Что такое чиллер

Содержание

1. Что такое чиллер простыми словами
2. Чиллер в системах вентиляции
3. Чиллер в промышленности
4. Чиллер в металлообработке
5. Чиллер в медицине и фармацевтике
6. Чиллер в пищевой промышленности
7. Чиллер в ИТ
8. Чиллер в полимерной отрасли
9. Чиллер для охлаждения воды
10. Принцип работы
11. Схема работы
12. Как рассчитать мощность чиллера для ТПА

Что такое чиллер простыми словами

Чиллер - это устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости. Основная область его применения – системы кондиционирования. Не менее эффективно чиллеры применяются в системах охлаждения промышленного оборудования в сферах пищевого, полимерного, металлургического производства.

Что такое чиллер для охлаждения воздуха в системах вентиляции

Любые промышленные и крупные бытовые объекты нуждаются в регулировке температуры внутри помещения. Это особенно важно в местах, где наблюдется большое скопление людей, а также где протекают различные производственные процессы.

В данном случае используется связка чиллер-фанкойл, которая по своим характеристикам идентична системам VRV-VRF, может также выполнять и охлаждение, и нагрев помещения, но несколько другим способом. При этом организовать систему вентиляции и обогрева можно в любом здании с большим количеством второстепенных помещений, где необходима установка индивидуальных температурных режимов. Чиллер в данном случае играет роль внешней холодильной станции, а фанкойл – внутреннего теплообменника. Все  тепловые циклы протекают внутри чиллера, а хладопроизводительность распределяется по системе при помощи рабочей жидкости, обладающей хорошей теплоемкостью.

Устройство, принцип работы, монтаж чиллера в системе кондиционирования

В состав чиллера входят воздушный конденсатор, компрессор, ТРВ и теплообменник- испаритель. Теплообмен между хладагентом и охлаждаемой средой (чаще – гликолевая среда) происходит в испарителе. Охлажденная жидкость при помощи гидромодуля (насосной станции) перемещается дальше по системе к потребителям – фанкойлам.

Фанкойлы – это теплообменники-радиаторы, в которых установлены осевые или центробежные вентиляторы. В свою очередь, фанкойлы обеспечивают обмен теплом между воздухом в помещении и гликолевой средой (может использоваться другое незамерзающее вещество).  Количество фанкойлов может быть любым, но суммарно они не должны превышать максимально допустимую производительность чиллера. Максимальная удаленность фанкойлов от холодильной станции определяется мощностью гидростанции (насоса).

Место монтажа чиллера выбирается в зависимости от его форм-фактора.  Моноблочные агрегаты монтируют на открытом пространстве, чаще – на кровле зданий и сооружений. Чтобы исключить зависимость от погодных условий, выбирают незамерзающую среду. Чиллеры с выносной конденсацией устанавливают таким образом, чтобы конденсатор находился за пределами здания, но в непосредственной близости к компрессору и был соединен с ним газовой магистралью. Такая конструкция чиллера позволяет в качестве хладагента использовать обычную воду.

Достоинства и недостатки использования чиллера

Как и любое сложное устройство, чиллеры могут иметь свои достоинства и недостатки. К достоинствам стоит отнести низкую цену и простоту монтажа. Существует множество альтернативных систем охлаждения, но они стоят дороже.

Чиллер может работать в связке с различными типами фанкойлов (вентиляционных датчиков) и образовывать системы охлаждения различной сложности. При этом установка чиллеров относительно фанкойлов может производиться на удалении.

К недостаткам можно отнести невозможность регулировки производительности системы охлаждения. Следовательно, система может работать на максимуме или вхолостую. В первом случае может наступить ее преждевременный износ, во втором – необоснованные потери из-за перерасхода электричества и иных ресурсов. Сравнительно высокие первоначальные затраты на покупку, сложное обслуживание отдельных конструкций и  снижение производительности при отсутствии своевременного техобслуживания, зависимость от условий эксплуатации также заставляют многих задуматься о целесообразности установки данных охладителей.

Чиллер в промышленности

В промышленной сфере чиллеры предназначены для поддержания определенной температуры рабочих узлов оборудования. Чиллер регулирует температуру жидкости, циркулирующей по системе охлаждения (удаляет из нее тепло через компрессию). Рубашки охлаждения предусмотрены во многих видах промышленных агрегатов. В качестве охлаждающей жидкости (теплоносителя) используют воду, глицерин, пропиленгликоль, бишофит, нефтяные масла, фреоны, расплавленные соли и металлы. Могут использоваться газообразные вещества: водяной пар, азот, аргон, гелий, водород.

Чиллер в металлообработке

В металлургической отрасли многие процесс проводятся при высоком нагреве. Охлаждающие устройства применяются для регулировки рабочей температуры сварочных станков, вакуумных насосов, лазерного оборудования и иных устройств, используемых для обработки металла.

Чиллер в медицине и фармацевтике

В медицинской сфере системы охлаждения используются для хранения крови на донорских станциях и в медицинских учреждениях, поддержания температуры хранения отдельных препаратов.

В фармацевтической промышленности многие процессы требуют качественного и быстрого снижения температуры. Речь идет о различных химических реакциях в лабораторных реакторах и технологических емкостях, которые протекают с выделением тепловой энергии (экзотермические реакции). В охлаждении нуждаются гальванические ванны, бисерные мельницы, сосуды с рубашками охлаждения.

Чиллер в пищевой промышленности

Многие отрасли пищевой промышленности зависят от использования надежных и мощных охлаждающих установок. Чиллеры применяются при переработке и хранении молока, розливе минеральной воды, разделке туш, производстве мороженного, масел.  В зависимости от мощности чиллера может обеспечиваться холодное хранение или шоковая заморозка. Не менее важна роль охлаждающих станций в таких процессах пищевого производства, как термическая обработка продуктов питания (для исключения перегрева), упаковка продукции (вакуумная герметизация в упаковочных машинах), охлаждение оборудования (отведение тепла от агрегатов для обеспечения долговечной и безопасной работы).

Чиллер в ИТ

Центры обработки данных (ЦОД) всегда оснащаются мощным оборудованием. При работе серверных и дата-центров наблюдается существенный нагрев, который может вывести из строя дорогостоящую технику. По этой причине применение чиллеров для снижения температуры оборудования и помещений критически важно в сфере ИТ.

Чиллер в полимерной отрасли

При производстве изделий из полимерных композиционных материалов, независимо от выбранного метода, цикл может длиться несколько секунд. При этом только быстрое охлаждение элементов станка и заготовок гарантирует получение продукции стабильного качества.  Если детально рассмотреть производственный цикл, то охлаждение изделия занимает до 80% времени. При снижении времени охлаждения на 20-30% увеличится производительность промышленного оборудования, снизятся затраты на электроэнергию.  Например, если цикл производства детали на ТПА длится 20 секунд, то при замене градирни на чиллер можно сократить его до 16 секунд.

Охлаждению подвергаются пресс-формы для литья под давлением и прессования, преформы для дальнейшего выдува, корпусные элементы экструдеров, ТПА, грануляторов, миксеров. Поддержание нормальной температуры оборудования необходимо для его безостановочной работы и предотвращения поломок. Расплав полимера также должен нагреваться и охлаждаться позонно, чтобы в момент впрыска он достиг оптимального уровня вязкости, но не переходил в деструкцию от перегрева. Чиллер справляется со всеми этими задачами. Одна холодильная установка может обеспечивать охлаждение нескольких подключенных к ней станков.

Чиллер для охлаждения - что это такое, из чего состоит

Типовой моноблочный чиллер для охлаждения воздуха состоит из компрессора, конденсатора, испарителя и гидромодуля.

Испаритель

Испаритель – это устройство для аккумулирования (накопления) тепла от теплоносителя.  Здесь происходит переход из жидкого в газообразное состояние.

Чаще используется кожухотрубный испаритель. Он представляет собой набор трубок, через которые циркулирует хладагент, окруженный охлаждаемой жидкостью. Реже применяется пластинчатый испаритель, который состоит из множественных сложенных между собой пластин с небольшими зазорами для прохождение хладагента или охлаждаемой жидкости.

Компрессор

Компрессор – это устройство, обеспечивающее циркуляцию хладагента в чиллере, повышение температуры и давления. Рабочая температура составляет +70-900С, рабочее давление – до 3 Мпа. Существует несколько типов компрессоров: роторный, спиральный, винтовой, поршневой, центробежный.

От типа установленного компрессора напрямую зависит стоимость чиллера. Спиральные компрессоры компактны и имеют небольшой уровень вибрации, применяются в устройствах малой и средней мощности. Винтовые компрессоры подходят для чиллеров средней и высокой мощности. Максимальную производительность при охлаждении показывают турбинные компрессоры, например, на производственном предприятии или ледовой арене.

Конденсатор

Конденсатор – это устройство для охлаждения паров хладагента. В компрессоре происходит охлаждение хладагента с последующим переходом в жидкое состояние. Конденсаторы могут быть воздушного и водяного охлаждения.

Воздушные конденсаторы представляют собой трубки с ламелями, через которые проходит хладагент. Трубки обдуваются холодным воздухом, что обеспечивает отвод тепла от них. Они менее эффективны аналогов с водяным охлаждением, но чаще используются в небольших промышленных чиллерах.

Водяные конденсаторы состоят из кожуха и помещенных внутрь него трубок. По трубкам циркулирует хладагент, а снаружи – вода для охлаждения. Они более эффективны, чем воздушные, но требуют серьезного обслуживания, подключения к системе водоснабжения.

Расширительный клапан

Расширительный клапан – это элемент чиллера, предназначенный для контроля количества хладагента, поступающего в испаритель, давления и температуры. Используются ТРВ (термостатический расширительный вентиль) или ЭРВ (электронный расширительный вентиль). В ТРВ устанавливается термобаллон с хладагентом. Регулировка потока хладагента, подаваемого в испаритель, определяется температурой жидкости. Эта система точная и в автоматическом режиме адаптируется к изменению нагрузки. Может использоваться при переменной нагрузке, что является ее преимуществом.

В ЭРВ выполняется электронное управление потоком хладагента через датчики температуры и давления. ЭРВ обеспечивает высокоточную регулировку в автоматическом режиме, может быть интегрирован в системы автоматического управления.

Гидромодуль

Гидромодуль включает в себя циркуляционные насосы для принудительной циркуляции воды, расширительный бак для сброса избыточного давления, в отдельных системах – гидроаккумуляторы для сглаживания гидравлического удара. Также в конструкции предусмотрена система фильтров и осушителей. При циркуляции внутри чиллера хладагент впитывает в себя влагу. Эта влага может вызывать коррозию металлических элементов внутри системы. Именно фильтры-осушители удаляют влагу из хладагента, что позволяет сохранить его чистоту на продолжительное время и увеличить срок службы.

Чиллер для охлаждения воды: что это, классификация

Чиллеры – это охлаждающие устройства, которые классифицируются по нескольким критериям:

• Конфигурация (моноблочные со встроенным конденсатором, с выносным конденсатором, абсорбционные). Моноблочный чиллер имеет самую простую конструкцию. В едином корпусе смонтированы все элементы агрегата. Сам агрегат устанавливается на специально подготовленной площадке рядом со зданием или на крыше. Выброс тепла осуществляется непосредственно в окружающую среду. При наличии выносного конденсатора необходимо обеспечить соединительную магистраль между узлами.
• Конструкция вентилятора (центробежный вентилятор с внутренней установкой, осевой вентилятор с наружной установкой).
• Метод охлаждения (моноблочные бесконденсаторные, парокомпрессионные с воздушным охлаждением, моноблочные с водяным охлаждением).
• Назначение (теплые с тепловым насосом, холодные без теплового насоса).

От типа охладителя зависит область его применения. АБХМ эксплуатируются при избытке тепловой энергии, например, в теплоэлектростанциях. Вместо электроэнергии они используют тепловую энергию для охлаждения, что делает их незаменимыми при наличии избыточного дешевого тепла. Чиллеры с функцией теплового насоса рационально применять, если необходимо обеспечить не только охлаждение, но и обогрев. Низкотемпературные чиллеры хорошо работают в условиях сурового или умеренного климата при низких температурах. В них предусмотрены теплоизоляционные слои и обогреватели для предотвращения замерзания воды. В промышленности чаще выбирают парокомпрессорные чиллеры.

Чиллер: что такое и принцип работы

Парокомпрессионный чиллер считается самым востребованным типом устройств-охладителей. Все процессы, протекающие в нем, основываются на изменении агрегатного состояния вещества, выступающего в роли хладагента. Хладагентом чаще являются хладоны – это хлор- или фторсодержащие производные этана, метана или иных насыщенных углеводов

Главное назначение чиллера- это отвод тепла от охлаждаемого тела. Если говорить о промышленной системе охлаждение, то телом является охлаждающая жидкость, циркулирующая по охлаждающему контуру. Но он должен не только охлаждать, но и охлаждаться сам, то есть, отдавать тепло, чтобы цикл теплопередачи повторялся вновь и вновь. Потому для выполнения основной задачи - охлаждения – поочередно повторяются два процесса: испарение (переход из жидкого агрегатного состояния в газообразное) и конденсация (переход из газообразного состояния в жидкое). При этом процесс испарения сопровождается поглощением энергии, а процесс конденсации – выделением энергии.

Принцип работы чиллера основывается не только на поглощении и выделении тепловой энергии при многократном изменении агрегатного состояния хладагента, но и на повышении и  понижении величины действующего на него давления. Простыми словами, охлаждающая жидкость проходит по контуру охлаждения, аккумулирует тепло и, проходя через чиллер, отдает тепло, охлаждаясь при этом. Охлажденная жидкость снова возвращается в охлаждающий контур оборудования и цикл повторяется.

Рассмотрим процесс охлаждения поэтапно в каждом элементе чиллера. На первом этапе в работу включается компрессор. Основное назначение компрессора – это сжатие паров хладагента, что приводит к повышению давления. Это необходимое условие начала конденсации. После попадания в конденсатор парожидкостной смеси начинается передача тепловой энергии во внешнюю среду. При этом хладагент переходит в жидкое состояние. Жидкий хладагент попадает в расширительное устройство, которое понижает давление. За ним расположено испарительное устройство, в котором хладагент начинает вскипать и испаряться. В процессе кипения он полностью переходит в газообразное состояние и начинает поглощать тепловую энергию из теплоносителя. В результате температура теплоносителя снижается до 7-100С и больше.

Как работает чиллер для охлаждения воды: схемы

В зависимости от сферы применения чиллера можно выделить несколько основных схем, которые применяются на практике.

1. Схема прямого охлаждения жидкости.

2. Схема охлаждения жидкости с внедрением промежуточного хладагента и вторичного теплообменника.

3. Схема охлаждения жидкости  через дополнительную емкость-накопитель.

4. Схема охлаждения жидкости  с внедрением промежуточного хладагента и открытого вторичного теплообменника.

Как выбрать

Выбирая чиллер, необходимо отталкиваться от конкретной поставленной задачи, учитывая мощность и холодопроизводительность установки. Основополагающими критериями выбора служат:

• габаритные размеры помещения (для систем кондиционирования);
• тип установки (внутри помещения или снаружи);
• необходимость и частота замены теплоносителя;
• тип используемого хладагента.

Если предполагается установка чиллера снаружи, то стоит остановить свой выбор на агрегатах с моноблочной конструкцией и осевым вентилятором. Для внутренней установки оптимально подходят агрегаты с выносным конденсатором либо модели с центробежным вентилятором. Выносной конденсатор создает достаточно высокий уровень шума, что важно учитывать при выборе. Для протяженной фреоновой трассы или в случае невозможности ее обустройства больше подходит центробежный (радиальный) вентилятор.

При необходимости обеспечить не только охлаждение, но и нагрев, стоит остановить свой выбор на чиллере с тепловым насосом. Этот агрегат может работать как холодном, так и в теплом режиме. Если требуется только охлаждение, подойдут модели без теплового насоса.

Как рассчитать мощность чиллера для ТПА

Если рассматривать литье под давлением как основной способ производства изделий из полимеров, то остановимся более подробно на выборе чиллера для термопластавтомата (ТПА). На качество изделия влияют множественные факторы: время впрыска, время охлаждения, температура охлаждающей жидкости. Многие производители, стремясь уменьшить время цикла и увеличить производительность, идут неверным путем и ускоряют впрыск. Если впрыск происходит слишком быстро, уменьшится время цикла, но качество изделия может пострадать. Медленный впрыск и медленное охлаждение удлиняют цикл. Необходимо добиться оптимизации времени цикла и ускорения охлаждение. Для этого важно подобрать чиллер необходимой мощности. Параметр рассчитывается по формуле:

q = w × c × △ t × s

Где:

Q ккал / ч - требуемая холодопроизводительность.

w кг / ч - вес полимера.

c ккал / кг ° C - удельная теплоемкость полимера.

Δt °C - разница температур между температурой расплава материала и температурой готового изделия при выталкивании из пресс-формы. △ t = 200 ℃ - это среднее значение для многих типов изделий из ПКМ.

s - коэффициент безопасности. Обычно он составляет 1,35-2,0.

Требуемая температура воды для охлаждения во многом зависит от типа полимера. Например, для полистирола и тонкостенных изделий из него потребуется охладить воду до 0°C, но в большинстве случаев достаточной является температура воды 5°C и выше. Это необходимо учитывать при расчете мощности чиллера.