Чилери: повітроохолоджувані і водоохолоджувані

У чилерах з повітряним охолодженням вода охолоджується за допомогою випарника, а для відводу тепла вентилятори проганяють повітря через конденсатор. Якщо змінити напрямок руху холодоагенту і використовувати повітряний теплообмінник як випарник, чилер перетвориться в тепловий насос «повітря — вода», що нагріває воду для опалення і гарячого водопостачання.

Водоохолоджувані чиллери також використовують випарник для охолоджування води, а тепло відводять за допомогою конденсаторів з водяним охолодженням або градирень. Якщо на об'єкті є необхідність не тільки в холоді, але і в теплі, можна використовувати воду, що пройшла через конденсатор. У цьому випадку чилер виступає у ролі теплового насоса «вода — вода». Відносна простота утилізації (рекуперації) непридатного тепла - особливість даного типу чилерів.

Продуктивність повітроохолоджуваних чилерів для систем кондиціонування продовжує зростати, збільшуються і масштаби об'єктів, на яких вони використовуються. Якщо раніше мова йшла про невеликі системи, холодильна потужність яких не перевищувала 2110 кіловат, то зараз нерідко можна зустріти системи продуктивністю понад 3500 кіловат, що використовують кілька чилерів відразу.

У той же час чилери з водяним охолодженням на основі спіральних, гвинтових і відцентрових компресорів застосовуються не тільки для кондиціонування, але і для виробництва холоду в промислових цілях. Діапазон холодопродуктивності агрегатів на базі таких пристроїв становить від 70 до 21 100 кіловат.

Ринкові тенденції

Структура попиту на різні чилери сильно змінюється у залежності від регіону.

Чилери з повітряним охолодженням, у тому числі працюючі у режимі теплового насоса, особливо популярні в США, країнах Європи і Японії. При цьому якщо в Японії та Китаї основна частка повітроохолоджуваних чилерів на ринку — це теплові насоси, то в США переважають машини, що працюють тільки у режимі охолодження.

На таке становище значною мірою впливають кліматичні умови і доступність водних ресурсів. На Близькому Сході, де вода дуже дорога, повітряне охолодження використовується практично у всіх чилерах, за винятком пристроїв відцентрового типу.

Мал. 1. Ринковий попит на повітро-/водоохолоджувані чилери.
* За винятком абсорбційних холодильних машин.

Співвідношення попиту на водоохолоджувані чилери з електричним приводом компресора і на машини з повітряним охолодженням залишається незмінним протягом останніх десяти років. Проте в Північній Америці ринок повітроохолоджуваних пристроїв зростає швидше, ніж сектор агрегатів з водяним охолодженням.

Мал. 2. Тенденції ринку холодильних машин.

Діапазон потужностей та продуктивності

Так як повітряні теплообмінники крупніше водяних тієї ж холодопродуктивності, габарити чилерів з повітряним охолодженням більше, ніж з водяним. Габарити і вага є фактором, що обмежує максимальну потужність повітроохолоджуваних холодильних машин.

Використовуючи вантажний контейнер, можна перевезти чилер з повітряним охолодженням холодопродуктивністю не більше 2110 кіловат. Однак з появою модульних конструкцій транспортування та монтаж потужних повітроохолоджуваних чилерів помітно спростилися.

На ринку США найбільш затребувані чилери з повітряним охолодженням продуктивністю близько 700 кіловат. 75% продажу припадає на моделі холодопродуктивністю до 880 кіловат. Серед водоохолоджуваних чилерів з компресорами об'ємного стиснення (не відцентровими) попитом користуються моделі холодильної потужністю 1055 кіловат, їх частка становить приблизно 80%. Якщо потрібна більш висока потужність охолодження, використовують відцентрові чилери з водяним охолодженням. Останнім часом, з появою невеликих безмастильних відцентрових компресорів, популярність відцентрових чилерів меншою холодопродуктивності значно зросла.

Так як ефективність теплообміну між повітрям і холодоагентом істотно менше, ніж між водою і холодоагентом, температура конденсації у повітроохолоджуваних конденсаторів вище, ніж у охолоджуваних водою. Отже, більше й різниця температур конденсації і випаровування. Тому енергоспоживання повітроохолоджуваних чилерів вище.

Міжнародний стандарт ANSI/ASHRA/IES90.1 визначає мінімальні коефіцієнти продуктивності при повному навантаженні і інтегральні показники ефективності при частковому навантаженні (IPLV) для різних типів чилерів з урахуванням їх потужності. Конкретні цифри згідно останньої редакції стандарту наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. Мінімальна ефективність згідно стандарту ANSI/ASHRA/IES90.1

З таблиці бачно, що ефективність водоохолоджуваних чилерів з компресорами об'ємного стиснення повинна бути майже в 1,8 рази вище, ніж у пристроїв з повітряним охолодженням. Ефективність же відцентрових чилерів при тій же холодопродуктивності - ще вище. Однак для чилерів з водяним охолодженням необхідно враховувати ще й енергоспоживання водяних насосів і вентиляторів градирень. При цьому приріст ефективності при частковому навантаженні за рахунок зниження зовнішньої температури у чилерів з повітряним охолодженням набагато вище, ніж у чилерів з водяним охолодженням, у тому числі і відцентрового типу.

Перевага ж водоохолоджуваних чилерів з компресорами об'ємного стиснення — зручність транспортування і висотного монтажу.

Вартість

Вартість чилерів сильно залежить від регіону, потужності та ефективності. Згідно з даними JARN, середня ціна чилера холодильною потужністю 1055 кіловат на ринку США складає приблизно 100–155 доларів США за кіловат для пристроїв з повітряним охолодженням, що працюють тільки у режимі холодильної машини, і 70–85 доларів США за кіловат для гвинтових чилерів з водяним охолодженням. Середня ціна відцентрового чилера холодопродуктивністю 1055–1760 кіловат, як правило, нижче, ніж у водоохолоджуваних чилерів з компресорами об'ємного стиснення аналогічної потужності.

Незважаючи на те що водоохолоджувані чилери самі по собі дешевше пристроїв з повітряним охолодженням, їх використання вимагає додаткових витрат. Сюди входить вартість будівництва градирні, прокладання трубопроводів для охолоджуючої та охолодженої води, монтажу електричних дротів. У результаті загальна сума капітальних витрат для чилера з повітряним охолодженням може виявитися менше, ніж для водоохолоджуваних.

Окрім капітальних витрат, вартість життєвого циклу системи на базі чилера входять витрати на експлуатацію (оплата споживаної енергії) і обслуговування (водопідготовка, чистка теплообмінників тощо). Термін служби чилера при цьому залежить від якості складання і монтажу, кліматичних умов, вартості робочої сили та інших факторів. Існує безліч досліджень, присвячених оцінці загальної вартості чилерных систем. Однак слід пам'ятати, що вибір типу чилера зазвичай робиться виходячи не тільки з його вартості, але й інших обставин: доступності водних ресурсів, наявності кваліфікованого обслуговуючого персоналу, уподобань замовника.

Перспективні напрямки в конструюванні

Модульний дизайн

В чилерах з повітряним охолодженням холодильною потужністю до 700 кіловат зазвичай використовуються спіральні і ротаційні компресори, в пристроях холодильною потужністю від 350 кіловат знаходять застосування і компресори гвинтового типу.

Близько десяти років тому на ринку з'явилися повітроохолоджувані холодильні машини модульного типу, які складаються з невеликих однотипних чилерів холодопродуктивністю близько 90 кіловат. З розробкою потужних спіральних компресорів модульні конструкції стали дуже популярні в Японії. Такі пристрої працюють на холодоагенті R410A і мають компактні теплообмінники і трубопроводи.

Окремі блоки з незалежними холодильними контурами простіше доставити до місця монтажу і з них можна зібрати агрегат з необхідними параметрами. По потужності зібраний з модулів чилер може зрівнятися з холодильною машиною на основі відцентрового компресора. Так як кожен модуль має свій власний фреонопровід, при витоку холодоагенту в одному з них, інші можуть продовжувати роботу.

Модульна конструкція дозволила істотно розширити область застосування повітроохолоджуваних чилерів. Зараз в Японії багато потужних чилерів, у тому числі абсорбційних, які замінюються модульними системами. Виробники пропонують їх вже і для промислового застосування.

Використання у якості теплового насосу

Технологія опалення та отримання гарячої води за допомогою теплових насосів з електричним приводом компресора стала популярною, так як виробляє менше парникових викидів, ніж традиційні котли. Теплові насоси, що використовують у якості джерела тепла повітря, простіші в експлуатації, однак їх ефективність суттєво знижується при зменшенні зовнішньої температури або ж у тих випадках, коли потрібно підвищити температуру нагрівання води.

В промисловості, а також при вільному доступі до незамерзаючих природних водоймищ, геотермальної енергії або викидному теплу виробничих процесів зазвичай використовують водяні теплові насоси.

Новітні промислові теплові насоси, як правило, мають гвинтові компресори і здатні нагрівати воду до 65–70°C Нещодавно були створені теплові насоси, що здатні одночасно нагрівати воду до 90°С і охолоджувати до 7°С. Крім того, розроблено пристрій, що подає на вихід гарячий пар температурою 100°C

Тривають роботи над створенням промислових повітряних теплових насосів. Так, нещодавно був сконструйований тепловий насос на базі двоступінчастого гвинтового компресора, що використовує у якості холодоагенту суміш гідрофторолефінів. Це пристрій, який нагріває воду до 90°С при зовнішній температурі 25°С. Здатні нагрівати воду до 90°С і двокаскадні повітряні теплові насоси.

Правила використання матеріалів сайту