Центробежные чиллеры Daikin, часть 1

Спрос на водоохлаждающие машины с турбокомпрессорами, или, говоря на профессиональном сленге, центробежные чиллеры (рис. 1), уверенно растет последние несколько лет. Это обусловлено уникальным сочетанием потребительских характеристик центробежных чиллеров: самой высокой в отрасли энергоэффективностью среди чиллеров и единичной производительностью при очень высокой компактности.

Активное развитие «центробежного» чиллерного направления пришлось на середину шестидесятых годов прошлого столетия. В этот период японская корпорация Daikin и четыре американские компании интенсифицировали разработки в области центробежного компрессоростроения и вывели на внутренние и мировой рынки целый ряд центробежных чиллеров, работавших на различных хладагентах. В последние 15 лет на рынок центробежных чиллеров пришли китайские, итальянские и корейские производители. При этом три четверти рынка центробежного компрессоростроения сегодня попрежнему принадлежат компании Daikin и ведущим корпорациям США. Долю рынка центробежных чиллеров на территории Украины сегодня можно оценить в размере 3–5 %, что в 2–3 раза ниже, чем в Европе. Это объясняется в первую очередь тем, что в Украине пропорционально ниже количество крупных объектов, ну и, конечно, климатическими особенностями нашей страны. У нас основная доля рынка чиллеров приходится на холодопроизводительности 50–350 кВт, а наши заказчики ментально и материально не готовы применять в этом сегменте центробежные машины.

Рис. 1. Центробежный чиллер Daikin.

Центробежные чиллеры на территории Украины сегодня востребованы в диапазоне холодопроизводительности выше 1 МВт, что объясняется в первую очередь экономической целесообразностью. Прежде всего, это технологическое холодоснабжение в нефте- и газоперерабатывающей, химической, электронной, пищевой и других областях промышленности, а также комфортное кондиционирование таких мегаобъектов, как аэропорты, торгово‑развлекательные комплексы, огромные высотные офисные и административно-общественные здания.

В линейке чиллеров Daikin с водяным охлаждением конденсатора представлены чиллеры от 13 кВт до 9 МВт (рис. 2).

Рис. 2. Линейка чиллеров Daikin с водяным охлаждением конденсатора.

При холодопроизводительностях до 200 кВт чиллеры Daikin комплектуются компрессорами спирального типа, как наиболее энергоэффективными в данном диапазоне, и винтовыми.

В диапазоне свыше 200 кВт присутствуют чиллеры различных модификаций с винтовыми компрессорами, отличающиеся применяемыми хладагентами, энергоэффективностью и компактностью, а также центробежные машины.

Есть интересные предложения от Daikin: чиллеры, работающие на R134a, с водяным охлаждением конденсатора и безмасляным центробежным компрессором с подшипниками на магнитном подвесе EWWD-FZ-XS (114–1 048 кВт) и DWME (1 400–1 900 кВт). Это наиболее энергоэффективные машины в отрасли: их холодильный коэффициент EER на номинальном режиме составляет 6,5, а сезонный ESEER достигает 10.

Для решения проблем холодоснабжения в диапазоне 300 кВт – 9 МВт «Планета Климата» предлагает своим клиентам чиллеры Daikin с одним центробежным компрессором (серия DWSC, 300–4 500 кВт) и двумя центробежными компрессорами (серия DWDC, 600–9 000 кВт).

Конструктивные особенности центробежного компрессора и качество его изготовления оказывают наибольшее влияние на надежность и энергоэффективность чиллера.

Daikin в своих центробежных чиллерах использует следующие передовые технические решения.

Герметичный компрессор (электродвигатель и компрессор размещены в одном корпусе), что обеспечивает:

• низкий уровень шума;
• охлаждение двигателя холодильным агентом (увеличен срок службы двигателя).

Одноступенчатый компрессор (рис. 3):

• нет потерь между ступенями;
• предпосылки к максимальной эффективности.

Рис. 3. Одноступенчатый компрессор Daikin.

Привод компрессора через повышающую зубчатую передачу:

• изменением передаточного отношения мультипликатора на стадии проектирования можно оптимизировать обороты рабочего колеса и адаптировать компрессор к заданным условиям эксплуатации;
• при более высоких оборотах снижается уровень вибраций и их воздействие на окружающие конструкции здания;
• на высоких оборотах ротора используются надежные гидродинамические подшипники.

Инверторый привод компрессора:

• инвертор используется для управления оборотами компрессора при изменении температурных условий эксплуатации;
• инвертор используется для обеспечения плавного пуска и минимизации негативных влияний высоких пусковых токов;
• обеспечивается оптимизация рабочего числа оборотов для снижения уровня звукового давления.

Уникальная технология регулирования работы компрессора в условиях переменных нагрузок и температурных режимов работы.

Регулирование нагрузки – наиболее сложная задача для центробежного компрессора. Невозможно снижать расход хладагента изменением числа оборотов, поскольку от окружной скорости зависит создаваемый компрессором перепад давлений, который для поддержания высокой энергоэффективности следует регулировать в соответствии с перепадом температур кипения и конденсации. Для оптимального управления по двум входным независимым параметрам – величине тепловой нагрузки и температуре конденсации – недостаточно управлять только числом оборотов ротора. Когда сокращается расход хладагента при постоянном числе оборотов (температура конденсации и кипения неизменны), возникают обратные потоки хладагента, что приводит к существенному снижению энергоэффективности (рис. 4).

Рис. 4. Сокращаени расхода хладагента при постоянном числе оборотов.

Для исключения возможности возникновения «помпажа» и минимизации влияния «паразитных» потоков Daikin применяет уникальную технологию.

Регулирование числа оборотов (степень сжатия) обеспечивает инверторный привод компрессора.

Регулирование производительности обеспечивает, помимо входного направляющего аппарата с поворотными лопатками, специальный управляемый клапан, который сужает выпускной канал при частичной нагрузке (при необходимости сокращения расхода хладагента).

Компрессор с системой регулирования Daikin позволяет понизить производительность до 10%, а чиллер со сдвоенными компрессорами – до 5% от номинального значения. При этом традиционно используемый многими производителями для регулирования расхода в центробежных чиллерах принцип байпасирования сжатого газа на всасывание позволяет достичь лишь уровня 15–20% от номинальной нагрузки, при этом являясь самым неэкономичным.

В области холодопроизводительностей выше 200 кВт конкурируют два типа компрессоров: винтовые и центробежные. Причем область холо-допроизводительностей свыше 2 МВт по праву принадлежит центробежным компрессорам. Винтовые компрессоры, характеризующиеся в этом диапазоне высокой энергоэффективностью, обладают хорошей регулируемостью, адаптацией к переменным нагрузкам и температурным условиям, высоким значением ESEER. Центробежные компрессоры прежних поколений рассматривались как машины высокоэффективные, но скорее однорежимные, с узким диапазоном регулирования, хорошо вписывающиеся в работу многокомпрессорных холодильных станций, но малоэффективные при пониженных тепловых нагрузках и температурных условиях эксплуатации, отличных от номинальных. На этом различии, как правило, и базировался выбор того или иного типа компрессора.

Сейчас, когда появились центробежные чиллеры с инверторным управлением и экономичным регулированием холодопроизводительности, интерес к ним возрастает, поскольку, имея преимущества по энергоэффективности на номинальном режиме, центробежные машины уже несколько выигрывают у винто вых и на режимах неполных нагрузок.

Продолжение наших рассуждений о месте центробежных чиллеров на рынке климатической техники Украины РФ в следующей части статьи.

> > > Статья «Центробежные чиллеры Daikin, часть 2»

Правила использования материалов сайта