Оборудование CLINT. Обзор моноблочных чиллеров. Продолжение.

В странах с коротким летним сезоном, а к ним относится и Россия, все больший интерес вызывает оборудование, способное охлаждать жидкости при низких температурах окружающей среды без использования машинного охлаждения (компрессоров), т.е. с применением естественного холода. Это значительно снижает годовое потребление электроэнергии. Климат России способствует внедрению технологии охлаждения жидкости с использованием естественного холода практически на всей территории страны.

Водоохладители с режимом свободного охлаждения (Free Cooling) серии CHA/FC

Применение таких агрегатов разнообразно:

• производственные технологические процессы для охлаждения жидкостей, оборудования;
• деловые центры с теплоизбытками от оргтехники, серверные помещения;
• торгово-развлекательные центры, помещения для кинопроекционных аппаратов.

Для решения этих задач разработаны специальные водоохладители для охлаждения водно-гликолевых растворов. Преимущества такого оборудования очевидны:

• снижение энергозатрат в межсезонье и зимой;
• производство охлажденного водно-гликолевого раствора круглогодично;
• низкие эксплуатационные затраты;
• длительный срок службы компрессоров;
• снижен риск выхода компрессоров из строя, т.к. компрессоры не работают в экстремальных режимах.

Принцип работы

Кроме обычных компонентов (компрессоры, конденсаторы, испарители, ТРВ), применяемых в стандартных чиллерах, также применяется дополнительный теплообменник воздушного охлаждения, установленный в водоохлаждающем агрегате. Он обеспечивает режим свободного охлаждения, — это сухой охладитель или драй кулер (от англ. «dry cooler»). В таких агрегатах принцип охлаждения растворов основан на использовании низких температур наружного воздуха.

 

Система свободного охлаждения состоит из драй кулера, 3-ходового модулирующего клапана, датчиков и управляющего контроллера. Ниже приведена схема решения свободного охлаждения в чиллерах CLINT серии СНА/FC. Контроллер по данным датчиков ST4, ST1, ST3 и при условии температуры наружного воздуха на 2-3°С ниже температуры входящей воды из системы переключает 3-х ходовой клапан и направляет поток холодоносителя через встроенный теплообменник воздушного охлаждения СА.

 

Так как на производстве охлаждение в основном требуется круглый год, то возможно применение и охлаждение, т.е. агрегаты могут работать в 3-х режимах.

Летний режим работы

При температуре наружного воздуха выше температуры смеси, поступающей в чиллер, агрегат работает, как стандартный чиллер т.е. осуществляется машинное охлаждение. Гликолевая смесь через 3-ходовой вентиль направляется в испаритель. Общее энергопотребление такое же, как для стандартного агрегата.

Зимний режим работы

При температуре наружного воздуха от 0°С до — 4°С чиллер работает в режиме свободного охлаждения. 3-ходовой вентиль, управляемый контроллером по датчикам входящей и выходящей воды ST4, ST1 и датчиком наружного воздуха ST3, перенаправляет холодоноситель в дополнительный теплообменник воздушного охлаждения. По датчику ST1 контроллер отключает компрессоры. При снижении температуры обратной воды снижается скорость вращения вентиляторов. Вентиляторы продолжают работать для охлаждения дополнительного теплообменника и поддерживают необходимую температуру раствора на выходе за счет плавного изменения скорости вращения вентиляторов. При дальнейшем снижении температуры для поддержания постоянного значения температуры контроллер может остановить вращение вентиляторов и будет осуществлять управление 3-ходовым вентилем. Таким образом, происходит смешивание растворов: того, который выходит из системы и того, что проходит через теплообменник в режиме свободного охлаждения. При этом потребляемая мощность агрегата снижается в 10 раз за счет отключения компрессоров как основных потребителей, а электрическая мощность затрачивается только на работу вентиляторов. В этом режиме чиллеры обеспечивают холодопроизводительность, равную машинному охлаждению уже при температурах наружного воздуха от 0° до -2°С.

 

Режим работы в межсезонье

В межсезонье осуществляется совместная работа в режимах машинного охлаждения и свободного охлаждения. Работа чиллера в режиме свободного охлаждения активизируется при температуре наружного воздуха ниже на 2°, чем температура поступающего водно-гликолевого раствора, который охлаждается в дополнительном теплообменнике. При недостаточном охлаждении раствора активизируется частичная работа компрессоров или изменение их производительности. Таким образом, уже в межсезонье техника переходит в режим энергосбережения. С точки зрения наиболее оптимальной экономии электроэнергии желательно, чтобы оборудование перешло в режим свободного охлаждения при более высоких наружных температурах. Поэтому производитель указывает в параметрах агрегата температуру раствора 15°С\10°С. Это означает, что при этих температурах режим свободного охлаждения включится уже при наружной температуре 12-13С.

Гидравлический контур чиллеров CHA/FC 182-524, CHA/FC 702-2204-V с встроенным сухим охладителем (режим Free Cooling). Синими стрелками обозначен зимний режим работы.

Энергосбережение в режиме свободного охлаждения (Free Cooling)

На диаграммах ниже показана экономия электроэнергии при работе чиллера с естественным охлаждением по сравнению со стандартным чиллером. Данные приведены с учетом следующих условий:

• круглосуточная работа чиллера;
• 30% водно-гликолевый раствор;
• температура холодоносителя 15°С/10°С.

Несмотря на то, что стоимость агрегатов с функцией фри кулинга выше в среднем на 25-30%, их применение выгодно с точки зрения экономии электроэнергии, увеличенной надежности и ресурса.

 

Рассчитаем срок окупаемости чиллера с фри кулингом в сравнении с аналогичным стандартным агрегатом без фри кулинга. Для расчетов приняты чиллеры серии Multi Power CHA/K 15010 Q=408 кВт и чиллер с функцией фри кулинга CHA/FC 13810 с параметрами Q=414 кВт, температура холодоносителя 15С\10С и 30% раствор этиленгликоля.
В соответствии со СНиП «Строительная климатология» для г. Москвы наружная суточная Т < 7° составляет 200 суток или 4800 часов. Для Самары 195 суток. При этой наружной температуре ниже 7° будет работать режим фри кулинга и потребляемая мощность будет составлять 14 кВт, она будет затрачиваться только на работу двигателя вентилятора. Ток=(КЗ1 -КЗ2) / (N1 — N 2) x n x T — (год),
где КЗ1 -КЗ2 =29 400 Евро, разница стоимости агрегатов без и с фри кулингом
N1= 140 кВт- Pnomp в режиме машинного охлаждения, (без фри кулинга)
N2= 14 кВт — Pnomp в режиме фри кулинга
n = 4800 час — годовая наработка в режиме фри кулинга
Т=0,1 Евроцент — Тариф на электроэнергию для предприятий.
Ток=29 400 : (140-14) х 4800 х 0,1 = 0,49 года или 180 дней.

 

Оборудование с фри кулингом за счет меньшего потребления электроэнергии окупит себя через 180 дней за один сезон эксплуатации осень-зима-весна, что экономически целесообразно.

 

Как сообщалось ранее, итальянский холдинг прекратил производство чиллеров на фреоне R407 C и вместо них в 2010 году начал производство чиллеров на фреоне R410 A. Взяв их за основу, холдинг начал производство чиллеров, которые способны работать в режиме свободного охлаждения. К уже имеющимся чиллерам СНА/FC 642-2204 производительностью от 52 кВт до 600 кВт, которые могут работать в режиме свободного охлаждения (Free Cooling), CLINT в 2010 году добавил новые модели, расширив линейку такого оборудования.

 

Это серии СНА\K\FC 91-151 холодопроизводительностью 27-42 кВт и СНА/K/FC 182-604 холодопроизводительностью от 52 кВт до 174 кВт, энергоэффективность которых несомненно выше, чем у агрегатов на фреоне R407 C. Гидравлика построена на применении эффективного пластинчатого теплообменника с низкими потерями давления и накопительного бака, включенного последовательно.

 

Несомненно, наиболее выигрышными и по стоимости и по техническим возможностям являются многокомпрессорные чиллеры серии Multy Power СНА/FC 666-18012 на спиральных компрессорах холодопроизводительностью 200-554 кВт. Это двухконтурные чиллеры, имеющие от 3 до 6 компрессоров в каждом контуре. В отличие от стандартного чиллера в этой серии применяются кожухотрубные теплообменники для снижения потерь в гидравлическом контуре агрегата. Поскольку агрегаты имеют большое количество ступеней регулирования, то в них не предусмотрены инерционные баки. Применение спиральных компрессоров, соленоидных клапанов и плавное управление скоростью вращения вентиляторов конденсаторов гарантирует высокую надежность. О преимуществах и возможностях этой серии уже рассказано в предыдущей статье.

Агрегаты на винтовых компрессорах CHA/FC 702-V-4602V холодопроизводительностью от 177 до 1163 кВт имеют опционально встроенный гидромодуль с накопительным баком. Конструктивно винтовые компрессоры и холодильные контуры установлены в отдельном отсеке, который расположен позади электрического. Свободный доступ при снятых боковых панелях делает проведение замеров и других работ удобным даже при работающем агрегате. В чиллерах опционально устанавливаются накопительные баки емкостью от 1100 до 3000 литров, в зависимости от типоразмеров агрегатов. Кожухотрубный теплообменник встроен в инерционный бак. Это позволило разместить полноценный гидромодуль с насосами в пространстве между конденсаторами.

 

Агрегаты с винтовыми компрессорами имеют опцию RZ — «Stepless control», — так называемое бесступенчатое регулирование производительности компрессора. Эта опция обеспечивает более точное регулирование температуры воды, которое осуществляется по температуре выходящей воды. По температуре выходящего из испарителя раствора контроллер подает короткие импульсы на катушки соленоидных клапанов, что позволяет так выставлять положение пилотного клапана, чтобы получить оптимальную холодопроизводительность чиллера, точное регулирование и поддержание температуры выходящей воды. Во всех агрегатах предусмотрены технические решения для работы при низких температурах наружного воздуха до -30°С -40°С. С запуском в производство расширенной линейки чиллеров с Free Cooling, CLINT стал одним из ведущих производителей такого типа оборудования.