позволяют осуществлять все эти операции одновременно. Контроллеры Carel с многофункциональными дискретными, аналоговыми и универсальными выходами решают все эти вопросы. Единственная сложность заключается в том, что все параметры регулирования надо связать в единую программу и залить ее в контроллер. Для этого необходимы профессиональные навыки специалистов в этой области. Но эффективность и последующая простота и функциональность управления стоят того. Кроме самого управления контроллер может считать затраты электроэнергии, определять ошибки в работе. Все эти функции можно осуществлять, изменять, устранять нарушения не только находясь рядом с чиллером, но и дистанционно, за тысячи километров. Для этого необходимо только иметь доступ в сеть интернет.

4. Применение эффективного холодильного агента

Четвертый – применение или замена холодильного агента на более эффективный и озонобезопасный. На сегодняшний день практически 96-99% всех спиральных чиллеров, которые выпускаются производителями и широко применяются в системе кондиционирования, работают на холодильном агенте марки R410A. Данный холодильный агент сочетает в себе самые рациональные теплофизические характеристики, стоимость, эффективность и эксплуатационные данные. Однако, например, у холодильного агента марки R407C характеристиками с точки зрения процессов передачи теплоты от одной среды к другой немного лучше. Также применение еще одного холодильного агента марки R134A может повысить эффективность работы чиллера.

Если же при приобретении нового чиллера выбирать между этими холодильными агентами, то кроме эффективности стоило бы обратить внимание и на другие факторы, которые могут создать намного больше проблем при эксплуатации чем традиционный R410A. При переходе уже работающего чиллера на другой холодильный агент стоит задуматься еще больше, так как кроме замены самого холодильного агента потребуется замена масла, дросселирующих устройств, а в некоторых случаях и самого компрессора. Кроме этого, необходимо пересчитать возможность работы всех существующих теплообменников на другом холодильном агенте. После этого следует провести новые пуско-наладочные работы с новыми настройками. Переход на другой холодильный агент может затронуть и работу гидромодуля, его перенастройку или даже замену его элементов на другие. Так что этот способ перехода на эффективное оборудование можно считать скорее теоретическим, чем практическим, поскольку он сопровождается большим количеством сложных и дорогостоящих работ.

5. Применение современных теплообменников в составе холодильного контура

И, наконец, пятый фактор, влияющий на производительность чиллера – применение современных теплообменников в составе холодильного контура. Чаще всего выбор стоит между испарителями коаксиального, пластинчатого или кожухотрубного типа. Производители чиллеров как правило связывают производительность холодильной машины с типом испарителя и компрессоров, но замена одного типа испарителя на другой, более эффективный, вполне реальная ситуация. Из трех перечисленных самую высокую эффективность имеет пластинчатый теплообменник. Кроме того он занимает в корпусе чиллера меньший объем. Другой теплообменник чиллера – это конденсатор. Выбор между стандартным медно-алюминиевым трубчато-ребристым и микроканальным. Современный микроканальный не только более эффективный, но и имеет лучшие весогабаритные характеристики, однако заменить уже работающий трубчато-ребристый теплообменник на микроканальный не так-то и просто. Придется согласовать площади теплообмена, их производительности и главное способ впайки микроканального конденсатора, так как он изготавливается на основе алюминиевых сплавов, а все трубопроводы холодильного контура – из меди.

Заключение

Вывод: все предложенные и возможно другие способы повышения эффективности работы чиллера стоит рассматривать не только с точки зрения результативности, но и капитальных и последующих расходов. Поэтому лучше всего задуматься об этом еще на этапе выбора и покупки нового чиллера, опираясь на рекомендации, предложенные выше.

Есть вопрос? Задайте его специалисту!

Имя

E-mail

Тема вопроса
Вопрос

Нажимая кнопку «Отправить», я даю свое согласие на обработку моих персональных данных и принимаю условия «Согласия на обработку персональных данных Пользователей»