Чиллер-фанкойл

Как работает

Рассмотрим стандартный парокомпрессионный чиллер. Принцип работы такой холодильной машины теоретически основан на цикле Карно. Компрессор повышает давление газа, одновременно с этим поднимая его температуру. Горячий газ под высоким давлением подается в конденсатор, где участвует в процессе теплообмена с другой средой более низкой температуры. Как правило, это либо вода (рассол), либо воздух. Здесь газ конденсируется в жидкость, в процессе чего выделяется избыточная теплота, отдаваемая холодоносителю и отводимая, таким образом, от потребителя. Далее жидкость поступает в дросселирующие устройство, где происходит снижение давления в системе с соответствующим падением температуры

После этого частично вскипевшая в ТРВ (терморегулирующем вентиле) жидкость поступает непосредственно в испаритель, который также является важной частью системы “чиллер-фанкойл”. Принцип работы испарителя аналогичен конденсатору

Здесь происходит теплообмен между холодоносителем (который и уносит холод в фанкойл) и хладагентом, который начинает вскипать и при этом забирает теплоту от другой среды. После испарителя газ поступает в компрессор, и цикл повторяется.

Устройство системы

Устройство чиллера и схема работы, а также конструкция фанкойла несколько отличаются. Для начала разберемся, что входит в общую систему чиллера-фанкойла.

Он состоит из следующих элементов:

1. Чиллер – это центральное охлаждающее устройство.
2. Фанкойлом называют локальные теплообменники.
3. Теплоноситель или охлаждающая жидкость. Обычно используют раствор этиленгликоля (антифриз) или простую воду.
4. Насосное оборудование (гидромодуль). В сложных больших системах установлены целые насосные станции.
5. Разводка трубопроводов.
6. Система автоматической регулировки.

Что такое чиллер и принцип его работы

Чиллер системы кондиционирования – это агрегат, который предназначен для нагревания или охлаждения жидкости. Жидкая среда в дальнейшем выступает теплоносителем или охладителем. Благодаря широкому диапазону мощностей чиллеры применяют в климатотехнике, фармацевтической и пищевой промышленности. Они незаменимы при охлаждении медикаментов и напитков, заливке катков, отоплении и кондиционировании частных домов и общественных заведений.

Схема чиллера напоминает конструкцию бытового холодильника. В приборе есть испаритель, конденсатор и компрессор для чиллера. Отличие от холодильника в том, что тепло прибор забирает у жидкости или отдает ей. В агрегате есть два водных контура – холодный и горячий. Эти два трубопровода не пересекаются и подают жидкость к фанкойлам.

Что такое фанкойл

Фанкойлом называют эффективный теплообменник, который подключают к трубам с холодной и горячей водой. В агрегат встроен вентилятор для улучшения теплообмена. Он установлен за теплообменником. Фанкойл подает в помещение воздух заданной температуры без использования дополнительного притока воздушных масс извне. Благодаря этому повышается энергоэффективность чиллера.

Для ручного управления обогревом помещения просто перекрывают кран, подающий холодную воду. С целью управления охлаждением здания перекрывают кран подачи горячей воды. Для автоматической регулировки на панели выставляют требуемую температуру воздуха. Для ее поддержания на заданном уровне установлены термостаты. Они регулируют потоки холодного и горячего жидкого носителя.

Типы фанкойлов

Фанкойлы можно устанавливать на потолок, стены и пол в помещении. Потолочный монтаж является предпочтительнее в том случае, если система больше предназначена для охлаждения помещения. Напольный монтаж же при обогреве постройки.

Самым востребованным является потолочный агрегат, поскольку его легко установить в ячейках подвесной системы. Потолочные модели в свою очередь бывают канальные и кассетные. Также есть моноблочные конструкции с осевым или центробежным вентилятором. Центробежные приборы создают более мощный поток воздуха, а осевые обходятся дешевле, но дают меньший напор.

Основные классы чиллеров

Условное разделение чиллеров на классы происходит в зависимости от типа холодильного цикла. По этому признаку все чиллеры можно условно отнести к двум классам — абсорбционным и парокомпрессорным.

Устройство абсорбционного агрегата

Абсорбционный чиллер или АБХМ для работы использует бинарный раствор с присутствующими в нем водой и бромидом лития — абсорбер. Принцип функционирования — поглощение хладагентом тепла в фазе преобразования пара в жидкое состояние. Такие агрегаты используют тепло‚ выделяющееся при работе промышленного оборудования. При этом абсорбирующий поглотитель с температурой кипения значительно превышающей соответствующий параметр хладагента‚ хорошо растворяет последний.

Схема функционирования чиллера этого класса следующая:

1. Тепло от внешнего источника подводят к генератору, где оно разогревает смесь бромида лития и воды. При кипении рабочей смеси хладагент (вода) полностью испаряется.
2. Пар переносится в конденсатор и становится жидкостью.
3. Хладагент в жидком виде попадает в дроссель. Здесь он охлаждается‚ а давление падает.
4. Жидкость поступает в испаритель‚ где происходит испарение воды и поглощение ее паров раствором бромида лития — абсорбером. Воздух в помещении охлаждается.
5. Разбавленный абсорбент снова нагревается в генераторе, и цикл запускается повторно.

Такая система кондиционирования пока не получила широкого распространения‚ но она полностью созвучна с современными тенденциями‚ касающимися энергосбережения, поэтому имеет хорошие перспективы.

Работа парокомпрессионных установок

На базе компрессионного охлаждения функционирует большинство холодильных установок. Охлаждение происходит за счет непрекращающейся циркуляции‚ кипения при низких показателях температуры‚ давления и конденсации хладоносителя в системе замкнутого типа. В конструкцию чиллера этого класса входят:

• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• трубопроводы;
• регулятор потока.

Хладагент циркулирует в замкнутой системе. Этим процессом управляет компрессор, в котором газообразное вещество с низкой температурой (-5⁰) и давлением 7 атм поддается компрессии при доведении температуры до 80⁰.Сухой насыщенный пар в сжатом состоянии уходит в конденсатор, где происходит его охлаждение до 45⁰ при неизменном давлении и превращение в жидкость.

Следующий пункт на пути движения — дроссель (редукционный клапан). На этом этапе давление снижается от значения соответствующего конденсации до предела, при котором происходит испарение. Одновременно понижается и температура приблизительно до 0⁰. Жидкость частично испаряется и образовывается влажный пар.

На схеме изображен замкнутый цикл‚ по которому функционирует парокомпрессионная установка. В компрессоре (1) происходит сжатие влажного насыщенного пара до достижения им давления р1. В компрессоре (2) пар отдает тепло и трансформируется в жидкость. В дросселе (3) понижаются как давление (р3 – р4)‚ так и температура (T1-T2). В теплообменнике (4) давление (р2) и температура (T2) остаются неизменными

Поступив в теплообменник — испаритель‚ рабочее вещество‚ смесь пара и жидкости‚ отдает холод теплоносителю и забирает тепло у холодильного агента‚ подсушиваясь одновременно. Процесс происходит при постоянных показателях давления и температуры. Насосы подают жидкость с низкой температурой к фанкойлам. Пройдя этот путь, холодильный агент возвращается в компрессор‚ чтобы снова повторить весь парокомпрессионный цикл.

Что может парокомпрессионный чиллер

В холодное время чиллер может работать в режиме природного охлаждения — это называется фрикулинг. При этом теплоноситель охлаждает уличный воздух. Теоретически использовать свободное охлаждение можно при внешней температуре менее 7⁰С. На практике оптимальная температура для этого 0⁰.

При настройке на режиме «тепловой насос» чиллер работает на отопление. Цикл претерпевает изменения‚ в частности, конденсатор и испаритель обмениваются своими функциями. В этом случае теплоноситель нужно подвергать не охлаждению, а нагреву.

Наиболее простыми являются моноблочные чиллеры. В них компактно объединены в одно целое все элементы. Они поступают в продажу укомплектованными на 100% вплоть до заправки хладагентом

Этот режим наиболее часто используют в больших офисах‚ общественных зданиях‚ на складах.Чиллер является холодильным агрегатом, дающим холода больше в 3 раза, чем потребляет. Его эффективность как отопителя еще выше — он затрачивает электроэнергии в 4 раза меньше‚ чем дает тепла.

Преимущества

Чиллер-фанкойл отличается от аналогичных систем тем, что она:

• Проста в обслуживании. Фильтры легко чистить и можно быстро поменять
• Можно обслуживать большое число потребителей, то есть помещения, в которых установлены фанкойлы. Количество их определяется мощностью агрегата, чиллера.
• Устройство, нагревающее или охлаждающее теплоноситель, чиллер, установлено в одном месте. А это означает, что для его размещения не нужно много места.
• Если трубы имеют качественную теплоизоляцию, а носитель тепла, — высокую теплоемкость, то расстояние до помещений, в которых производится кондиционирование, от чиллера не имеет значения. Устанавливать его можно на значительном удалении. В случае использования газа это преимущество исчезает.
• Невысокая стоимость монтажных работ. Она обусловлена использованием в системе обычных труб, стандартной запорной арматуры, простой автоматики.
• Экологически чистая. Теплоноситель – вода или смешанный с водой этиленгликоль. Последний хоть и токсичен, но отравиться им можно только при длительном вдыхании его паров. Но при первом же попадании вовнутрь организма он вызывает мучительный кашель и вынуждает покинуть помещение. Хладагент, который и представляет определенную опасность, обращается только в чиллере. А он монтируется либо на чердаке, либо, если устройство выполнено в виде моноблока — на крыше.
• Систему можно применять вместе с вентиляцией, предпочтительней с приточно-вытяжного типа, и с отоплением.
• Сравнительно невысокая стоимость самой системы.

Устройство и принцип работы системы чиллер-фанкойл

Это оборудование универсально в применении: оно позволяет во все сезоны поддерживать комфортный микроклимат в помещении, вне зависимости от этажности здания, его площади, конфигурации и типа.

Если рассматривать самую примитивную схему работы: в зависимости от заданных пользователем установок радиатор доводчика перемещает жидкость, которая наделяется именно той температурой, что соответствует конкретной поставленной цели. Вода нагревает или охлаждает воздух вокруг рабочего элемента. Вентилятор, в свою очередь, принудительно направляет этот воздух в помещение.

Принцип работы системы чиллер-фанкойл

Усовершенствованные модели также способны смешивать внутренний воздух и уличный. Доводчик пропускает носитель через радиатор, придает ему требуемую температуру в непрерывном цикле. Чтобы устройство не работало «вхолостую», в нем предусмотрены особые обходные трубопроводы, имеющие вентили и термоэлектрические приводы.

Конденсат, неизбежно возникающий на радиаторе, выводится с помощью приемного лотка. Дренажный насос, функционирующий в тандеме с поплавковым клапаном, удаляет из сборника накопленную влагу и направляет ее в приемную трубу, а оттуда – в канализационный сток.

Системы кондиционирования могут иметь воздушное либо водяное охлаждение. По критерию особенностей конденсатора можно найти модели выносного либо встроенного типа. Обогрев может осуществляться с применением теплового насоса или без такового. Далее будут рассмотрены ключевые конструктивные особенности каждого рабочего элемента, входящего в высокопродуктивную связку.

Чиллер – это кондиционер, пропускающий через испаритель антифриз или воду. Жидкость через систему трубопроводов подается к фанкойлам, установленным в отдельных помещениях. Связка работает также, как и сплит-системы. Чиллер и фанкойлы может разделять значительное расстояние – этот показатель зависит лишь от мощности внедренного с схему насосного оборудования. Чиллер работает с несколькими фанкойлами, в зависимости от его производительности устанавливается максимально допустимое число связанных сегментов системы кондиционирования.

Чиллеры бывают парокомпрессионными и абсорбционными. Последние реализуются в высоком ценовом сегменте, они крупные и могут использоваться не во всех типах зданий. Парокомпрессионные модели, в свою очередь, делятся на:

• наружные (работают на базе осевых вентиляторов, имеют воздушное охлаждение);
• внутренние (обладают водяным охлаждением, в них устанавливается центробежный вентилятор, обеспечивающий движение воздушных масс);
• реверсивные (могут работать на охлаждение и нагрев).

Пример реверсивного чиллера

Фанкойл – это оборудование, принимающее охлажденный носитель, оно отвечает за циркуляцию воздуха в обслуживаемом помещении. Встроенный вентилятор помогает смешивать уличные и внутренние потоки, отправлять в нужном направлении образовавшуюся смесь.

Выделяют несколько видов фанкойлов:

• напольные;
• настенно-потолочные;
• настенные;
• потолочные.

Пример потолочного фанкойла

Кассетные внутренние блоки способствуют охлаждению, нагреву и равномерному распределению воздушных масс в помещениях, в которых установлено подвесное потолочное оборудование. Благодаря подобному устройству маскируются рабочие элементы системы кондиционирования, сводятся к минимуму сопутствующие шумы. В этом случае воздушные потоки могут распределяться не более чем по 2-4 направлениям.

Канальные фанкойлы монтируют непосредственно в вентиляционную шахту. Для забора воздуха используются обособленные воздуховоды, для вывода отработанных масс применяются каналы, обустроенные за подвесными потолочными сегментами. Подобные модели доводчиков характеризуются высокой производительностью, их активно берут на вооружение при строительстве складов, торговых залов и прочих помещений с большой площадью.

Разновидности чиллеров

Надо сказать, что фреон в системе все равно присутствует и находится он внутри холодильной машины. То есть, принцип работы чиллера, как и кондиционера, заключается в переносе тепла рабочим телом (фреоном) от одной среды к другой. В нашем случае тепло отбирается испарителем чиллера от нагретой в фанкойле воды и передается окружающему воздуху либо снова воде, что служит своего рода посредником – охладителем конденсационного блока.

Напомним, что фреон, — это газ, переходящий при стандартных условиях в жидкое агрегатное состояние. Это свойство использует устройство чиллера, где фреон испаряется в теплообменнике – испарителе. Происходит это за счет отбора энергии для парообразования у нагретой в фанкойлах воды. В результате последняя снова уходит в здание на охлаждение воздуха, а фреон, нагнетаемый компрессором, попадает во второй теплообменник – конденсатор, где он охлаждается и снова возвращается в жидкое состояние.

Процесс конденсации во втором теплообменнике чаще всего происходит под воздействием наружной среды, этот принцип использует чиллер с воздушным охлаждением. Для достижения высокой эффективности процесса воздух прогоняется сразу сквозь несколько радиаторов с помощью осевых вентиляторов, обеспечивающих потребный расход.

В климатических системах больших зданий часто задействованы чиллеры с водяным охлаждением, чей принцип действия мало чем отличается от воздушного агрегата. Только здесь для конденсации фреона установлен другой тип теплообменника, в котором циркулирует вода, она служит охладителем вместо воздуха.

Принцип работы установки с водяным охлаждением

В результате получается более дорогая и сложная схема с дополнительным контуром водяного охлаждения, зато холодопроизводительность такой системы выше, нежели у воздушной. Сложность и дороговизна возникают из-за того, что саму охлаждающую конденсатор воду тоже надо охлаждать, но теперь уже с помощью воздуха, а для этого требуется дополнительная установка – градирня (драйкулер). Функционирует она просто: вода проходит через несколько радиаторов, на каждом из которых установлен осевой вентилятор большой производительности, прогоняющий сквозь него мощный поток воздуха.

Элементы и сфера применения оборудования

Чиллер – внешний блок мултизонального оборудования

Устройством для охлаждения служит чиллер. Он представляет собой внешний блок, производящий и подающий холод по комплексу трубопроводов, внутри которых происходит циркуляция этиленгликоля или воды. В этом состоит принципиальное отличие от сплит-систем, где в качестве хладагента выступает фреон, передача которого осуществляется по дорогостоящим трубам из меди.

В системе чиллер-фанкойл используются обычные водопроводные трубы (металлические или ПВХ) с надежной изоляцией. В связи с этим оборудование значительно дешевле. Температура наружного воздуха не влияет на эффективность работы системы. Сплит-система теряет работоспособность уже при температуре внешней среды -10 градусов по Цельсию.

Работу внутреннего блока выполняет фанкойл. С его помощью осуществляется прием охлажденной жидкости и передача холода в помещение. После того как жидкость окончательно нагрелась, она передается обратно в чиллер. Фанкойлы устанавливаются в каждом помещении и работают по индивидуальной программе.

Сфера применения:

• гипермаркеты;
• крупные гостиницы;
• подземные сооружения;
• торговые комплексы.

Энергоэффективные компресоры

Обслуживание подобных компрессоров трудоемко и требует высокой квалификации персонала. В последние годы на рынке появились новые компрессора типа SCROLL, которые лишены характерных недостатков поршневых и винтовых компрессоров. Scroll-компрессоры обладают высокой энергетической эффективностью, низким уровнем шума и вибраций и не нуждаются в обслуживании. Этот тип компрессоров прост по конструкции, очень надежен и, вместе с тем, недорог. Однако, производительность Scroll-компрессоров, как правило, не превышает 40 кВт.

Применение в современных чиллерах множества небольших, но очень надежных компрессоров типа Scroll, а также нескольких холодильных контуров, позволило получить очень «маневренный» чиллер, который способен с высокой точностью выдавать требуемую холодильную мощность. Очевидно, что применение такого чиллера делает ненужным установку насосной станции, а широкий выбор встраиваемых в корпус чиллера насосов разной производительности решает все вопросы, связанные с циркуляцией охлажденной воды. Особо следует выделить очень маленькие пусковые токи нового оборудования. Ведь пуск небольших Scroll-компрессоров, имеющих низкое электропотребление, происходит поочередно, в соответствии с возрастанием нагрузки на агрегат.

У всех чиллеров последних поколений современная микропроцессорная система управления позволяет регулировать установленное значение температуры воды на выходе из чиллера в соответствии с параметрами наружного воздуха, технологическими процессами или командами от централизованной системы управления (диспетчеризации). С экономической точки зрения, использование большого числа Scroll-компрессоров и установка встроенного циркуляционного насоса вместо отдельной насосной станции оказывается более выгодным вариантом, чем применение дорогих, мощных и сложных полугерметичных компрессоров.

Описание климатического оборудования

«Чиллер-фанкойл» – система вентиляции, обеспечивающая кондиционирование воздуха за счет использования в качестве охладителя незамерзающей жидкости (антифриза или растворов на основе этилен-гликоля).

В комплектацию входят:

• чиллер – агрегат, охлаждающий теплоноситель;
• фанкойл – местный теплообменник с вентилятором, пропускающий через себя нагретый или охлажденный воздух;
• емкость для нагрева воды – заменяет чиллер в холодное время года;
• насосные агрегаты, обеспечивающие циркуляцию охлаждающей жидкости между чиллером и фанкойлом;
• расширительная и накопительная емкости;
• блок, осуществляющий управление системой кондиционирования в целом.

Оборудование может быть установлено в любом здании и использоваться для кондиционирования воздуха в отдельно взятой комнате или во всех помещениях. При организации системы в больших зданиях дополнительно требуется оснащение воздуховодами и трубопроводами, обеспечивающими приток и циркуляцию воздуха и охлаждающей жидкости. При этом один чиллер будет подавать охлажденный раствор на несколько фанкойлов.

Система кондиционирования

Основные преимущества системы «чиллер-фанкойл»:

• использование в качестве охладителя незамерзающих жидкостей, обеспечивающих работоспособность системы при отрицательной температуре окружающего воздуха;
• возможность постепенного наращивания мощности системы, что допускает поэтапный ввод в эксплуатацию;
• управление фанкойлами и всей системой в целом осуществляется при помощи встроенного или выносного пульта управления;
• неограниченная удаленность внутренних блоков от места расположения чиллера (зависит только от мощности насосного оборудования).

Выбор фанкойлов

Подбирая фанкойл для конкретного помещения, специалисты в первую очередь обращают внимание на:

• холодопроизводительность устройства (объем воздуха, который требуется охладить в течении одного часа);
• длину воздушного потока;
• тип и геометрические размеры помещения (длина, ширина, высота, объем, наличие окон и пр.).

Важное значение имеет место предполагаемой установки. Если агрегат будет использоваться для обогрева помещения, его целесообразно располагать ближе к полу, а если для охлаждения – как можно ближе к потолку

Принцип действия системы

Современная система чиллер – фанкойл призвана поддерживать температурный режим внутри всего здания круглогодично. То есть, система может обеспечивать как охлаждение, так и нагрев воздушной среды. При этом температура в комнатах может регулироваться в соответствии с пожеланиями домовладельца. В летнее время главную роль здесь играет охлаждающее устройство – чиллер. Его задача – выработать холод и подать его внутрь здания, используя трубопроводы с хладоносителем, что зимой играет роль теплоносителя.

В качестве хладоносителя выступает, как правило, обычная очищенная вода, реже – незамерзающее вещество – этиленгликоль. Последний по своей теплоемкости не уступает воде, оттого успешно применяется вместо нее как в системе хладоснабжения, так и отопления. Далее, по трубам вода с низкой температурой поступает в другой теплообменный агрегат – фанкойл, установленный в каждом помещении. В его теплообменнике вода нагревается, передавая свой холод воздуху комнаты, после чего возвращается обратно в чиллер.

Потолочный фанкойл

По сути, основные элементы системы чиллер-фанкойл напоминают детали кондиционера, — наружный блок (чиллер), внутренний блок (фанкойл) и соединяющие их трубопроводы с хладагентом. Только вместо фреона по трубам течет вода, а внутренних блоков может быть сколько угодно, это зависит от холодопроизводительности чиллера.

Поскольку работа чиллера зависит от потребности в холоде, а она непостоянна, то в промежуточном гидравлическом модуле схемы имеется емкость – аккумулятор для хладоносителя, а для компенсации теплового расширения воды к трубопроводу подачи подключен расширительный бак. Необходимость в насосе для перекачки хладоносителя очевидна, что и показано на схеме.

Соединение чиллера и фанкойлов через гидравлический модуль

Как было сказано выше, данная климатическая система относится к воздушным и в зимнее время может работать на обогрев помещений, только хладагент, охлаждающий воздух, становится теплоносителем и нагревается котельной установкой. Благодаря этому подобные схемы задействованы для поддержания микроклимата в зданиях крупных торговых центров, кинотеатров и прочих строениях с большими габаритами.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin