Промишлени водоохлаждащи агрегати

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2013

Водоохлаждащите агрегати са хладилни машини, подходящи както за климатизация на помещения със сравнително малък обем, така и за големи търговски, промишлени и производствени сгради. В промишлеността, освен за климатизация, те намират приложение и за охлаждане на работни флуиди, необходими за протичането на различни производствени процеси, за охлаждане на производствено оборудване и поддържане на необходимите параметри на работната среда, като осигуряват прецизен контрол при охлаждането. Известно е, че водоохлаждащите агрегати обикновено се подразделят на компресорни, сорбционни и комбинирани компресорно-сорбционни, като към момента по-широко използвани са компресорните машини.

Компресорни водоохлажадщи агрегати
Принципът на работа на водоохлаждащите агрегати, подобно на всяка една хладилна машина, се основава на стандартния хладилен цикъл, базиран на обратния цикъл на Карно. Основните им компоненти съответно са изпарител, компресор, кондензатор и регулиращ вентил, между които циркулира работно тяло. Като работно тяло обикновено се използва хладилен агент, който в процеса на работа променя агрегатното си състояние.

По отношение на конструктивното си изпълнение обаче производителите предлагат различни решения. Основно в зависимост от конструкцията си агрегатите се разделят на чилъри моноблок, т.е. с вграден кондензатор, и чилъри с изнесен кондензатор. В първия случай чилърът представлява автономна хладилна машина, включваща всички необходими елементи за хладилния цикъл – компресор, кондензатор, изпарител, спирателна арматура, елементи за защита и автоматика. Във втория случай кондензаторът се монтира на открито, а самият чилър се разполага вътре в сградата. Използването на чилър с изнесен кондензатор улеснява обслужването и повишава надеждната работа на системата, благодарение на свободния достъп до чилъра и относително постоянната температура на обкръжаващия го въздух. Самото охлаждане на кондензатора може да бъде водно или въздушно, като съответно в зависимост от начина на охлаждане, чилърите обикновено се класифицират като чилъри с въздушно и такива с водно охлаждане.

С въздушно или с водно охлаждане
Водоохлаждащите агрегати с въздушно охлаждане се оборудват с осеви или центробежни вентилатори. Добре е да се има предвид, че чилърите с осеви вентилатори са предназначени за монтаж на открито, като е необходимо да се осигурят добри условия за вход и изход на въздуха. Важно е, също така, да се изключи възможността изходящият въздух да попадне на входа на вентилатора. Водоохлаждащите агрегати с центробежни вентилатори се характеризират с по-усложнена конструкция. Те са предназначени предимно за вътрешен монтаж. Въздухът за охлаждане на кондензатора се взема от помещението, в което е монтиран самият агрегат и се изхвърля на улицата чрез центробежни вентилатори по система от въздуховоди.

Водоохлаждащите агрегати с въздушно охлаждане работят предимно с хладилен агент R407C, които замени хладилния агент R22. Предлагат се в широк диапазон от мощности. Подходящи са за работа и при отрицателна околна температура, без да е необходимо предвиждането на защита от замръзване. За приложения, където е необходим непрекъснат контрол на охлаждането като центровете за данни например, водоохлаждащите агрегати с въздушно охлаждане се считат за по-подходящото решение, предлагащо немалко предимства пред агрегатите с водно охлаждане. Препоръчват се и в приложения, където водата е корозионно агресивна или използването й е ограничено.

Като предимства на чилърите с въздушно охлаждане могат да се посочат по-лесната поддръжка, отпадането на необходимостта от предвиждането на специално машинно помещение и използването на кондензаторни помпи и охладителни кули, както и сравнително ниските инсталационни разходи.

При чилърите с водно охлаждане за охлаждане на хладилния агент се използва вода. Загрятата вода от кондензатора често се отвежда в охладителни кули за охлаждане. Хладилни агенти, с които работят този тип чилъри, обикновено са R134a и R407C. Чилърите с водно охлаждане се предлагат като моноблок или като системи с изнесен кондензатор. И в двата случая се препоръчва монтажът да е в затворени помещения.
Водоохлаждащите агрегати с водно охлаждане се характеризират с висока ефективност и голяма охлодителна мощност, което ги превръща в често предпочитано решение за промишлени приложения и търговски комплекси, изискващи климатични системи с голяма охладителна мощност. Сред посочваните техни предимства са и дългият експлоатационен срок и висока ефективност.

При избор между водоохлаждащ агрегат с въздушно охлаждане и такъв с водно охлаждане е добре да се има предвид, че въздушно охлаждаемите системи, които функционират без помпи и охладителни кули, изискват по-ниска първоначална инвестиция и в последствие имат по-ниски разходи за поддръжка. Въпреки това, според специалисти по-ниската температура на кондензация при чилърите с водно охлаждане могат да компенсират по-високите инсталационни разходи. Също така, тъй като влажните повърхности са по-добри проводници на топлина в сравнение със сухите, чилърите с въздушно охлаждане консумират около 10% повече енергия от тези с водно охлаждане.

По отношение на мощността чилърите с въздушно охлаждане се предлагат със значително по-ниска охладителна мощност в сравнение с тези с водно охлаждане.

Използвани компресори и изпарители
В промишлените водоохлаждащи агрегати обикновено се използват кожухотръбни и споени пластинчати топлообменници. Кожухотръбните изпарители обикновено са конфигуриран така, че през тръбите да преминава хладилният агент, а работният флуид се движи между тръбите. Тръбите обикновено са медни или от неръждаема стомана, но се използват и други материали. Сред материалите, използвани за кожуха, обикновено са чугун, месинг, неръждаема стомана. Счита се, че кожухотръбните изпарители са с по-малки загуби на налягане в сравнение със споените пластинчати топлообменници, за основно предимство на които се счита постигането на висока ефективност и по-ниски разходи.

Използваните видове компресори са бутални, центробежни и винтови. Буталните компресори се считат за подходящи при необходимост от доставка на малки количества хладилен агент с високо налягане. Центробежните, от своя страна, са по-подходящи при по-големи обеми хладилен агент и при по-ниско налягане. Те имат малко движещи се части и се характеризират с висока ефективност.

Абсорбционни водоохлаждащи агрегати
Характерна особеност на абсорбционните хладилни машини е използването на две вещества: работно тяло, наричано още хладилен агент, и абсорбент. Сред най-разпространените абсорбционни чилъри са моделите, работещи с воден разтвор на литиев бромид. Тези агрегати обикновено обхващат два блока – горен и долен. В долният блок на машината са разположени абсорберът и изпарителят, в които се поддържа ниско налягане и температура. Корпусът на горния блок също е разделен на две части – съответно на генератор и кондензатор, в които се поддържа високо налягане и температура. В изпарителя течният хладилен агент (вода) се изпарява, отнемайки топлина от охлажданата вода или от друга работна среда. Процесът протича благодарение на ниското налягане, поддържано в изпарителя. В следващата част на цикъла се осъществява регенерация на хладилния агент с цел неговото повторно използване. Съответно, в абсорбера парите на хладилния агент се поглъщат от концентрирания бромисто-литиев разтвор, благодарение на неговите много добри абсорбиращи свойства. Разреденият бромисто-литиев разтвор се подава в генератора с помощта на помпа, където се загрява за сметка на външен източник на топлина. В генератора водата се изпарява от разтвора, а концентрираният бромисто-литиев разтвор се стича в абсорбера. Парите на хладилния агент постъпват от генератора в кондензатора, където кондензират, като образувалата се вода постъпва в изпарителя. За да се подобри топлообменът и за да се повиши ефективността на процесите, протичащи в изпарителя и абсорбера, тръбите се оросяват с вода или с бром-литиев разтвор. Цикълът се осъществява непрекъснато през целия експлоатационен срок на машината. Поставянето на допълнителен топлообменник между генератора и абсорбера спомага за повишаване ефективността на процеса.

Абсорбционните охладители са предпочитани пред компресорните при реализирането на тригенерационни инсталации – производство на топлинна енергия, електроенергия и студ. Сред основните причини за това е използването на топла вода, пара или газ като енергиен източник за агрегата. Сред предимствата на абсорбционното охлаждане е и фактът, че то е по-тихо и по-надеждно от компресорното. Недостатъците са свързани с по-високите капитални вложения и по-големите габарити и маса на агрегата.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top