Чиллеры Clint с режимом свободного охлаждения Free Cooling серии CHA/FC.

Чиллеры Clint CHA/FC с режимом свободного охлаждения Free Cooling способны охлаждать жидкости при низких температурах окружающей среды без использования машинного охлаждения (компрессоров), т.е. с применением естественного холода. Это значительно снижает годовое потребление электроэнергии. 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.

Линейка чиллеров Clint с режимом свободного охлаждения (Free Cooling)

Первыми чиллерами c режимом свободного охлаждения Free Cooling в линейке Clint появились чиллеры Clint CHA/FC 182-524 на спиральных компрессорах, холодопроизводительностью от 52 кВт до 154 кВт, и чиллеры Clint CHA/FC 642-2204 на полугерметичных компрессорах, производительностью от 165 кВт до 600 кВт, которые работают на фреоне R407C.

Более высокой энергоэффективностью обладают чиллеры Clint CHA/K/FC 91-151 холодопроизводительностью 27-42 кВт и Clint CHA/K/FC 182-604 производительностью от 52 кВт до 174 кВт, работающие на фреоне R410A. Их 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 MultiPower CHA/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 подробнее см. в этой 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.

Чиллеры 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.

Принцип работы.

Кроме обычных компонентов (компрессоры, конденсаторы, испарители, терморегулирующие вентили), применяемых в стандартных чиллерах, в линейке Clint CHA/FC также применяется дополнительный теплообменник воздушного охлаждения. Он обеспечивает режим свободного охлаждения, - это сухой охладитель или драйкулер (от англ. "dry cooler"). В таких агрегатах принцип охлаждения растворов основан на использовании низких температур наружного воздуха.

Система свободного охлаждения состоит из драйкулера, 3-ходового модулирующего клапана, датчиков и управляющего контроллера. Ниже приведена схема решения свободного охлаждения в чиллерах CLINT серии CHA/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 охлаждения, 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 12-13°С.

На этой схеме показан 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.

Кривая 1 относится к стандартному чиллеру и показывает потребляемую мощность при различных температурах окружающего воздуха.
Кривая 2 относится к чиллеру с естественным охлаждением и показывает потребляемую мощность при различных температурах окружающего воздуха. Кривая разделена на 3 части:

• режим только естественного охлаждения (работают только вентиляторы);
• режим частичного естественного охлаждения;
• режим механического охлаждения (работают вентиляторы и компрессоры).

Данная диаграмма показывает распределение температуры окружающего воздуха в течение года (в часах). Например, 328 часов в течение года температура составляла 5°C.

На диаграмме С показана энергия, потребляемая в течение одного года двумя чиллерами - стандартным и с режимом свободного охлаждения. Используя приведенную на диаграммах информацию, мы можем подсчитать ежегодную экономию энергии для чиллера с естественным охлаждением по сравнению со стандартным чиллером. В данном случае экономия составляет приблизительно 50 %.

Несмотря на то, что стоимость агрегатов с функцией Free Cooling выше в среднем на 25-30%, их применение выгодно с точки зрения экономии электроэнергии, увеличенной надежности и ресурса. Оборудование с Free Cooling за счет меньшего потребления электроэнергии окупает себя, как правило, за один сезон эксплуатации осень-зима-весна (в умеренном климате), что экономически целесообразно.