Чилер. Принцип роботи та переваги використання

Якщо в цеху, дата-центрі або бізнес-центрі потрібно стабільно охолоджувати воду чи інше рідке середовище, зазвичай ставлять чилер. Це автономний охолоджувач, який відводить надлишкове тепло від обладнання, приміщень або технологічних процесів і підтримує задану температуру носія у трубопроводі. У промисловості такі системи працюють цілодобово, тому важливі не лише кіловати холоду, а й економіка споживання енергії, надійність, просте обслуговування та чітка інтеграція у загальну систему водяного чи повітряного охолодження. 

Радимо вам ознайомитися з нашим асортиментом систем охолодження — там легко зорієнтуватися за класом і продуктивністю.

Що таке чилер та для чого він використовується

Чилер — це автономний промисловий охолоджувач, який готує і підтримує задану температуру води або іншого рідкого середовища, після чого цей теплоносій циркулює трубопроводами до споживачів. У типовому проєкті чилер тримає діапазон приблизно від 5 до 20 °C (для гліколю можливі нижчі значення) і стабілізує температуру з точністю, достатньою для технологічних процесів та систем кондиціювання. Завдяки окремому гідромодулю (насосу, буферній ємності, арматурі) охолоджена вода рівномірно розподіляється між усіма контурами — від вентильованих фанкойлів до теплообмінників машин.

Задача чилера — забирати надлишкове тепло там, де його утворюється багато і постійно. У будівлях це офісні центри, готелі, ТРЦ, медзаклади — там чилер подає холодну воду на фанкойли та повітрообробні установки. У виробництві він стабілізує прес-форми у литті пластмас, охолоджує лінії екструзії та пакування, підтримує режим друкарських і поліграфічних машин, лазерного та зварювального обладнання.

З яких компонентів складається пристрій

Щоб швидко розумітися у паспорті й схемі, корисно знати базові вузли. Список короткий, але за ним стоїть уся логіка пристрою та принципу роботи:

• Компресор. Стискає холодоагент, підвищує його тиск і температуру, задає продуктивність. Зустрічаються поршневий, спіральний та гвинтовий типи — кожен має свою потужність і режим.
• Конденсатор. Тут гарячий газ віддає тепло і переходить у рідину. Конденсатор буває повітряний з вентиляторами або водяний, який відводить тепло у градирню чи інший водяний контур.
• Випарник. Рідкий холодоагент закипає і відбирає тепло у води чи розчину — саме тут формується «холод».
• Розширювальний клапан (ТРВ/ЕРВ). Дозує холодоагент між конденсатором і випарником, утримує стабільний перегрів і забезпечує коректну роботу циклу.
• Гідромодуль. Насос, буферна ємність, арматура, датчики — вони відповідають за циркуляцію і тиск у гідравлічному контурі.
• Автоматика. Контролер, датчики температури та тиску, захисти й інтерфейси диспетчеризації — від них залежить стабільність і економічність.

Компресор качає «теплоносій холоду», конденсатор скидає тепло назовні, випарник забирає його у води, гідромодуль розносить цей «холод» по споживачах, а автоматика все тримає в заданих межах.

Принцип роботи чилера

Цикл працює наступним чином: холодоагент у компресорі стискається, у конденсаторі віддає тепло і стає рідиною, через дросель потрапляє у випарник, де знову випаровується і відбирає тепло у води. Далі контур повторюється.

Практично це виглядає так — датчик у зворотній магістралі бачить підвищення температури, контролер підключає компресор і, якщо потрібно, додаткові ступені або інверторний режим, вода у випарнику охолоджується, насоси гідромодуля женуть її на споживачів, а вентилятори або градирня виводять тепло у зовнішнє середовище. Щойно задана температура досягнута, автоматика знижує потужність або відключає частину ступенів. Грамотно налаштований чилер працює без температурних «гойдалок», з мінімальними зупинками.

Технології охолодження води або повітря в системах чілерів

У чилері важлива не лише «холодильна» частина, а й те, куди ви відводите тепло. Є два базові шляхи — у повітря або у воду, а також низка технологій, які підвищують ефективність у різних умовах. Розглянемо, як це працює на практиці, які вузли задіяні та що перевірити під час підбору.

Повітряні чилери мають конденсатор із вентиляторами і віддають тепло безпосередньо у навколишнє середовище. Це компактне рішення без окремої градирні та помітно простіший монтаж на даху або на вулиці поруч з будівлею. Компресор стискає холодоагент, у конденсаторі він охолоджується потоком повітря від вентиляторів і переходить у рідкий стан. Далі через розширювальний клапан потрапляє у випарник, де відбирає тепло у води й охолоджує її до заданої температури.

Водяні чилери віддають тепло у замкнений конденсаторний контур, а вже той — у градирню або інший теплообмінник. Така схема стабільніша за температурами конденсації та тихіша у зоні розміщення чилера. Конденсатор охолоджується водою з градирні. За рахунок нижчої температури цієї води компресору легше працювати, зростає сезонна енергоефективність.

Також варто згадати про фрі-кулінг (free cooling). Це спосіб охолоджувати воду без роботи компресора, коли на вулиці прохолодно. Система або вмикає окремий сухий охолоджувач, або переорієнтовує потоки у повітряному чилері через додатковий теплообмінник. Це корисно у міжсезоння та взимку, особливо для дата-центрів, виробництв із постійними навантаженнями і для будівель з великим запитом на «холод» вночі.

Також практикується адіабатичне охолодження — перед конденсатором повітря зволожують і охолоджують за рахунок випаровування води. У спеку це знижує температуру входу в теплообмінник і полегшує роботу компресора. Серед переваг такого методу можна виділити вищий сезонний ККД у пікову спеку та менше зрізів потужності через перегрів конденсатора.

Різниця між чилерами з водяним і повітряним охолодженням

Різниця визначається тим, куди чилер скидає тепло з конденсатора: у повітряне середовище вентиляторами або у водяне коло з градирнею. Від цього залежать початкові вкладення, енергоефективність, шум, вимоги до місця і сервісу, а також те, як поводиться система у спеку і міжсезоння.

У повітряному охолодженні використовується автономний промисловий охолоджувач. Зовнішній конденсатор із вентиляторами скидає тепло одразу в атмосферу. Монтаж простіший, не потрібна градирня, водопідготовка та окрема насосна станція конденсаторного контуру. Типова схема така: компресор стискає холодоагент, у повітряному конденсаторі він віддає тепло й конденсується, далі через розширювальний клапан потрапляє у випарник, де охолоджує воду.

Переваги — швидкий запуск, менші стартові витрати та відносно легкий сервіс. Обмеження — вища температура конденсації у спеку, тому сезонна ефективність нижча, а рівень шуму в зоні установки вищий.

При водяному охолодженні чилер віддає тепло у водяний контур, а той — у градирню чи інший теплообмінник. За рахунок нижчої температури води на вході у конденсатор компресор працює легше — зростає сезонна енергоефективність і зменшується шум.

Серед його переваг варто виділити стабільні параметри в спеку, кращий EER/SEER на довгій дистанції, гнучкість у розміщенні обладнання (чилер можна поставити всередині технічного приміщення). Мінуси — вищі витрати (градирня, трубопроводи, насоси конденсаторного контуру, водопідготовка, регулярний огляд гідравліки тощо). Саме такий підхід доречний на великих об’єктах з постійним тепловиділенням, у тому числі там, де важлива тиша поблизу робочих зон.

Що ж вибрати:

• Якщо потрібен швидкий старт і важлива простота сервісу — краще вибрати повітряний чилер. Він компактніший як пристрій і швидко монтується на даху або назовні будівлі.
• Якщо у вас безперервні навантаження і висока ціна електроенергії, водяний варіант зазвичай виграє за рахунок економії. Нижча температура конденсації дає відчутну економію кВт·год, зменшує кількість пусків і теплові «гойдалки». Підібрати конкретні моделі ви можете у нашому каталозі чилерів з водяним охолодженням конденсатора — там легко звірити продуктивність, габарити та вимоги до гідравліки.
• Для клімату з тривалим міжсезонням закладайте фрі-кулінг — частину року воду можна охолоджувати без роботи компресора. Це працює і з повітряними, і з водяними схемами.

Повітряні чилери часто беруть для офісних і торговельних центрів середньої площі, окремих виробничих залів та лабораторій, де важливі швидкий монтаж і автономність. Водяні встановлюють у великих БЦ, лікарнях, фабриках і дата-центрах — там «дорожча» інфраструктура окупається нижчими витратами енергії та можливістю централізованого резервування.

Для повітряних машин важливі чисті деталі і правильний обдув, для водяних — якість води та робота дренажів. В обох випадках стабільність тримає автоматика, яка відповідає за плавне регулювання продуктивності, пріоритезацію контурів, захист від перевищення тисків і температур.

Основні переваги використання чилера

Чилер — це керований «насос холоду», який робить процеси стабільними і прогнозованими. Щоб переваги були відчутними не лише на папері, тримайте в полі уваги реальні сценарії:

• Стабільна температура носія. Якість продукції і комфорт у приміщенні залежать від того, наскільки рівно тримається температура води, а автоматика чилера саме за це і відповідає.
• Енергоефективність у сезоні. Важливий не моментальний коефіцієнт енергоефективності, а сезонні показники з урахуванням погоди, нічних знижень навантаження, режимів «часткової потужності» та можливості фрі-кулінгу.
• Масштабованість і сервіс. Модулі легко комбінувати, а стандартні вузли спрощують обслуговування. У разі ремонту один контур можна вивести з роботи без зупинки системи.
• Інтеграція з вентиляцією і BMS. Чіткий обмін даними зі станціями обробки повітря, фанкойлами, насосними групами і диспетчеризацією дає стабільність та економить електроенергію.
• Гнучкість у застосуваннях. Централізоване водяне охолодження часто виграє там, де перегрів шкодить якості чи надійності.

Щоб не помилитися з вибором, варто діяти згідно з чеклістом нижче:

• почніть із теплового балансу об’єкта, розділіть постійні і змінні навантаження;
• перевірте умови монтажу — простір, шум, доступ до зовнішнього повітря або до водяного контуру, сервісні проходи;
• підберіть гідромодуль — насоси, буферну ємність, дренаж тощо;
• продумайте автоматику — пріоритети вмикання контурів, захисти, інтеграцію у BMS;
• подбайте про водопідготовку — якість заповнення, інгібітори корозії у гліколі, фільтрацію, регулярний контроль;
• виберіть тип компресора під режим — у великих потужностях часто працює гвинтовий, у компактних — поршневий.

Кожен пункт варто виконати на етапі проєктування — це дешевше, ніж переробляти гідравліку або змінювати автоматику вже після запуску.