Различные типы водоохлаждающих машин (чиллеров).

Абсорбционные чиллеры

В качестве основного источника энергии для процесса охлаждения в абсорбционных холодильных машинах используется горячая вода (при температуре до 130 °C) или перегретый пар (под давлением до 1 бар). При получении охлажденной воды существенную экономию дает применение низкотемпературных или вторичных энергоресурсов (теплоэлектростанций, мусоросжигательных установок, пара низкого давления из электростанций и пр.) Хладагент как правило - дистиллированная вода, абсорбент - бромистый литий. Помимо экономии энергоресурсов, существенным преимуществом указанного типа холодильных машин является практически полное отсутствие движущихся частей, и, как следствие - высокая надежность агрегатов. Основной недостаток - худшие по сравнению с парокомпрессионными машинами массогабаритные показатели и высокая стоимость. Более подробное описание принципа работы абсорбционного чиллера в статье "Абсорбционные чиллеры SANYO".

Парокомпрессионные чиллеры

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которго являются (см. схему)- компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка, терморегулирующий вентиль), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Охлаждение в холодильной машине обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление. Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т.е. переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо воздушным, либо водяным, в зависимости от конструктивного исполнения холодильной системы.

На выходе из конденсатора хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока (терморегулирующий вентиль), где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости. Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от охлаждаемой среды, и вновь переходит в парообразное состояние. Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Перегретый пар выходит из испарителя и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход регулятора потока (терморегулирующего вентиля) с другой стороны.
Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине. На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации. На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.
Несмотря на то, что существует много вариантов исполнения чиллеров с парокомпрессионным рабочим циклом, принципиальная схема цикла в них практически одинакова. Выбор варианта исполнения обусловлен конкретными условиями применения.

Наиболее часто встречающиеся варианты исполнения агрегатированных чиллеров с парокомпрессионным холодильным циклом:

Чиллеры с воздушным охлаждением, с осевыми вентиляторами, наружной установки

Предназначены для установки вне помещений, на открытом воздухе. Охлаждение конденсатора осуществляется с помощью осевых вентиляторов. У некоторых фирм - производителей возможно низкошумное исполнение - т.е. за счет применения шумоизоляции компрессора, снижения скорости вращения крыльчатки вентиляторов и изменения конфигурации лопастей достигается значительное снижение уровня звуковой мощности агрегата в целом, что однако ведет к увеличению габаритов и стоимости по сравнению с "незащищенным агрегатом той же холодопроизводительности.

Преимущества машин рассматриваемого конструктивного исполнения - возможность использования неэксплуатируемых площадей (кровля, свободные открытые площадки), относительно низкая стоимость.
Недостатки: из агрегатов наружной установки требуется сезонный слив воды из испарителя или применение двухконтурных схем холодоснабжения с использованием незамерзающих растворов (этиленгликоля, пропиленгликоля) в качестве промежуточного теплоносителя (исключение в этом случае составляют чиллеры наружной установки с выносным испарителем, которые, однако, практически не встречаются в стандартном исполнении холодильных машин известных фирм - производителей).

Чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора, с центробежными вентиляторами, внутренней установки

Предназначены для установки внутри помещений. Забор воздуха для охлаждения конденсатора и выброс осуществляется по воздуховодам. Для перемещения воздуха применяются центробежные вентиляторы с высоким статическим напором для преодоления сопротивления сети воздуховодов.

Основные преимущества - "скрытая" установка (отсутствие наружных блоков, градирен, конденсаторов), возможность организации круглогодичной эксплуатации в режиме охлаждения при любых температурах наружного воздуха.
Недостатки - необходимо наличие значительных площадей под размещение агрегата, дополнительные капитальные затраты на вентиляционную сеть.

Чиллеры с водяным охлаждением конденсатора

Предназначены для установки внутри помещения. Для охлаждения конденсатора холодильной машины используется промежуточный теплоноситель, который в свою очередь охлаждается в градирнях и драйкулерах (оборотная система охлаждения). Возможно также охлаждение конденсаторов проточным теплоносителем из естественных водоемов.

Преимущества - возможность организовать круглогодичное получение холода с использованием "свободного охлаждения" (freecooling) - охлаждения теплоносителя без использования холодильного цикла, за счет передачи тепла к наружному воздуху без использования дополнительного оборудования. Возможность рекуперации тепла конденсации.

Недостатки - высокая стоимость, энергоемкость, сложность эксплуатации системы.
Следует заметить, что в ряде случаев применение чиллеров с водяным охлаждением является единственно возможным вариантом.

Чиллеры с выносным конденсатором (компрессорно- испарительные агрегаты)

Это модели исполнены, как правило на базе холодильных машин с водяным конденсатором. Размещаются внутри помещения, соединяются с конденсатором наружной установки системой фреонопроводов.

Преимущества - в отличие от холодильных машин с водяным конденсатором не требуется применение промежуточного теплоносителя в контуре конденсатора и как следствие нет необходимости в применении циркуляционных насосов большой мощности, также сведен к минимуму риск замерзания теплоносителя вследствие чего не требуется применения двухконтурной схемы системы холодоснабжения.

К недостаткам следует отнести ограниченное расстояние между компрессорно-испарительным агрегатом и конденсаторным блоком.

Реверсивные чиллеры (охладитель/тепловой насос)

Некоторые модели чиллеров с воздушным охлаждением могут быть поставлены заводом- изготовителем с возможностью работы как в режиме охлаждения, так и в режиме теплового насоса, что дает возможность использования системы, построенной на базе подобного агрегата, не только для охлаждения воздуха в помещениях летом, но и подогрева воздуха в переходный период.