Чиллер. Принцип работы и преимущества использования

Если в цеху, дата-центре или бизнес-центре нужно стабильно охлаждать воду или другую жидкую среду, обычно ставят чиллер. Это автономный охладитель, который отводит избыточное тепло от оборудования, помещений или технологических процессов и поддерживает заданную температуру носителя в трубопроводе. В промышленности такие системы работают круглосуточно, поэтому важны не только киловатты холода, но и экономичность потребления энергии, надежность, простое обслуживание и четкая интеграция в общую систему водяного или воздушного охлаждения. 

Рекомендуем вам ознакомиться с нашим ассортиментом систем охлаждения — там легко ориентироваться по классу и производительности.

Что такое чиллер и для чего он используется

Чиллер — это автономный промышленный охладитель, который готовит и поддерживает заданную температуру воды или другой жидкой среды, после чего этот теплоноситель циркулирует по трубопроводам к потребителям. В типовом проекте чиллер держит диапазон примерно от 5 до 20 °C (для гликоля возможны более низкие значения) и стабилизирует температуру с точностью, достаточной для технологических процессов и систем кондиционирования. Благодаря отдельному гидромодулю (насосу, буферной емкости, арматуре) охлажденная вода равномерно распределяется между всеми контурами — от вентилируемых фанкойлов до теплообменников машин.

Задача чиллера — забирать избыточное тепло там, где его образуется много и постоянно. В зданиях это офисные центры, отели, ТРЦ, медицинские учреждения — там чиллер подает холодную воду на фанкойлы и воздухонагревательные установки. В производстве он стабилизирует пресс-формы при литье пластмасс, охлаждает линии экструзии и упаковки, поддерживает режим печатных и полиграфических машин, лазерного и сварочного оборудования.

Из каких компонентов состоит устройство

Чтобы быстро разбираться в паспорте и схеме, полезно знать базовые узлы. Список короткий, но за ним стоит вся логика устройства и принцип работы:

• Компрессор. Сжимает хладагент, повышает его давление и температуру, задает производительность. Встречаются поршневой, спиральный и винтовой типы — каждый имеет свою мощность и режим.
• Конденсатор. Здесь горячий газ отдает тепло и переходит в жидкость. Конденсатор бывает воздушный с вентиляторами или водяной, который отводит тепло в градирню или другой водяной контур.
• Испаритель. Жидкий хладагент кипит и забирает тепло у воды или раствора — именно здесь формируется «холод».
• Расширительный клапан (ТРВ/ЕРВ). Дозирует хладагент между конденсатором и испарителем, удерживает стабильный перегрев и обеспечивает корректную работу цикла.
• Гидромодуль. Насос, буферная емкость, арматура, датчики — они отвечают за циркуляцию и давление в гидравлическом контуре.
• Автоматика. Контроллер, датчики температуры и давления, защиты и интерфейсы диспетчеризации — от них зависит стабильность и экономичность.

Компрессор качает «теплоноситель холода», конденсатор сбрасывает тепло наружу, испаритель забирает его у воды, гидромодуль разносит этот «холод» по потребителям, а автоматика держит всё в заданных пределах.

Принцип работы чиллера

Цикл работает следующим образом: хладагент в компрессоре сжимается, в конденсаторе отдает тепло и становится жидкостью, через дроссель попадает в испаритель, где снова испаряется и забирает тепло у воды. Далее контур повторяется.

Практически это выглядит так — датчик в обратной магистрали фиксирует повышение температуры, контроллер включает компрессор и, при необходимости, дополнительные ступени или инверторный режим, вода в испарителе охлаждается, насосы гидромодуля гонят её к потребителям, а вентиляторы или градирня выводят тепло во внешнюю среду. Как только заданная температура достигнута, автоматика снижает мощность или отключает часть ступеней. Грамотно настроенный чиллер работает без температурных «качелей», с минимальными остановками.

Технологии охлаждения воды или воздуха в системах чиллеров

В чиллере важна не только «холодильная» часть, но и то, куда вы отводите тепло. Есть два базовых пути — в воздух или в воду, а также ряд технологий, которые повышают эффективность в разных условиях. Рассмотрим, как это работает на практике, какие узлы задействованы и что проверять при подборе.

Воздушные чиллеры имеют конденсатор с вентиляторами и отдают тепло непосредственно в окружающую среду. Это компактное решение без отдельной градирни и заметно проще монтаж на крыше или на улице рядом со зданием. Компрессор сжимает хладагент, в конденсаторе он охлаждается потоком воздуха от вентиляторов и переходит в жидкое состояние. Далее через расширительный клапан поступает в испаритель, где забирает тепло у воды и охлаждает её до заданной температуры.

Водяные чиллеры отдают тепло в замкнутый конденсаторный контур, а уже тот — в градирню или другой теплообменник. Такая схема стабильнее по температурам конденсации и тише в зоне размещения чиллера. Конденсатор охлаждается водой из градирни. За счет более низкой температуры этой воды компрессору легче работать, повышается сезонная энергоэффективность.

Также стоит упомянуть фри-кулинг (free cooling). Это способ охлаждать воду без работы компрессора, когда на улице прохладно. Система либо включает отдельный сухой охладитель, либо перенаправляет потоки в воздушном чиллере через дополнительный теплообменник. Это полезно в межсезонье и зимой, особенно для дата-центров, производств с постоянными нагрузками и для зданий с большим спросом на «холод» ночью.

Также практикуется адиабатическое охлаждение — перед конденсатором воздух увлажняют и охлаждают за счет испарения воды. В жару это снижает температуру входа в теплообменник и облегчает работу компрессора. Среди преимуществ такого метода можно выделить более высокий сезонный КПД в пиковую жару и меньше срезов мощности из-за перегрева конденсатора.

Разница между чиллерами с водяным и воздушным охлаждением

Разница определяется тем, куда чиллер сбрасывает тепло из конденсатора: в воздушную среду вентиляторами или в водяной контур с градирней. От этого зависят первоначальные вложения, энергоэффективность, шум, требования к месту и обслуживанию, а также поведение системы в жару и межсезонье.

В воздушном охлаждении используется автономный промышленный охладитель. Внешний конденсатор с вентиляторами сбрасывает тепло сразу в атмосферу. Монтаж проще, не нужна градирня, подготовка воды и отдельная насосная станция конденсаторного контура. Типовая схема такова: компрессор сжимает хладагент, в воздушном конденсаторе он отдает тепло и конденсируется, далее через расширительный клапан поступает в испаритель, где охлаждает воду.

Преимущества — быстрый запуск, меньшие стартовые затраты и относительно простой сервис. Ограничения — более высокая температура конденсации в жару, поэтому сезонная эффективность ниже, а уровень шума в зоне установки выше.

При водяном охлаждении чиллер отдает тепло в водяной контур, а тот — в градирню или другой теплообменник. За счет более низкой температуры воды на входе в конденсатор компрессор работает легче — повышается сезонная энергоэффективность и снижается шум.

Среди его преимуществ стоит выделить стабильные параметры в жару, лучший EER/SEER на длинной дистанции, гибкость в размещении оборудования (чиллер можно установить внутри технического помещения). Минусы — более высокие затраты (градирня, трубопроводы, насосы конденсаторного контура, подготовка воды, регулярный осмотр гидравлики и т.д.). Такой подход целесообразен на больших объектах с постоянным тепловыделением, в том числе там, где важна тишина возле рабочих зон.

Что выбрать:

• Если важен быстрый старт и простота сервиса — лучше выбрать воздушный чиллер. Он компактнее как устройство и быстро монтируется на крыше или снаружи здания.
• Если у вас непрерывные нагрузки и высокая цена электроэнергии, водяной вариант обычно выигрывает за счет экономии. Более низкая температура конденсации дает ощутимую экономию кВт·ч, снижает количество запусков и тепловые «качели». Подобрать конкретные модели вы можете в нашем каталоге чиллеров с водяным охлаждением конденсатора — там легко сверить производительность, габариты и требования к гидравлике.
• Для климата с продолжительным межсезоньем закладывайте фри-кулинг — часть года воду можно охлаждать без работы компрессора. Это работает и с воздушными, и с водяными схемами.

Воздушные чиллеры часто используют для офисных и торговых центров средней площади, отдельных производственных залов и лабораторий, где важны быстрый монтаж и автономность. Водяные устанавливают в крупных БЦ, больницах, фабриках и дата-центрах — там «дорогая» инфраструктура окупается меньшими затратами энергии и возможностью централизованного резервирования.

Для воздушных машин важны чистые детали и правильная продувка, для водяных — качество воды и работа дренажей. В обоих случаях стабильность обеспечивает автоматика, отвечающая за плавное регулирование производительности, приоритизацию контуров, защиту от превышения давлений и температур.

Основные преимущества использования чиллера

Чиллер — это управляемый «насос холода», который делает процессы стабильными и прогнозируемыми. Чтобы преимущества были ощутимы не только на бумаге, держите в поле внимания реальные сценарии:

• Стабильная температура носителя. Качество продукции и комфорт в помещении зависят от того, насколько ровно держится температура воды, а автоматика чиллера как раз за это отвечает.
• Энергоэффективность в сезоне. Важен не мгновенный коэффициент энергоэффективности, а сезонные показатели с учетом погоды, ночных снижений нагрузки, режимов «частичной мощности» и возможности фри-кулинга.
• Масштабируемость и сервис. Модули легко комбинировать, а стандартные узлы упрощают обслуживание. В случае ремонта один контур можно вывести из работы без остановки системы.
• Интеграция с вентиляцией и BMS. Четкий обмен данными со станциями обработки воздуха, фанкойлами, насосными группами и диспетчеризацией обеспечивает стабильность и экономит электроэнергию.
• Гибкость в применениях. Централизованное водяное охлаждение часто выигрывает там, где перегрев вредит качеству или надежности.

Чтобы не ошибиться с выбором, стоит действовать согласно чеклисту ниже:

• начните с теплового баланса объекта, разделите постоянные и переменные нагрузки;
• проверьте условия монтажа — пространство, шум, доступ к наружному воздуху или к водяному контуру, сервисные проходы;
• подберите гидромодуль — насосы, буферную емкость, дренаж и т.д.;
• продумайте автоматику — приоритеты включения контуров, защиты, интеграцию в BMS;
• позаботьтесь о водоподготовке — качество заполнения, ингибиторы коррозии в гликоле, фильтрация, регулярный контроль;
• выберите тип компрессора под режим — в больших мощностях часто работает винтовой, в компактных — поршневой.

Каждый пункт стоит выполнить на этапе проектирования — это дешевле, чем переделывать гидравлику или менять автоматику уже после запуска.