2. Конструкторский раздел

2.1 Принцип работы чиллера с воздушным охлаждением

Чиллер является базовым элементом системы кондиционирования на охлажденной воде. Как следует из названия, чиллер предназначен для охлаждения воды или антифриза, используемых в теплообменниках воздухоохладителей - фанкойлов или центральных кондиционеров. На рисунке №1 показана схема работы системы кондиционирования на базе чиллера. Принцип работы чиллера основан на переносе тепловой энергии из гидравлического контура системы кондиционирования на улицу, или если сказать другими словами: на переносе холода из улицы в гидравлический контур системы кондиционирования. Функцию передачи тепловой энергии выполняет термодинамический процесс, протекающий в холодильном контуре чиллера.

Рабочим веществом для переноса тепловой энергии является хладагент. Как видно из рисунка №1, воздух, находящийся снаружи здания охлаждает теплообменник конденсатора чиллера. При этом теплосодержание хладагента, протекающего внутри теплообменника конденсатора уменьшается. Обратный процесс происходит в теплообменнике испарителя. Хладагент с низким теплосодержанием охлаждает теплообменную поверхность испарителя, который, в свою очередь охлаждает воду или антифриз, протекающий в гидравлическом контуре системы кондиционирования.[2]

Рис. 1 С хема охлаждения помещения

2.2 Функциональные элементы чиллера

Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора включает следующие функциональные элементы:

- Холодильный контур (Главный элемент чиллера). Охлаждая воду в гидравлическом контуре системы кондиционирования, он переносит из него тепловую энергию в воздух, находящийся снаружи здания (На улице). Холодильный контур чиллера включает компрессор спирального исполнения, воздушный теплообменник конденсатора и водяной теплообменник испарителя, расширительное устройство - терморегулирующий вентиль, смотровое стекло, фильтр осушитель.

- Встроенный гидравлический модуль предназначен для организации циркуляции воды или антифриза в гидравлическом контуре системы кондиционирования. Гидравлический модуль включает: Циркуляционный насос, аккумулирующий бак, расширительный бак, другие элементы, необходимые для работы гидравлической системы.

- Вентилятор конденсатора предназначен для организации циркуляции воздуха, находящегося снаружи здания через теплообменную поверхность конденсатора.

- Система автоматизированного управления предназначена для управления работой компонентов чиллера: компрессора, вентиляторов, циркуляционного насоса. Система автоматизированного управления включает контроллер, устройства защиты, датчики, пускатели и реле.[2]

2.3 Принцип работы холодильного контура чиллера

На рисунке №2 показана упрощенная схема холодильного контура чиллера. Как было сказано ранее, основной задачей холодильного контура является охлаждение водного раствора этиленгликоля в гидравлическом контуре системы кондиционирования. При этом охлаждая раствор внутри гидравлического контура, чиллер переносит тепловую энергию на улицу. Рабочим веществом при переносе тепловой энергии является фреон - хладагент. В чиллерах используются хладагенты - R-22, R-410a, R407C. Перенос тепловой энергии происходит за счет термодинамического процесса, который включает 4 главных составляющих:

- Испарение хладагента, происходящее внутри водяного теплообменника испарителя. Во время процесса испарения происходит увеличение теплосодержания хладагента. Хладагент поглощает тепловую энергию воды из гидравлического контура.

- Конденсация хладагента, происходящее внутри теплообменника конденсатора. Во время процесса конденсации происходит уменьшение теплосодержания хладагента. Хладагент отдает тепловую энергию воздуха, находящегося снаружи здания.

- Сжатие хладагента, происходящее в компрессоре.

- Дросселирование (Или принудительное расширение), происходящее внутри ТРВ.

Процессы конденсации и испарения происходят при определенных условиях, создаваемых в теплообменниках испарителя и конденсатора.

Одним из главных элементов холодильного контура является расширительное устройство, функцию которого, в чиллере выполняет терморегулирующий вентиль. Терморегулирующий вентиль имеет малое пропускное сечение по сравнению с другими элементами холодильного контура, подобно горлышку от бутылки. Таким образом, компрессор создает зону высокого давления до терморегулирующего вентиля – в теплообменнике конденсатора (Зона высокого давления на схеме чиллера выделена красным цветом), и зону низкого давления после терморегулирующего вентиля в теплообменнике испарителя (Зона низкого давления на схеме чиллера выделена синим цветом). Газообразный хладагент на выходе из компрессора имеет высокое давление и температуру. Попадая в теплообменник конденсатора, хладагент начинает конденсироваться – переходить из газообразного состояния в жидкое. Процесс конденсации происходит вследствие того, что вентиляторы, создавая циркуляцию наружного воздуха через теплообменную поверхность конденсатора, охлаждают конденсатор, а, следовательно, и хладагент, находящийся внутри него. При этом конденсируясь, хладагент отдает тепловую энергию наружному воздуху. Далее жидкий, сконденсированный хладагент по пройдя через фильтр осушитель и смотровое стекло попадает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), а затем в зону низкого давления. В зоне низкого давления, давление, а, следовательно, и температура жидкого хладагента падает (Поскольку объем хладагента постоянный). При низком давлении и температуре жидкий хладагент начинает кипеть и испаряться, попадая в теплообменник испарителя. 40% водный раствор этиленгликоля, циркулирующий в гидравлическом контуре системы кондиционирования, проходя через теплообменник испарителя с одной стороны, нагревает его. Хладагент, находящийся с другой стороны теплообменной поверхности испарителя также нагревается, что сопровождается его дальнейшим испарением. На выходе из испарителя хладагент находится только в газообразном состоянии. Во время испарения хладагент охлаждает теплообменную поверхность испарителя, а следовательно и воду, циркулирующую в гидравлическом контуре системы кондиционирования.[2]

Рис. 2 Холодильный контур чиллера

Помимо чиллера в состав системы холодоснабжения и кондиционирования входит:

Фанкойл (фэнкойл) - это внутренний блок, устанавливается внутри помещения, содержит теплообменник, вентиляторы, трубопроводы, систему управления устройством (встроенная + инфракрасный пульт дистанционного управления). Забираемый из помещения воздух вентилятором подается в теплообменник, в котором находится поступающий с теплообменника охлажденная (подогретая) вода, охлаждается (нагревается) и, смешиваясь со свежим приточным воздухом, поступает обратно в помещение.

Фаилкойлы различаются:

• по способу установки - напольно-потолочные, настенные или скрытые за подвесными потолками.

• по внутреннему строению: двух- или четырехтрубные.

• по виду исполнения: корпусные, бескорпусные, шкафного типа.

Внутреннее устройство фанкойла подобно устройству внутреннего блока сплит-систем. Фанкойл состоит из следующих элементов:

• Теплообменник - как правило изготовлен из алюминия, представля ет собой радиатор с медными трубками, предназначен для передачи холода (тепла) от хладагента поступающему в помещение воздуху.

• Вентилятор. В системах малой мощности устанавливается вентилятор тангенциального типа, средней и большой мощности - осевой вентилятор. Предназначен для прокачки воздуха через теплообменник. Имеет несколько скоростей и плавное регулирование скорости вращения.

• Электронагреватель. Служит для дополнительного нагрева поступающего воздуха

• Воздушный фильтр устанавливается на корпусе фанкойла. Имеет ячеистое строение, может быть снят и промыт. Подлежит неоднократному использованию.

• Поддон для сбора образовавшегося в ходе работы конденсата. Из поддона собранная влага выводится в систему канализации через дренажные патрубки.

• Система управления фанкойлом. Регулирует частоту вращения вентилятора, хладопроизводительность блока, управляет таймерами и пр.

Насосные станции обеспечивают циркуляцию хладагента внутри системы - от чиллера к теплообменнику (этиленгликолевый контур) и обратно, и от теплообменника к фанкойлу (водяной контур) и обратно. Управление насосами производится чиллером, либо автономной системой управления. Типовая насосная станция состоит из циркуляционного насоса, расширителя, системы автоматики. Различают насосные станции малой (мощность чиллеров до 50 кВт), средней (50-150 кВт) и большой (от 150 кВт) производительности. Разв етвленная система трубопроводов связывает чиллер, фанкойлы и насосы, образуя единую замкнутую систему.[3]

Насосная станция, которая обеспечивает циркуляцию гликолевого контура называется гидромодулем и поставляется вместе с чиллером. Конструкция показана на рисунке 3.

Рис. 3 Схема гидравлического модуля.

CW - Контур охлажденной воды

FT - Реле протока воды

TT - Датчик температуры

P_i - Измерительный прибор

1 - Один или два циркуляционных насоса

2 - Фильтр для воды

3 - Предохранительный клапан

4 - Расширительный бак

6 - Ручной воздуховыпускной клапан

7 - Ручной сливной клапан

8 - Автоматический воздуховыпускной клапан

9 - Поворотная заслонка

10 - Изолированный испаритель

11 - Дополнительный бак-накопитель

12 - Дополнительная защита от замораживания

13 - Клапан Шредера 1/4" SAE

Агрегаты с гидравлическим модулем и баком-накопителем оснащены всеми приборами, обеспечивающими их безопасность и нормальное функционирование. Требуется только подключить трубопроводы водяного контура через соединительные муфты.

Подключение водяного контура к испарителю осуществляется через присоединительные патрубки под соединение типа Victaulic.

Трубопроводы водяного контура запрещается приваривать непосредственно к агрегату:

• Термические напряжения являются причиной образования микро- и макротрещин на трубопроводах водяного контура, испарителя или бака-накопителя.

• Растрескавшаяся краска может стать причиной преждевремен- ной коррозии.

• Электронные устройства управления также могут быть повреждены в результате отсутствия электромагнитной совместимости или высокого напряжения.

Во избежание этих явлений используйте сварные рукава (поставляются в качестве дополнительных принадлежностей). Приварите муфты на трубопроводы водяного контура, затем соедините их с агрегатом с помощью присоединительных патрубков Victaulic, рис. 4

Во избежание повреждения компонентов водяного контура давление в испарителе не должно превышать 10 бар (максимальное рабочее давление) для агрегатов с гидравлическим модулем и 4 бар для агрегатов без гидравлического модуля.

Во избежание передачи вибрации по водопроводам используйте резиновые виброизоляторы. При необходимости, установите датчики температуры в приточный и обратный трубопроводы.

На трубопроводах агрегатов всех исполнений необходимо установить следующие компоненты:

выравнивающий клапан на обратной трубе водяного контура, для регулирования расхода воды;

запорные клапаны на обратном и при- точном трубопроводах, для изолирования испарителя при техническом обслуживании.

В приточном трубопроводе следует установить фильтр. Мусор, находящийся в воде, может повредить паяный пластинчатый испаритель. Фильтр должен задерживать частицы размером более 1,6 мм и позволять проводить чистку без предварительного демонтажа. Агрегаты с гидравлическим модулем уже оснащены фильтром такого типа.[4]

Рис. 4 Соединение типа Victaulic