Вход для клиентов
Забыли пароль?
Чиллеры, фанкойлы
Холодильные системы: чиллер-фанкойл.
Чиллер - холодильная машина, предназначенная для охлаждения воды. Это основной источник холодоснабжения в комплексной климатической системе. Chiller в переводе с английского означает "охладитель" или охладительный прибор.
Отличительные черты систем с чиллерами и фанкойлами:
Системы с чиллерами и фанкойлами позволяют обеспечить независимое регулирование температуры одновременно в большом количестве помещений. Так называемые кондиционеры-доводчики (доводчики - жаргонное слово используемое работниками климатического рынка, означает устройство предназначенное для доставки холода в обслуживаемое помещение), располагаемые в обслуживаемом помещении - фанкойлы - могут произвольно включаться и выключаться, изменять свою холодо- или теплопроизводительность.
Область применения систем с чиллерами и фанкойлами:
-
Офисы
-
Гостинницы
-
Больницы
-
Торговые комплексы
Чиллер Daikin (Япония) |
Принципы работы систем с чиллерами и фанкойлами :
Охлаждение производится жидкостью, циркулирующей по системе трубопроводов от источника холода (чиллера) к конечному потребителю (фанкойлу). Чиллер в данной системе является охладителем жидкости. Чиллер представляет собой законченную холодильную машину, предназначенную для охлаждения жидкости (вода, незамерзающие жидкости). Некоторые модели чиллеров могут работать в режиме обогрева.
Фанкойлом называется агрегат, имеющий теплообменник с вентилятором, фильтр, пульт управления. Это устройство - почти то же самое, что и внутренние блоки обычных бытовых кондиционеров, за исключением того, что рабочая жидкость в нем не фреон, а вода либо специальные рассолы. Фанкойл устанавливается в помещении. Воздух из помещения подается вентилятором на теплообменник фанкойла, в котором он охлаждается или подогревается. В фанкойл может подаваться некоторое количество свежего воздуха от центрального кондиционера или приточной установки. В этом случае система с чиллерами и фанкойлами позволяет одновременно решать задачи вентиляции. Циркуляция жидкости от чиллера к потребителю обеспечивается насосными станциями.
Насосные станции представляют собой самостоятельный агрегат, имеющий циркуляционные насосы, расширительный бак, аккумулирующий бак, запорную арматуру и необходимую автоматику. Насосная станция может управляться чиллером или работать автономно.
Система с чиллерами-фанкойлами дает возможность вводить здание в эксплуатацию, постепенно наращивая количество потребителей. Кроме фанкойлов, в качестве потребителей могут использоваться теплообменники центрального кондиционера, какое-либо технологическое оборудование.
Возможности систем с чиллерами и фанкойлами:
-
Система обладает большой гибкостью при кондиционировании большого количества помещений. К одному чиллеру может подключаться большое количество фанкойлов, а также теплообменники центрального кондиционера или приточной вентиляционной установки. Каждый потребитель может работать практически независимо друг от друга изменять режим работы, включаться или отключаться.
-
Можно задавать не только общий тепловой режим всей системы, но и регулировать режим работы каждого фанкойла с выносного пульта управления либо вмонтированного в фанкойл, либо установленного на стене помещения.
-
Можно постепенно наращивать мощность и количество потребителей, что позволяет вво дить объект в эксплуатацию постепенно, отдельными этапами.
-
Предельное расстояние между чиллером и фанкойлом не лимитируется и опреде ляется возможностями насосной станции и теплоизоляцией трубопроводов. Распределительная сеть трубопроводов системы "чиллеров-фанкойлов" имеет, как правило, подающую и возвратную ветки, к которым параллельно подключены потребители.
Существуют как чиллеры, работающие только на охлаждение, так и чиллеры, способные работать в режиме теплового насоса (реверсивные чиллеры).
Преимущества чиллера по сравнению с фреоновыми системами: длина трассы между чиллером и фанкойлами может быть произвольной и зависит от мощности насоса, в отличие от мультизональных систем, в которых длина трассы ограничена мощностью компрессора наружного блока.
О сновная классификация чиллеров по типам происходит по способу охлаждения и подключения:
Чиллеры с воздушным охлаждением наружной установки (моноблок)
-
Чиллеры с воздушным охлаждением внутренней установки (моноблок)
-
Чиллеры с выносным конденсатором воздушного охлаждения
-
Чиллеры с водяным охлаждением (подключаются к внешней градирне или к проточной воде).
Разработка системы кондиционирования требует, как правило, наибольших капитальных затрат, это самая энергоемкая часть проекта. Кроме того, это наиболее сложная и дорогостоящая в эксплуатации подсистема, создаваемая с учетом таких критериев как первоначальные инвестиции, энергоснабжение и эксплуатационные расходы. Комплексное решение поставленных задач делает эту часть проекта многовариантной, а значит, требует аналитически обоснованных подходов.
Цель статьи - сравнительная оценка систем кондиционирования на базе чиллеров последнего поколения. Это поможет более взвешенно подходить к разработке концепций систем кондиционирования - как инвесторам, так и подрядным организациям.
Под холодильной станцией понимается комплекс оборудования, вырабатывающий охлажденную воду и насосные установки для транспортировки ее по трубопроводам системы холодоснабжения. Рассмотрим шесть вариантов таких станций на базе парокомпрессионных холодильных машин и один вариант на базе абсорбционного чиллера.
Рис. 1. Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора (вода) Вариант 1. В холодильной станции на базе чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки в качестве холодоносителя применяется вода.
Такое техническое решение наиболее экономичное и простое для проектирования и монтажа.
Существенные недостатки - работа только при плюсовых температурах, нерегулируемый высокий уровень звукового давления (≥ 62 дБА), угроза размораживания холодильной станции при неполном или несвоевременном сливе воды.
В таблице 1 даны основные характеристики холодильных станций различных типов. Расчет параметров производился на базе холодильного и теплового оборудования Carrier и насосов Wilo.
Вариант ХС Тип
холодильной станцииОтноси-
тельная стоимость*,
%СОР**
холодильной станцииМинимальный уровень звукового давления снаружи,
дБАМинимальная
наружная
темпера-
тура,°СВозможность встраивания системы
free-coolingРекомендации по
применению,
примечания1 Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора 100 2,8 62 +5 Нет - ограниченный бюджет
- охлаждение требуется только в летний период2 Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора + теплообменник гликоль/вода 130 2,3 62 -20 Да - охлаждение требуется только в летний и переходные периоды
- возможность встроить систему свободного охлаждения3 Чиллер со встроенной системой свободного охлаждения и теплообменником гликоль/вода 140 2,3 68 -40 Встроена - требуется круглогодичное охлаждение (технология, серверные и др.), при отрицательных наружных температурах воздуха работает как градирня (потреб- ление энергии в 10 раз меньше) 4 Чиллер с выносным конденсатором 140 2,7 40 -20 Нет - охлаждение требуется только в летний и переходные периоды 5 Чиллер с водяным охлаждением конденсатора + закрытая градирня 160 3,0 40 -40 Да - круглогодичное охлаждение
- возможность встроить систему свободного охлаждения6 Центробежный чиллер + испарительная градирня (расчет на ХС - 3 мВт) 90 4,8 55 -30 Нет - большие ХС (> 2 мВт)
- экономия электроэнергии
- низкие капитальные затраты7 Газовый абсорбционный чиллер + испарительная градирня 180 16 + 0,08 м3 газа на 1 кВт холода 55 -30 Нет - при дефиците или высокой стоимости подсоединения электроэнергии
- топливо: газ, солярка
- низкие эксплуатационные затратыРис. 2. Чиллер с воздушным отоплением конденсатора, теплообменник вода/ гликоль и градирня в варианте с системой free-cooling (опция) Вариант 2. Может быть выбрана холодильная станция, состоящая из чиллера с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки с незамерзающей жидкостью в качестве холодоносителя и теплообменника гликоль/вода. Чиллер, как правило, работает по температурному графику 5/10°С, а охлаждаемая вода после теплообменника имеет параметры 7/12°С.
По сравнению с первым этот вариант имеет ряд преимуществ. Нет необходимости сезонного опорожнения и заполнения гидравлической системы, отсутствует угроза размораживания испарителя чиллера. Система работает при отрицательных температурах наружного воздуха, а в холодный период года можно интегрировать в нее сухую градирню для режима свободного охлаждения.
Однако есть и существенные минусы - это удорожание холодильной системы примерно на 30% (без учета градирни), а также повышение энергопотребления за счет применения гликоля, более низких температур теплоносителя и добавления второго гидравлического контура. Кроме того, требуется дополнительная автоматика для предотвращения размораживания теплообменника гликоль/вода при запуске системы зимой, особенно при перерывах в эксплуатации.
Вариант 3. При применении воздухоохлаждаемого чиллера со встроенной градирней (для реализации режима свободного охлаждения) в холодный период года автоматика сама выбирает оптимальный режим работы - компрессоры, градирня или смешанный. Таким образом достигается максимальное энергосбережение. В ряде случаев, например, в технологических процессах, можно использовать этот тип холодильной станции без промежуточного теплообменника гликоль/вода.
.
.Вариант 4. Однако система примерно на 40% дороже по сравнению с первым вариантом. Круглогодично она
может работать только в южных регионах, свободное охлаждение возможно только как самостоятельная отдельная система, расстояние между чиллером и конденсатором не должно превышать 30 м. Минусом можно считать также большой объем фреона и необходимость высококвалифицированного монтажа.Система на основе чиллера внутренней установки с выносным конденсатором работает и при отрицательных температурах без угрозы размораживания. Уровень шума такой системы ниже, нагрузка на кровлю - меньше.
.
Вариант 5. Чиллер с жидкостным охлаждением конденсатора и сухая градирня -
Рис. 5. Чиллер с водяным охлаждением конденсатора, градирни, free-cooling такая холодильная станция имеет массу преимуществ: высокая энергетическая эффективность и отсутствие угрозы размораживания, круглогодичный режим работы (до -45°С), низкий уровень шума снаружи, уменьшение нагрузки на кровлю и защищенность чиллера. Режим свободного охлаждения может быть встроен с минимальными затратами - добавляется только теплообменник гликоль/вода. Система не имеет ограничений по расстоянию между чиллером и градирней, не требует сложного сезонного технического обслуживания. Однако по сравнению с первым вариантом ее стоимость выше примерно на 60%.
.
.
.Вариант 6. Наибольшей энергетической эффективностью (СОР ~ 6) отличаются водоохлаждаемые чиллеры с
Рис. 6. Центробежный чиллер принципиально другим типом компрессоров - центробежным. Эффективность увеличивается при снижении температуры охлаждающей жидкости, поэтому применяются испарительные градирни, позволяющие поддерживать температуру охлаждающей воды около 30°С. Такой вариант может быть актуален для крупных проектов с мощностью систем 3-20 мВт. Существенное преимущество - низкие капитальные затраты. Минусами является необходимость подпитки контура охлаждающей воды, а также то, что минимальная производительность чиллеров составляет 30% от номинала.
Рис. 7. Абсорбционный чиллер Вариант 7. Если нет необходимой энергетической мощности, но есть возможность присоединения к газопроводу, устанавливают газовый абсорбционный чиллер с водяным охлаждением. В качестве топлива можно использовать и привозной сжиженный газ. Как и в случае с центробежными чиллерами, здесь целесообразно применять испарительные градирни. Преимущества системы - минимальные относительные затраты потребляемой электроэнергии и высокая окупаемость. В холодный период года чиллер способен генерировать тепло для отопления и горячего водоснабжения. Однако капитальные затраты будут относительно высоки. Минимальная производительность такого чиллера составляет примерно 25% от номинала. Кроме того, требуется подпитка контуров охлаждающей воды.
Таблица сравнительных характеристик различных холодильных станций (табл. 1) дает необходимую, но недостаточную информацию для выбора. Требуются дополнительные данные, касающиеся специфики объектов и пожеланий заказчика. Сюда можно отнести: стоимость электроэнергии; стоимость присоединения дополнительной электрической мощности; стоимость сетевого природного газа; климатические условия региона; возможность применения испарительных градирен; желаемые сроки окупаемости дополнительных инвестиций; возможность наружной и внутренней установки холодильной станции; расчет эксплуатационных характеристик станции на частичных нагрузках (в течение года); требование к параметрам охлажденной жидкости; срок службы; стоимость годового технического обслуживания (работа + материалы); другие специфические требования.
Оптимальный выбор может быть сделан только в результате точных расчетов и «наложения» технического задания на возможности различных типов холодильных станций.
В качестве примера рассмотрим абстрактное техническое задание:
Задача: охлаждение серверной.
-
Требуемая холодопроизводительность: 1000 кВт.
-
Режим работы: круглосуточный, круглогодичный.
-
Газ: отсутствует.
-
Стоимость подключения электроэнергии: 1500 $/кВт.
-
Минимальная наружная температура:-40°С.
В этом случае возможно применение следующих ХС: вариант 5 с системой free-cooling и вариант 3. При этом вариант 3 на 20% дешевле в первоначальных затратах, а вариант 5 более энергосберегающий. По нашим расчетам (с учетом работы летом, зимой и в переходные периоды), срок окупаемости дополнительных капиталовложений (при равной амортизации и стоимости технического обслуживания) составит за счет экономии электроэнергии пять-семь лет. Однако если потребуется оплатить присоединение дополнительной электрической мощности (~100 кВт- разница в электропотреблении вариантов 5 и 3), то вариант 5 становится предпочтительнее по всем экономическим показателям.
-