Холодильная машина «чиллер»

    Холодильная машина «чиллер» является составной частью (технологическим узлом) холодильной системы «чиллер-фанкойл», иначе: «холодильная машина — система распределённых вентиляторов-теплообменников (или иных холодопотребляющих агрегатов)».

    «Чиллер» состоит из следующих основных элементов:

  • компрессор первичного хладагента
  • конденсатор первичного хладагента с вентилятором обдува, очень редко может быть использован конденсатор с водяным охлаждением
  • ресивер (ёмкость для первичного хладагента)
  • терморегулирующий вентиль (ТРВ)
  • термоизолированный теплообменник-испаритель первичного хладагента (оконечное устройство), к которому подключаются внешние потребители (потребитель) холода, посредством трубопроводов со вторичным хладоносителем
  • шкаф (щиток) управления «чиллером», включающий устройства пуска, защиты, управления и, возможно, регулировки производительности, в соответствии с «запросами», поступающими от периферийных нагрузочных устройств («фанкойлов» или вентиляторов с теплообменниками)
  • в состав «чиллера» может быть включена насосная станция, для организации циркуляции вторичного хладоносителя во внешних (за пределами самого «чиллера») нагрузочных контурах

   Отсутствие в конструкции «чиллера» одного из вышеперечисленных основных элементов, за исключением насосной станции, приводит к неработоспособности данного технологического узла самостоятельно, без дооборудования или доукомплектования.

   «Чиллер» обычно выполнен единым модулем (законченным технологическим узлом). Сложность конструкции внешнего кожуха-корпуса определяется задачей его расположения на месте эксплуатации:

а) уличное (всепогодное) исполнение;

б) для размещения в специализированных агрегатных помещениях.

    Поскольку производство холода для «чиллера» заканчивается встроенным в корпус теплообменником-испарителем, то использование «чиллера», как самостоятельной производственной единицы, без периферийной гидравлической системы с промежуточным хладоносителем и оконечных устройств, в виде «фанкойлов»(вентиляторов – охладителей, или иных «холодильных нагрузок»),  не представляется возможным.

    Для полного выполнения охлаждающих функций, «чиллер» должен быть оснащён дополнительными (исполнительными, нагрузочными) устройствами: вентиляторами-теплообменниками («фанкойлами» или иными холодопотребляющими агрегатами), которые  являются самостоятельными технологическими узлами, и системой трубопроводов для передачи холода от оконечного теплообменника «чиллера» к вентиляторам-теплообменникам («фанкойлам» или иным холодопотребляющим агрегатам).

    Количество внешних дополнительных устройств для «чиллера» определяется требуемой конфигурацией для системы «чиллер-фанкойл» в каждом конкретном случае, и ограничивается лишь максимальной допустимой холодопроизводительностью «чиллера». Данные о максимальной производительности «чиллера» представляются производителями «чиллеров». Главная задача изготовителей системы «чиллер-фанкойл»:  соблюдение  соответствия между мощностными возможностями «чиллера» и нагрузочными потребностями «фанкойлов».

     «Чиллер» — в буквальном смысле слова означает «холодильник», привнесённый в русский язык термин из англоговорящих стран.

    Более-менее широкое распространение на территории бывшего Советского Союза технический термин «чиллер» получил начиная с середины 90-х годов 20 века: для холодильных систем с промежуточным хладоносителем производители холодильного оборудования начали поставлять единый модуль («чиллер»), в котором был заключён полный технологический холодильный цикл для первичного хладагента, что позволило значительно упростить создание разветвлённых сетей холодопотребителей с централизованным холодоснабжением от одного «производителя холода».

   До появления данного термина в русском языке подобного рода устройства обозначались как «холодильный агретат» или «холодильная машина».

    Функции холодильной машины «чиллер» заключаются в охлаждении первичного хладагента методом компрессии до жидкого состояния и последующим испарением в испарителе-теплообменнике. Обычно это готовая, промышленно произведённая установка (блок, модуль), которая располагается за пределами охлаждаемых помещений.

    Следует учитывать, что «холод», производимый «чиллером», ограничивается термоизолированным теплообменником/испарителем, и для доставки этого «холода» конечным потребителям (вентиляторам-охладителям или иным нагрузкам) требуется распределённая гидравлическая трубопроводная система с промежуточным хладоносителем.

    Промежуточный хладоноситель — обычно это жидкости, возможно вода, но предпочтительнее этилен-гликолевые смеси, которые допускают охлаждение ниже 0°С без замерзания (выбирается исходя из требуемых условий охлаждения и температур окружающей среды, так как сам «чиллер» требует хороших условий вентиляции и располагается, как правило, за пределами помещений, т.е. на улице).

    Использование в системах «фанкойл» промежуточного хладоносителя имеет неоспоримые преимущества:

  • жидкий хладоноситель обладает гораздо большей теплоёмкостью, по сравнению с традиционными фреонообразными хладагентами, что позволяет доставлять «холод» к конечному потребителю с меньшими потерями
  • обеспечение протока промежуточного жидкого хладоносителя по соединительным трубопроводам не требует высоких избыточных давлений, что обеспечивает большую безопасность системы холодоснабжения в целом
  • регулируя скорость протока промежуточного хладоносителя через оконечное устройство («фанкойл») можно регулировать производительность, наряду со скоростью вращения вентилятора оконечного устройства, в индивидуальном порядке для систем с распределёнными холодильными нагрузками от одного «чиллера»

    В связи с тем, что передача «холода» от первичного хладагента ко вторичному хладоносителю осуществляется в изолированном от окружающей среды теплообменнике-испарителе «чиллера», этот процесс не вызывает изменения влажности окружающего «чиллер» воздуха, за исключением естественных изменений от тепла, которое выделяется при работе «чиллера» в окружающую среду, или в воздух агрегатного помещения, где располагается сам «чиллер».

    Для того, чтобы исполнительные элементы («фанкойлы») системы «чиллер-фанкойл» могли выполнять функции контролируемого изменения влажности воздуха в охлаждаемом объекте, они должна быть оборудована дополнительными опциями в виде увлажнителей, или осушителей воздуха, в зависимости от поставленной проектом (Заказчиком) задачи.

   Основной функцией холодильной машины «чиллер» является охлаждение промежуточного хладоносителя.

    Как любая холодильная машина, «чиллер» при «производстве холода» выделяет большое количество тепла, в связи с этим возможно построение «чиллеров» двойного назначения: основная функция – охлаждение промежуточного хладоносителя, дополнительная функция – нагрев, например, воды избыточным теплом от конденсатора первичного хладагента, которая может стать некоторой альтернативой централизованному горячему водоснабжению. Возможно использование тёплого воздуха от работающего «чиллера» в иных хозяйственных целях.

  Изменение влажности воздуха в охлаждаемых объёмах может быть вызвано лишь работой исполнительных устройств («фанкойлов»). Чем ниже температура промежуточного хладагента, поступающего в «фанкойлы», тем больше выражен эффект «осушения воздуха» в охлаждаемом помещении – при отрицательных (ниже 0°С) температурах промежуточного хладоносителя влага из охлаждаемого воздуха кристаллизуется на ламелях теплообменников «фанкойлов» = воздух в охлаждаемом объёме становится только суше – это естественный процесс при заморозке.

    «Чиллер», как правило, является законченным технологическим модулем (узлом), функции которого ограничены созданием холода во встроенном теплообменнике – своеобразной холодильной камере, где может быть охлаждён до необходимой температуры промежуточный хладоноситель.

    «Чиллер» не может самостоятельно направлять вырабатываемый им «холод» к объекту, нуждающемуся в охлаждении — для этого предназначается одноконтурная либо распределённая гидравлическая система трубопроводов, с циркулирующим в них промежуточным хладоносителем. Для обеспечения циркуляции хладоносителя в промежуточном холодильном контуре необходимо наличие  насосной станции.

    «Исполнительным звеном», или нагрузкой, в системе «чиллер-фанкойл» являются теплообменные устройства, которые производят требуемое охлаждение объекта, либо непосредственно, либо при помощи охлаждения окружающего объект воздуха. Охлаждение производится за счёт разности температур между хладоносителем (более низкая температура) и охлаждаемым объектом (более высокая температура).

   Принципиальные отличия «чиллеров», выполняющих функции «заморозки», «охлаждения», и «кондиционирования» заключаются лишь в диапазоне температур, до которых производится охлаждение промежуточного хладоносителя в теплообменнике «чиллера».

    Один из вариантов деления диапазонов температур для холодильной техники, использующей фреоновые первичные хладагенты:

- «заморозка» — температура промежуточного хладоносителя от — 15°С и ниже (температура охлаждаемого объекта от -5°С и ниже), системы для заморозки обычно называют «фризер», от английского “freeze” (мороз), холодильное оборудование, работающее в режиме заморозки или хранения замороженных продуктов, называется низкотемпературным;

- «охлаждение» — температура промежуточного хладоносителя от — 10°С до +7,2°С (температура охлаждаемого объекта от -2°С до +15°С), оборудование, работающее в указанном диапазоне температур, называют среднетемпературным;

- «кондиционирование» — температура промежуточного хладоносителя от +7,2°С и выше (температура охлаждаемого объекта от +15°С и выше), оборудование для этих целей называют, соответственно кондиционерным.

    Один и тот же «чиллер» может использоваться и в качестве холодильного среднетемпературного оборудования и в системе кондиционирования, но с различной степенью эффективности.

    Чем меньше градиент (разница) между начальной и конечной температурами охлаждаемого объекта, тем легче холодильной машине достигнуть требуемого результата, то есть при одной и той же мощности, потребляемой от питающей электросети, один и тот же «чиллер» произведёт больше «кондиционерного холода» для промежуточного хладоносителя, чем «среднетемпературного холода».

ПРИМЕЧАНИЯ:

- система «чиллер-фанкойл» не может быть представлена как изделие готовое к эксплуатации, она состоит из нескольких узлов и подсистем, которые соединяются (монтируются, собираются) в единое целое непосредственно на объекте будущей эксплуатации;

- количество, технические характеристики каждой из составных частей системы «чиллер-фанкойл» определяются на стадии проектирования или заказа требуемого оборудования, отсутствуют стандартные варианты комплектации системы;

- «чиллер» это лишь один из технологических модулей системы «чиллер-фанкойл» и, в зависимости от комплектации прочего оборудования, один и тот же «чиллер» может служить «холодильным мотором» для абсолютно различных задач, в пределах его холодопроизводительности, заявленной изготовителем «чиллера».

главный инженер Новиков В.В.,
академический советник Международной Академии Холода