Современные тенденции в конструировании чиллеров с воздушным охлаждением

В Японии на долю холодильных машин с воздушным охлаждением конденсатора — как работающих только на холод, так и способных функционировать в режиме теплового насоса — приходится почти половина рынка чиллеров.

Действующие в Японии строгие требования к мощному холодильному оборудованию, где газы находятся под высоким давлением, предписывают принимать дополнительные меры безопасности при установке чиллеров мощностью свыше 120 л.с.

По этой причине основу парка чиллеров с воздушным охлаждением в Японии составляют устройства мощностью от 40 до 120 л.с., укомплектованные винтовыми компрессорами мощностью до 60 л.с. Основным хладагентом в данном сегменте является R134a. Лишь чиллеры небольшой мощности (до 30 л.с.), сконструированные на базе спиральных или ротационных компрессоров, являющиеся частью полупромышленных систем кондиционирования, используют R410A.

Около 10 лет назад холодильные машины с воздушным охлаждением мощностью 40–120 л.с. стали использоваться в составе модульных чиллеров. Объединение нескольких холодильных машин-модулей позволило добиться максимальной холодопроизводительности в 1500 л.с. При этом относительно небольшая мощность каждого отдельного модуля позволяла обойти строгие требования к мощному оборудованию, использующему газы под высоким давлением. Еще одно преимущество модульных систем — возможность индивидуального управления производительностью каждого модуля, что позволяет добиться высокой эффективности при неполной нагрузке.

В первых модульных чиллерах применялись поршневые компрессоры, работающие на хладагенте R407C. Затем появились устройства с мощными спиральными и ротационными компрессорами и DC-инверторным управлением, использующие R410A. Сегодня модульные чиллеры выпускают и продают практически все японские производители холодильных машин.

Изначально модульные чиллеры предназначались для замены существующего оборудования. Позже развитие технологий позволило увеличить максимальную холодопроизводительность модульных систем до 6400 л.с., что соответствовало мощности центробежных и абсорбционных чиллеров. Кроме того, со временем модульные чиллеры сравнялись с центробежными и по эффективности. Сегодня модульные системы применяются в самых разных областях: от кондиционирования объектов коммерческой недвижимости до тепло- и холодоснабжения производственных процессов.

Модульные конструкции

На сегодняшний день модульные чиллеры, представленные на японском рынке, — это системы, состоящие из модулей мощностью 30–60 л.с. Каждый модуль имеет несколько холодильных контуров и укомплектован несколькими спиральными или ротационными компрессорами. Кроме того, каждый модуль может управляться с помощью инвертора постоянного тока (DC-инвертора), что существенно повышает интегральный показатель эффективности при частичной нагрузке (IPLV) всей системы.

В отличие от винтовых чиллеров, модульные системы используют хладагент R410A, термодинамические характеристики которого позволяют уменьшить диаметр труб фреоновой магистрали и габариты теплообменников.

Одной из проблем, с которой сталкиваются конструкторы модульных чиллеров, стало обеспечение однородного воздушного потока через несколько соединенных теплообменников. Для решения этой проблемы используются теплообменники необычных форм.

Модульная технология позволяет значительно сократить площадь, занимаемую чиллером. Как правило, для установки модульной системы требуется на 30–60% меньше места, чем для традиционных отдельно стоящих чиллеров той же совокупной мощности. Для производителей изготовление стандартных модулей позволяет значительно сократить затраты. Кроме того, в некоторых модулях используются те же компоненты, что и в полупромышленных системах кондиционирования, что позволяет еще более снизить производственные расходы за счет унификации комплектующих.

Гибкость

В случае модульных систем требуемая производительность обеспечивается объединением нескольких модулей небольшой мощности (до 60 л.с.). Такая конструкция позволяет при необходимости наращивать холодильную мощность уже установленных систем. Модульность также дает большую свободу при размещении оборудования. Кроме того, комбинируя в одной системе модули, работающие только на охлаждение и способные функционировать в режиме теплового насоса, производители могут создавать системы, наилучшим образом удовлетворяющие потребности заказчиков в охлаждении и обогреве.

Интегрированное управление

В модульных чиллерах используются контроллеры для обеспечения интегрированного управления всей системой. Эти контроллеры управляют производительностью каждого модуля и в случае модулей-тепловых насосов используются для организации разморозки. Результат такого подхода — высокая энергоэффективность и надежность системы.

В качестве стандартного или дополнительного оборудования каждый модуль может оснащаться водяным насосом, управляемым с помощью контроллера. Это еще более снижает энергопотребление всей системы за счет реализации схемы с переменным объемом воды (VWV).

Простота монтажа и обслуживания

Отдельные модули имеют небольшие габариты, что серьезно упрощает их транспортировку и монтаж. Так как модульная система, как правило, занимает меньше места, чем традиционный чиллер такой же производительности, при замене традиционного чиллера модульным высвобождается полезная площадь. Возможность оснащения каждого модуля индивидуальным насосом для охлаждаемой воды дает возможность существенно сэкономить на установке насосного оборудования и прокладке трубопроводов.

Так как модульная схема предполагает наличие множества отдельных блоков с независимыми холодильными контурами, выход одного модуля из строя не приводит к остановке всей системы. Кроме того, такая компоновка позволяет организовать ротацию модулей для равномерной выработки ресурса, что существенно повышает надежность системы.

Перспективные направления

Благодаря возможности создания чиллеров, точно соответствующих требованиям к производительности и занимаемой площади, модульная компоновка представляется весьма перспективной для использования не только для кондиционирования воздуха, но и для промышленного охлаждения. Дополнительные преимущества обеспечивает возможность реализации режима теплового насоса.

В 2014 году в Японии было продано 9885 холодильных машин с воздушным охлаждением, из них около 6700 машин представляли собой модульные чиллеры. В настоящее время основным рынком для таких машин является Япония, однако производители рассматривают возможность освоения зарубежных, прежде всего — азиатских рынков.

Правила использования материалов сайта