Система «чиллер-фанкойл»

Система «чиллер-фанкойл» - категория промышленного оборудования с обширной сферой применения: от кондиционирования помещений до фармацевтики. Чиллеры способны заменить 2 инженерных системы сразу: отопительную и климатическую. Также в сеть можно интегрировать вентиляцию и качественно улучшить параметры микроклимата. «Чиллер-фанкойлы» имеют неограниченные возможности масштабирования и работают с любой конфигурацией внутренних блоков. Как это реализуется на практике? Есть ли недостатки? Для каких объектов подходит оборудование?

Принцип работы системы «чиллер-фанкойл»

Задача чиллера - производить хладагент (охлажденную жидкость) оптимальной температуры и доставлять ее к другим агрегатам. Принимающим устройством является фанкойл. Прибор монтируется в помещении и внешне ничем не отличается от внутреннего блока кондиционера.

1. Работа чиллера основана на сжатии или абсорбции пара. Это процесс происходит в испарительном аппарате, где вода с добавлением антифриза переходит в газообразное состояние.
2. Пар перемещается в компрессор, который повышает его температуру и давление. Затем холодильный агент транспортируется в конденсатор, где газ выделяет накопленное ранее тепло и возвращается в жидкую форму.
3. Раствор транспортируется к дроссельной заслонке. Задача этого элемента: понизить давление и температурные показатели. В этот момент хладагент снова поступает в испаритель — цикл охлаждения повторяется. Процесс продолжается до тех пор, пока хладагент не достигнет заданной температуры.
4. Охлажденная жидкость поступает в теплообменник вентиляторных доводчиков - фанкойлов, установленным в помещении. Эти приборы «всасывают» комнатный воздух, который охлаждается при прохождении через теплообменник, и распределяется по помещению.

Данный процесс протекает плавно и синхронно: отдельные компоненты работают одновременно. Агрегаты оснащены термостатом и электронными элементами, которые позволяют контролировать как режимы работы устройства, так и всю установку в целом.

Рисунок 1. Система «чиллер-фанкойл»

Чем отличается хладагент от теплоносителя

Хладагент неоднократно меняет свое состояние в процессе цикла охлаждения. Жидкость в чиллере - типичный хладагент. Раствор в испарителе принимает газообразную форму и возвращается в жидкое состояние в конденсаторе. Теплоноситель не меняет фазовых состояний и выполняет более примитивную задачу: переносит параметры среды (горячей или холодной) от одного агрегата к другому. Эти понятия часто используют как синонимы, что в корне неверно.

Из каких компонентов состоит система «чиллер-фанкойл» и как работает

Ключевые агрегаты - чиллер, гидромодуль, насосная станция, фанкойлы, автоматика. Об основных элементах - подробнее далее.

Чиллер

Принцип работы основан на согласованной работе четырех агрегатов, через которые транспортируется хладагент:

• испарителя;
• компрессора;
• конденсатора;
• расширительного клапана;

Отдельно существует АБХМ (абсорбционная холодильная машина или абсорбционный чиллер), который производит холод из неиспользуемого (отработанного) тепла.

Рисунок 2. Чиллер

Насосная станция

Обеспечивает движение рабочего вещества между чиллером и фанкойлами и включает следующее оборудование:

• циркуляционный насос для поддержания давления;
• расширительный бак для компенсации температурного расширения/сжатия теплоносителя;
• запорная арматура для сервисного обслуживания;
• аккумулирующий бак для оптимизации нагрузки на систему при снижении потребности в охлаждении;
• система управления и защиты для контроля работы насосной станции и предупреждения аварийных ситуаций.

Фанкойл

Фанкойл играет роль принимающего устройства. Во внутреннем блоке комнатный воздух охлаждается, проходя через теплообменник, и возвращается в помещение. Вентиляторный доводчик - не автономная система. Фанкойл не может работать без чиллера: в этом их принципиальное отличие.

Конструктивное исполнение

Схема реализации зависит от мощностных характеристик оборудования и конфигурации помещения. Чиллеры устанавливаются за пределами здания, либо в специально оборудованном помещении внутри. В этом случае понадобится качественная звукоизоляция: агрегат сильно шумит. Принципиально отличается от стандартных сплит-систем кассетного и настенного типов по ряду параметров:

1. Тип хладагента. В «чиллер-фанкойлах» - вода или гликолевый раствор. В кондиционерах - дорогостоящий фреон.
2. Емкость конструкции. К чиллеру можно подключить неограниченное количество фанкойлов. Число внутренних модулей в традиционных сплит-системах и протяженность магистралей строго ограничены.
3. Размеры помещения. Кондиционеры эффективны для площадей менее 200 м². Для крупных объектов с большим количеством комнат идеально подойдет данная конструкция: она эффективно поддерживает оптимальный микроклимат и сохраняет архитектурный облик здания.

Также стоит отметить, что данная установка легко встраивается в комплексы приточной вентиляции, которыми оборудованы большинство зданий старой постройки.

Особенности конструкции насосной станции

Насос отвечает за циркуляцию хладагента в системе. Ключевые компоненты:

1. Циркуляционный насос создает нужное давление в системе.
2. Расширительный бачок компенсирует увеличение объема при изменении температуры жидкости.
3. Запорная арматура контролирует движение потока.

Система управления обеспечивает штатную и бесперебойную работу.

Подключение системы

При подключении оборудования к сети важно соблюдать технику безопасности и придерживаться следующих правил: заземлять оборудование, использовать рекомендованный производителем размер и тип электрокабеля. Провода, подающие напряжение, не должны соприкасаться с системой управления оборудованием и деталями гидромодуля.

Схематичное расположение системы «чиллер-фанкойл»

Разберем типовой пример реализации схемы «чиллер-фанкойла» в одноэтажном офисе типа «open space»:

1. Чиллер вынесен за пределы помещения и установлен на опорную конструкцию на земле.
2. За перемещение хладоносителя по гидравлическому контуру отвечают два циркуляционных насоса.
3. Гидравлический контур включает трубопровод и запорную арматуру.
4. Помещения разделены на зоны и кондиционируются с помощью четырех кассетных фанкойлов, встроенных в подвесной потолок.

Рисунок 4. Схема размещения

Чиллер охлаждает воду в контуре до заданной температуры. Охлажденная жидкость поступает в воздухообрабатывающие агрегаты - фанкойлы.

Преимущества и недостатки системы «чиллер-фанкойл»

Множество плюсов, обусловленных рабочей средой и особенностями конфигурации. Перечислим их:

1. В системе циркулирует водный раствор - безопасный, дешевый и  экологичный хладагент. В связи с этим отсутствуют эксплуатационные риски, связанные с утечкой фреона.
2. Длина магистралей и перепад высот в сети могут быть любыми. Подобную конфигурацию невозможно реализовать для фреоновых установок, ограниченных длиной трубопровода.
3. К одному чиллеру можно подключить любое количество фанкойлов разной конфигурации. Ограничительный фактор - мощность холодильной установки.
4. Работу каждого фанкойла можно настраивать под потребности помещения.
5. Низкие затраты на комплектующие - еще один аргумент в пользу чиллеров. Для прокладки коммуникаций используют бюджетные водопроводные трубы из полипропилена. Для традиционных фреоновых климат-систем понадобятся дорогие медные трубы.
6. Можно наращивать мощность и расширять конфигурацию сети, вводя в эксплуатацию новые помещения и увеличивая число фанкойлов.

Есть и недостатки. Основной - большой объем инвестиций на начальном этапе. Холодильная установка - дорогой агрегат. Оборудовать небольшое помещение стандартными сплит-системами дешевле. Дополнительных затрат требуют профессиональное проектирование и монтаж. Именно поэтому чиллеры ставят на крупных коммерческих и промышленных объектах. Стоит отметить, что отрасль развивается: производители предлагают оборудование малой и средней мощности по умеренной цене.

Возможные неисправности

Оборудование не защищено от поломок, вызванных ошибками монтажа и проектирования, выработкой ресурса. Основной перечень неисправностей:

• утечка хладагента из-за нарушений герметичности;
• выход из строя компрессора. Типичные поломки возгорание статорной обмотки, износ поршней из-за перегрева и устаревания компонентов;
• попадание воды в охладительную систему. Основная причина: утечка в испарителе.

Срок службы значительно влияет на эксплуатационные расходы. Старое оборудование имеет повышенную статистику отказов контроллера и плохо функционирующие клапаны. Эффективность работы агрегатов можно повысить с помощью корректной калибровки температурных датчиков и техобслуживания клапанов. Чтобы избежать большинства проблем, стоит уделить внимание качеству оборудования и монтажа, проводить профилактические техосмотры и сервисное обслуживание.

Где используется система «чиллер-фанкойл»

Кондиционирование и отопление зданий - не единственная сфера применения оборудования. Чиллеры широко используются в промышленном холодоснабжении. С их помощью можно создавать и поддерживать нужную температуру внутри камеры холодильного аппарата. Конфигурация имеет несколько схем реализации. Востребованы на крупных объектах разного профиля с большим количеством комнат:

• административные здания;
• коммерческие объекты (торговые центры, кинотеатры, офисные помещения, включая open space - офисы открытого типа);
• промышленные сооружения;
• многоэтажные жилые дома;
• элитные комплексы;
• гостиницы;
• учебные заведения;
• спорткомплексы.

«Чиллер-фанкойлы» часто используются для охлаждения воды в бассейнах и подготовки спецрастворов для сохранения ледового покрытия на катках.

Охлаждение объемами воздуха

В данном случае не используются внутренние блоки охлаждения (фанкойлы). Хладагент по системе воздуховодов через диффузоры поступает в помещение. Автоматика контролирует температуру. При превышение парамертров увеличивается объем поступающего охлажденного воздуха и удаление теплого комнатного. Основной регулировочный элемент - двухходовой или трехходовой клапан.

Охлаждение в оконечных устройствах

В этой схеме работы чиллера фанкойлы не используются. В качестве альтернативы применяются климатические модули и охлаждающие балки. В агрегатах комнатный воздух с высокой скоростью проходит через теплообменник с холодной водой, охлаждается и подается в помещение.

Сочетание двух схем охлаждения

В климатическое оборудование можно интегрировать систему вентиляции. Свежий воздух из приточно-вытяжной системы охлаждается при прохождении через теплообменник, смешивается с внутренним воздухом и поступает в комнату.

«Чиллер-фанкойл» и VRF-кондиционирования - что лучше?

Работу кондиционирования часто сравнивают с мультизональными VRV/VRF-устройствами, но принцип их работы различен:

• «чиллер-фанкойлы» работают на воде с полипропиленовым трубопроводом. VRV/VRF - на фреоне с медным;
• внешний блок мультизональных систем позволяет подключить не более 30 внутренних блоков. Для чиллеров такого лимита нет;
• длина коммуникаций в VRV/VRF - не более 1 км суммарно. Протяженность трубопровода в «чиллер-фанкойлах» может быть любой и ограничена лишь мощностью насоса.

Рисунок 5. VRV и VRF система кондиционирования

При сопоставимой мощности мультизональные системы дешевле чиллеров. Исходя из этого, многие владельцы зданий, где не планируется ввод в эксплуатацию новых помещений, отдают предпочтение VRV/VRF. Для больших помещений мощности одной мультизональной системы может не хватить: в этом случае лучше выбрать чиллер.

Сколько стоит и как выбрать подрядчика

Цена оборудования зависит от конструкции. Самыми дорогими являются двух- и четырехтрубные модели. На итоговую стоимость также влияет:

• вид хладоносителя;
• мощность и энергопотребление;
• площадь помещения;
• марка оборудования;
• количество расходников;
• затраты на проектирование и услуги монтажников.

При монтаже данной установки критически важен профессионализм проектировщиков и монтажников. Подробно о том, как правильно выбрать компанию для монтажа инженерных систем.

Вывод

Большинство владельцев и арендаторов крупных объектов отдают предпочтение системам «чиллер-фанкойл» - это решение оправдано повышенным ресурсом системы, неограниченным масштабированием и гибкостью реализации. Низкие эксплуатационные расходы окупают первоначальные затраты в среднесрочной перспективе.