Чиллеры: виды и классификация по конструктивным и функциональным характеристикам

I. Классификация по мощности

Мини-чиллеры, как правило, выпускаются с производительностью по холоду от 5 до 20 кВт (мы, конечно, сейчас не рассматриваем какие-то особые лабораторные модели на 1 кВт охлаждения). В линейке производителей с шагом 1,5–2 кВт существует обычно несколько моделей мини-чиллеров, закрывающих основные потребности для охлаждения небольших домов, офисных помещений или технологические требования (фото 1). Примерно 10–15 лет назад мини-чиллеры стремительно «вымирали» как класс оборудования, испытывая колоссальное давление со стороны систем прямого испарения, то есть класса VRF или полупромышленных сплит-систем. Это было логично, так как при равной холодопроизводительности и лучших энергетических характеристиках системы прямого испарения имеют в разы меньшую стоимость, чем у мини-чиллеров. Но вектор развития холодильной техники в этом сегменте неожиданно изменился благодаря двум факторам. Первый фактор — это стремительное развитие теплонасосных технологий, благодаря чему мини-чиллер получил новое функциональное качество. Его стали использовать не только в режиме охлаждения летом, но и в режиме отопления зимой. Привычная многим система водяного отопления, особенно с использованием тёплого пола, идеально подошла для реверсивного мини-чиллера. И второй фактор — это экологические требования к фреонам, в результате чего использовать хладагенты с низким GWP (потенциалом глобального потепления), а именно R290 (пропан) или R32, в системах прямого испарения стало небезопасно из-за горючести. Мы подробно писали об этом ранее в нашем журнале [1]. В результате в 2025 году общий рынок мини-чиллеров в мире составил почти 5 млн единиц. Для сравнения — общий выпуск наружных блоков мини-VRF сопоставимой мощности от 5 до 20 кВт был в несколько раз меньше, около 0,8 млн шт.

Фото 1. Мини-чиллер 12 кВт с тепловым насосом

Чиллеры средней мощности выпускаются в диапазоне от 20 до 500 кВт по холоду (фото 2). Эти чиллеры, как правило, модульные, то есть позволяют набирать нужную производительность путём объединения параллельно нескольких одинаковых блоков мощностью 20, 30, 60, 130, 250, 500 кВт, а в комбинации — максимально 2, 3 или даже 4 МВт.

Фото 2. Чиллер средней производительности

В отличие от мини-чиллеров, которые содержат в своей конструкции все необходимые элементы, модульные чиллеры могут не комплектоваться насосной станцией. Поэтому грамотный расчёт системы и подбор всех элементов — от насоса до расширительного бака — ложится на плечи проектировщика.

И, наконец, чиллеры большой мощности. Единой международно признанной классификации не существует, на основании экспертных мнений можно обозначить границы от 500 кВт по холоду до 20 МВт (фото 3). В [2] приведён пример охлаждения целого квартала в Японии с помощью центральной холодильной станции. Там самый мощный чиллер — от компании Mitsubishi Heavy Industries с производительностью 17 МВт. Чиллер установлен с водяным охлаждением конденсатора, отводимое тепло по огромным трубопроводам сбрасывалось в Токийский залив.

Фото 3. Чиллер большой мощности с водяным охлаждением конденсатора

Табл. 1. Классификация чиллеров

II. Классификация по принципу работы

По способу переноса теплоты от охлаждаемой жидкости к окружающей среде чиллеры подразделяют на парокомпрессионные и абсорбционные.

Парокомпрессионные чиллеры

Парокомпрессионная машина (ПКХМ) использует замкнутый контур хладагента. В испарителе хладагент кипит при низком давлении, отбирая теплоту у воды или водно-гликолевого раствора; компрессор повышает его давление и температуру; в конденсаторе хладагент отдаёт тепло, а после дросселирования возвращается в испаритель. Это основной тип чиллеров для комфортного и технологического холодоснабжения. Производительность регулируют изменением частоты вращения компрессора (инвертор), включением отдельных компрессоров или ступенчатым изменением производительности компрессорного блока.

Абсорбционные чиллеры (АБХМ — абсорбционная холодильная машина)

В абсорбционном чиллере механический компрессор заменён тепловым процессом: пары хладагента поглощаются абсорбентом, а затем выделяются из раствора при подводе внешнего тепла. Часто используется пара «вода — раствор бромида лития», где вода выполняет роль хладагента.

Источником энергии может быть пар, горячая вода с температурой свыше +80 °C, продукты сгорания топлива или сбросная теплота производства. Поэтому абсорбционные машины оправданы прежде всего на объектах с доступным источником недорогой тепловой энергии.

Мне лично в 2019 году доводилось наблюдать производство абсорбционных чиллерных систем на заводе Panasonic в Японии. Такие системы до сих пор популярны в странах Азиатско-Тихоокеанского региона.

Рис. 1. Схема работы абсорбционного чиллера

Элементы холодильного контура в абсорбционном чиллере (рис. 1):

1. Испаритель. Жидкая вода (хладагент) подаётся в трубки теплообменника, в котором по второму (охлаждаемому) контуру циркулирует вода от системы кондиционирования или технологического потребителя. Из-за глубокого вакуума вода в трубках кипит при низкой температуре (+4…+5 °C), на это испарение воды забирается теплота, и вода во втором контуре охлаждается, например, с +12 до +7 °C.
2. Абсорбер. Образовавшийся водяной пар нельзя просто накапливать: иначе давление в испарителе возрастёт и кипение прекратится. Концентрированный раствор бромида лития интенсивно поглощает этот пар, поддерживая вакуум; при поглощении выделяется тепло, которое отводит отдельный контур охлаждающей воды.
3. Насос раствора. После поглощения пара раствор становится разбавленным — в нём возрастает доля воды. Насос подаёт этот «слабый» раствор в генератор; его электрическая мощность существенно меньше мощности компрессора аналогичной парокомпрессионной машины.
4. Генератор (подогреватель). В генератор подводится тепло от горячей воды, пара, горелки или технологического источника. Вода испаряется из разбавленного раствора, а оставшийся раствор бромида лития (LiBr) вновь становится концентрированным и возвращается в абсорбер для следующего поглощения пара.
5. Конденсатор. Пар воды, выделившийся в генераторе, поступает в конденсатор. Там он отдаёт тепло охлаждающей воде и превращается в жидкую воду.
6. Дросселирование и возврат в испаритель. Сконденсированная вода проходит через дросселирующее устройство в область низкого давления испарителя. Здесь она снова кипит, отбирает тепло у охлаждаемого контура — и цикл повторяется.

При обычном атмосферном давлении вода кипит при +100 °C и не может служить хладагентом для получения температуры +7 °C. В испарителе АБХМ поддерживается глубокий вакуум, поэтому вода как хладагент кипит при нескольких градусах Цельсия и способна отбирать тепло у охлаждаемой воды.

Иными словами, АБХМ превращает доступное тепло в холод: испаритель создаёт холод, абсорбер поддерживает его работу поглощением пара, а генератор восстанавливает способность раствора LiBr вновь поглощать этот пар.

III. Классификация по способу охлаждения конденсатора

Теплота, отведённая от потребителей, не исчезает: чиллер передаёт её через конденсатор наружному воздуху или охлаждающей его воде. По этому признаку выделяют чиллеры с воздушным и водяным охлаждением.

Воздушное охлаждение

В чиллерах с воздушным охлаждением конденсатор обдувается наружным воздухом. Вентиляторы создают необходимый расход воздуха, а тепло от хладагента рассеивается в окружающей среде. Это наиболее часто применяемый вид охлаждения для малых и средних мощностей (фото 1 и 2).

Воздушно-охлаждаемые машины размещают на кровле, открытой площадке, техническом балконе или возле здания. Им не нужны градирня, контур охлаждающей воды и связанные с ним насосы, что уменьшает состав внешнего оборудования и уменьшает общее энергопотребление системы.

Рабочие показатели такого чиллера зависят от наружной температуры. В жаркую погоду растёт температура конденсации и снижается холодильный коэффициент, поэтому при выборе оборудования важно использовать расчётные климатические параметры места установки.

Водяное охлаждение

Водоохлаждаемый чиллер передаёт теплоту конденсации в отдельный водяной контур. Далее эта теплота сбрасывается через испарительную градирню, драйкулер (рис. 2) или используется для каких-либо других целей, например для подогрева санитарной воды.

Такие чиллеры чаще располагают внутри здания, в машинном отделении. Они требуют дополнительного гидравлического контура, насосов, арматуры и автоматики, но хорошо подходят для мощных централизованных систем холодоснабжения. В условиях стран со стабильной минусовой температурой зимой внешний циркуляционный контур обязательно должен использовать незамерзающие растворы пропилен- или этиленгликолей.

Особенности расчёта систем с незамерзающими растворами мы подробно рассмотрели ранее в нашем журнале [3].

Из плюсов: в холодный период водяной контур может быть использован для фрикулинга. В этом случае часть или вся нагрузка по охлаждению жидкости переносится на наружный теплообменник (драйкулер), а компрессоры работают с пониженной нагрузкой либо отключаются.

Рис. 2. Драйкулер (градирня неиспарительного типа) для чиллеров с водяным охлаждением

IV. Классификация по компоновке

Конструктивное исполнение определяет, где находятся главные узлы холодильной машины и какие коммуникации необходимо прокладывать между ними.

Моноблочные чиллеры

Моноблочный чиллер объединяет компрессорный блок, испаритель, конденсатор, холодильный контур и автоматику в одном корпусе. В зависимости от комплектации внутри также размещают насосы, расширительный бак и другие элементы гидромодуля (фото 1 и 2).

Для монтажа требуется подключить электропитание и трубопроводы охлаждённой жидкости. Наружные моноблоки с воздушным конденсатором — один из распространённых вариантов для коммерческих зданий и производственных объектов.

Если теплоноситель проходит по наружным трубопроводам круглый год, необходимо предотвратить замерзание. Возможные решения — использование водно-гликолевой смеси, теплоизоляция, электрообогрев, дренирование или установка промежуточного теплообменника.

Чиллеры с выносным конденсатором

В такой схеме компрессорно-испарительный модуль размещается внутри здания, а воздушный конденсатор устанавливают снаружи. Блоки соединяются фреоновыми трубопроводами. Это позволяет оставить охлаждаемую воду внутри отапливаемой зоны и при необходимости использовать чистую воду без гликоля. Однако проектировщик должен соблюдать ограничения между чиллером и выносным конденсатором по длине трасс, перепаду высот, масловозврату и допустимой заправке хладагента (рис. 3).

Рис. 3. Схема компоновки чиллера с выносным конденсатором

V. Классификация по типу компрессора

Тип компрессора определяет диапазон холодопроизводительности, способ регулирования, уровень шума, требования к сервису и поведение машины при частичной нагрузке. В парокомпрессионных чиллерах применяют поршневые, спиральные, ротационные, винтовые и центробежные компрессоры.

Поршневые (reciprocating) компрессоры

Поршневой компрессор сжимает хладагент возвратно-поступательным движением поршней (фото 4).

Такое решение традиционно применялось в холодильных машинах малой и средней мощности, но сегодня во многих задачах оно уступает спиральным и винтовым компрессорам по шуму, вибрации и удобству регулирования.

Фото 4. Поршневой компрессор

Спиральные (scroll) компрессоры

Спиральный компрессор сжимает хладагент двумя взаимодействующими спиралями. Компактность и сравнительно низкий уровень шума делают его подходящим для малых и средних воздушных чиллеров (фото 5).

Часто в одном агрегате устанавливают несколько спиральных компрессоров. Это позволяет ступенчато или плавно адаптировать производительность к текущей нагрузке и сохранить частичную работоспособность при остановке одного компрессора.

Фото 5. Спиральный компрессор

Ротационные (роторные, rotary) компрессоры

Самые популярные компрессоры — ротационного типа. Ежегодно (по данным JARN за 2022 год) во всём мире производят около 205 млн таких устройств. В чиллерных системах их применяют в сегменте малой и средней производительности. Преимущества компрессоров ротационного типа: относительно низкая стоимость и высокая энергоэффективность при работе с неполной нагрузкой, то есть при применении популярного сегодня инверторного привода.

Винтовые компрессоры (screw)

Винтовые компрессоры используют пару роторов, создающих сжатие при их вращении. Их применяют в чиллерах средней и большой производительности, особенно в системах с продолжительными и сравнительно стабильными нагрузками.

Конкретный диапазон регулирования определяется конструкцией компрессора: золотниковым клапаном, частотным приводом или сочетанием нескольких холодильных контуров. При подборе важно оценивать не только номинальную мощность, но и сезонную эффективность машины в реальном диапазоне нагрузок.

Центробежные компрессоры (centrifugal)

Центробежный компрессор сообщает хладагенту скорость вращающимся рабочим колесом, после чего скорость преобразуется в давление в диффузоре. Такие компрессоры применяют в крупных водоохлаждаемых чиллерах (фото 6).

Фото 6. Центробежный компрессор для производительного водоохлаждаемого чиллера

Их область — большие централизованные системы в деловых и торговых комплексах, крупных общественных зданиях, промышленности и дата-центрах. Эффективность установки определяется не только компрессором, но и согласованной работой холодильного, гидравлического и теплоотводящего контуров.

Центробежные компрессоры холодильных установок могут достигать мощности 2000–3000 кВт, а степени сжатия (отношение давлений) — около 11.

В центробежных компрессорах рабочим органом являются несколько рабочих колёс с лопатками и диффузор (фото 7). При вращении рабочего колеса газ отбрасывается лопатками к периферии колеса (внешнему радиусу) и поступает в диффузорное пространство, которое соединяет его со следующим колесом, то есть имеется многоступенчатый процесс нагнетания. При выходе из колеса газ имеет более высокую скорость, температуру и давление, чем при входе.

Фото 7. Вал центробежного компрессора с рабочими колёсами

Центробежные компрессоры не имеют возвратно-поступательного движения деталей, поэтому у них спокойный ход и нет тяжёлого фундамента, необходимого для массивных поршневых машин. Ротор вращается с постоянной скоростью, а движущиеся детали соприкасаются с неподвижными только в подшипниках (или вообще не соприкасаются в системах на магнитном подвесе), что обеспечивает безопасную эксплуатацию при высокой скорости вращения и позволяет использовать недорогие быстроходные двигатели.

В зависимости от количества ступеней центробежные компрессоры бывают одно-, двух- и многоступенчатые.

Основные преимущества центробежных компрессоров:

• высокая производительность;
• долговечность конструкции (возможность работы при интенсивной эксплуатации в течение длительного времени);
• плавность подачи (равномерность, отсутствие скачков давления);
• отсутствие гидроудара при попадании жидкого хладагента (происходит перекачка жидкого хладагента, как в центробежных насосах);
• незначительная вибрация.

К недостаткам такого типа компрессоров можно отнести:

1. Более низкий КПД.
2. Необходимость развития больших скоростей вращения (сверхскоростные электродвигатели, дополнительные редукторы-мультипликаторы, некоторые современные компрессоры имеют скорость 45 тыс. об/мин).
3. Основная проблема функционирования центробежного компрессора — невозможность поддержания давления конденсации при нестабильных рабочих режимах.
4. С уменьшением производительности или с ростом давления уменьшаются сечения каналов проточной части, при этом увеличиваются газодинамические (гидравлические) потери и относительные утечки газа через лабиринтные уплотнения. Оба этих фактора обусловливают снижение КПД машины. Поэтому центробежные и осевые компрессоры не всегда подходят для сжатия небольших объёмов газа, а также для сжатия до высоких давлений.

Чиллеры на базе компрессоров центробежного типа часто используются для комфортного кондиционирования аэропортов, торговых центров и других крупных общественных зданий, а также для охлаждения производственных процессов, например, в нефтехимической отрасли. Область применения таких чиллеров — как малые и средние объекты (офисные здания и станции метро), так и крупные (атомные электростанции, системы центрального отопления и холодоснабжения, центры обработки данных).

Объём производства мирового рынка чиллеров с компрессорами центробежного типа в 2022 году составил 26,4 тыс. единиц. Крупнейшими рынками центробежных компрессоров являются Китай и США, за ними следуют страны Азиатско-Тихоокеанского региона, Европа и страны Латинской Америки.

Центробежные компрессоры на магнитной подвеске Turbocor (Danfoss)

Отдельно необходимо рассказать о прорывной технологии, которая активно внедряется сегодня компанией Danfoss. Это безмасляные центробежные компрессоры на магнитном подвесе ротора Turbocor (фото 8). Компания Turbocor Compressors, основанная в 1994 году в США изобретателем Роном Конри, заключила соглашение о совместном предприятии (50:50) с Danfoss в 2004-м, но уже в 2013 году Danfoss приобрёл Turbocor Compressors в полную собственность.

Фото 8. Безмасляный центробежный компрессор на магнитном подвесе ротора Turbocor

Почему технология Turbocor считается сегодня наиболее перспективной?

В любом компрессоре существует главная проблема, снижающая эффективность компрессора и уменьшающая срок его эксплуатации. Эта проблема называется трением. В поршневых компрессорах кольца поршней трутся о цилиндры, в ротационных — пластина трётся о цилиндр, в винтовых — два винта трутся друг о друга и т.д. То есть мы неизбежно сталкиваемся с потерями энергии на трение. Чтобы сократить эти потери, производители компрессоров смешивают масло с фреоном, что снижает трение, но приводит к дополнительным проблемам:

1. Во-первых, необходимо постоянно контролировать уровень масла в компрессоре. Если масла будет мало, то компрессор может выйти из строя из-за повышенного трения и перегрева. Если масла будет слишком много, то компрессор опять может выйти из строя из-за гидроудара, так как масло — это несжимаемая жидкость.
2. Во-вторых, масло выводится из компрессора с потоками фреона, поэтому его необходимо постоянно возвращать. Для этого делают специальные системы маслоотделения и применяют режимы возврата масла, что приводит также к дополнительным потерям энергии системы.

Поэтому идея создания компрессора, который не будет иметь трущихся частей, очень привлекательна. И вот, наконец, она была реализована в центробежных компрессорах на магнитном подвесе вала с рабочими колёсами (центрифуги). С применением магнитной подвески полностью исключается трение между деталями компрессора, то есть нет необходимости добавлять масло, и решены многие проблемы его эксплуатации. Практически исключаются потери на трение, и, соответственно, уменьшается износ деталей. Таким образом, срок службы самого компрессора значительно увеличивается. Отсутствие трения уменьшает потери энергии, что повышает КПД компрессора.

Конструкция компрессора Turbocor включает непосредственно компрессор или рабочее колесо, которое, вращаясь, придаёт кинетическую энергию потоку газообразного хладагента. Затем она преобразуется в потенциальную энергию сжатия фреона. Рабочее колесо вращает бесщёточный двигатель на постоянных магнитах (DC-двигатель). Скорость вращения двигателя регулирует инвертор постоянного тока. В момент запуска компрессора сначала происходит включение системы левитации (магнитной подвески), после чего рабочее колесо приподнимается над специальными посадочными опорами. Затем DC-двигатель медленно раскручивает его до необходимой скорости.

Применение магнитных подшипников в центробежном компрессоре позволяет повысить эффективность, надёжность, а также способствует снижению уровня шума и эксплуатационных расходов. Они расположены по радиусу и вдоль осей. Магнитные подшипники предотвращают контакт ротора с прочими поверхностями. При отключении питания компрессора магнитное поле поддерживается за счёт встроенных конденсаторов в течение времени, необходимого для плавного опускания вала на опоры.

К недостаткам компрессоров Turbocor можно отнести их стоимость, низкую ремонтопригодность. Известны случаи выхода из строя компрессоров при резком отключении питания.

Компрессоры Turbocor работают в диапазоне 150–1600 кВт холода.

VI. Классификация по гидравлическому модулю

Чиллер может быть поставлен без насосной станции, или с частично укомплектованным гидромодулем, или как полностью готовый к подключению агрегат. Гидромодуль обычно включает насосы, расширительный бак, предохранительную арматуру, фильтры, датчики и иногда аккумулирующий бак (рис. 4).

Рис. 4. Типовая схема гидравлической обвязки чиллера (выносной гидромодуль)

Со встроенным гидромодулем

Встроенный гидромодуль сокращает объём работ на площадке и упрощает монтаж. Такое исполнение рационально для типовых систем, когда заводской насос и доступный напор соответствуют гидравлическому сопротивлению трубопроводов, арматуры и потребителей.

С выносной насосной группой

Для крупных, протяжённых или нестандартных систем насосную группу проектируют отдельно. Это позволяет подобрать рабочие и резервные насосы, реализовать частотное регулирование, разделить контуры и предусмотреть необходимую логику управления.

VII. Классификация по дополнительным функциям

Функциональные возможности чиллера определяются наличием реверсивного цикла, фрикулинга, рекуперации и специальной комплектацией.

Реверсивные чиллеры (с тепловым насосом)

Реверсивный чиллер, также называемый «чиллером — тепловым насосом», способен менять направление холодильного цикла. В режиме охлаждения он отбирает теплоту у воды, а в режиме отопления передаёт теплоту в водяной контур здания.

Реверсивные чиллеры получили сильный толчок в развитии при реконструкции систем водяного отопления, когда не нужно менять всю систему при отказе от мазутного или газового котла. Достаточно поменять котёл на моноблочный мини-чиллер или даже использовать их совместно по бивалентной схеме [1].

Чиллеры с фрикулингом

Чиллер с фрикулингом использует низкую температуру наружного воздуха для охлаждения воды или водно-гликолевого раствора. Когда погодные условия позволяют, компрессоры частично разгружаются или полностью отключаются, а холод производится во встроенном воздушно-жидкостном теплообменнике — сухой градирне или драйкулере (рис. 5).

Термин free cooling буквально означает «свободное охлаждение», но оно не полностью бесплатное: насосы, вентиляторы и автоматика всё равно потребляют электричество. Главная экономия возникает за счёт уменьшения времени работы компрессоров — наиболее энергоёмкой части парокомпрессионного чиллера.

Типовой чиллер включает:

• компрессор, испаритель, конденсатор и систему управления;
• секцию фрикулинга — оребрённый воздушно-жидкостный теплообменник;
• осевое или центробежные вентиляторы;
• трёх- или двухходовые регулирующие клапаны;
• насосы и трубопроводы контура теплоносителя;
• датчики температуры наружного воздуха, подачи и обратной воды.

Рис. 5. Упрощённая схема чиллера с фрикулингом

Встроенное решение выглядит как увеличенный воздушный чиллер: в корпусе расположены холодильный контур и дополнительный теплообменник для естественного охлаждения жидкости. Отдельная схема обычно состоит из чиллера, размещённого в машинном помещении, и наружного драйкулера.

Работа зависит от наружной температуры, температуры обратного теплоносителя и требуемой температуры подачи. Поэтому нельзя установить единый температурный порог для всех объектов: он определяется температурным графиком системы, запасом на теплообмен и фактической нагрузкой.

При высокой наружной температуре воздух не может охладить теплоноситель до требуемого уровня. Клапаны направляют поток в испаритель, а холод производится обычным парокомпрессионным циклом; секция фрикулинга не используется или байпасируется. Например, для графика 12/7 °C наружный воздух температурой +25 °C не может быть источником свободного холода. Работают компрессоры, вентиляторы конденсатора и насосы.

Когда наружный воздух становится достаточно холодным, часть обратного теплоносителя охлаждается в секции фрикулинга, а затем при необходимости доохлаждается в испарителе. Производительность компрессоров снижается пропорционально доле нагрузки, которую взял на себя драйкулер. Этот режим важен в межсезонье: он часто даёт наибольшее число часов экономичной работы, поскольку наружной температуры уже достаточно для предварительного охлаждения, но ещё недостаточно для полного отказа от компрессорного цикла.

При низкой температуре наружного воздуха теплоноситель проходит через драйкулер и достигает требуемой температуры без участия холодильного контура. Компрессоры отключены, а система потребляет энергию только на вентиляторы, насосы и управление.

Для системы с температурой подачи +14…+18 °C полный фрикулинг наступает раньше и длится дольше, чем для системы 7/12 °C. Поэтому свободное охлаждение особенно эффективно при высокотемпературных потребителях: охлаждающих батареях с увеличенной площадью, серверных с повышенной температурой воздуха, технологических установках и системах «холодных коридоров».

В полном режиме клапанная группа направляет весь расход через драйкулер и исключает испаритель из контура. В смешанном режиме часть потока проходит через секцию фрикулинга или весь поток предварительно охлаждается в ней, после чего направляется в испаритель для достижения заданной температуры подачи.

Фрикулинг эффективен только при постоянной или длительной потребности объекта в холоде в холодное время года. Наиболее характерные потребители:

1. Центры обработки данных, серверные и телекоммуникационные узлы.
2. Производственные линии и технологическое оборудование.
3. Холодильные склады и логистические объекты.
4. Медицинские учреждения, лаборатории и диагностические комплексы.
5. Ледовые арены и другие спортивные комплексы.
6. Торговые объекты с круглогодичным технологическим холодом.
7. Здания с внутренними теплопритоками (плотная офисная техника, оборудование связи, освещение, электрощитовые).

Для обычного офиса, где холод нужен преимущественно летом, экономический эффект может быть ограниченным. Система окупается быстрее там, где холодопроизводительность требуется 24/7 и наружная температура значительную часть года ниже температуры обратного теплоносителя.

Чиллеры с рекуперацией тепла

В обычном режиме тепло конденсации сбрасывается в атмосферу или оборотную воду. Чиллер с рекуперацией позволяет направить часть этой энергии на нагрев воды для ГВС, бассейна, отопительных или технологических нужд. Практическая ценность рекуперации максимальна при одновременном спросе на холод и тепло. Если тепловая нагрузка отсутствует, избыточная теплота всё равно должно быть отведено через основной конденсатор.

VIII. Классификация по температуре охлаждаемой воды

Низкотемпературные чиллеры

Низкотемпературный чиллер — холодильная машина для охлаждения жидкости до температур ниже обычного графика систем кондиционирования. Если стандартный чиллер обычно готовит воду около +7 °C, то низкотемпературная машина работает с водно-гликолевыми растворами, рассолами или иными теплоносителями при температурах от около 0 °C до отрицательных значений; специальное оборудование может обеспечивать существенно более низкие температуры (табл. 2).

Табл. 2. Рабочие диапазоны низкотемпературных чиллеров

Главная задача такого чиллера — не комфортное кондиционирование, а стабильное отведение теплоты от технологического процесса. Его применяют, когда необходимо охлаждать продукт, оборудование, химические растворы, формы, технологические ванны или воздух в холодильных камерах. Ключевое отличие — низкая температура кипения хладагента в испарителе. Чтобы охладить теплоноситель, например, до –10 °C, хладагент должен кипеть при ещё более низкой температуре; это повышает отношение давлений в холодильном цикле, уменьшает удельную холодопроизводительность и увеличивает нагрузку на компрессор.

Поэтому низкотемпературный чиллер нельзя считать обычной машиной с «пониженной уставкой». Для него подбирают компрессор, хладагент, теплообменники, терморегулирующий вентиль (ТРВ), масло и систему защиты с учётом расчётного низкотемпературного режима.

Высокотемпературные чиллеры

Высокотемпературные чиллеры — холодильные машины, рассчитанные на охлаждение жидкости до температур выше традиционного графика кондиционирования 7/12 °C. Обычно они работают с температурой подачи около +10…+25 °C, а иногда и выше, когда требуется не глубокое охлаждение, а поддержание стабильной температуры технологической жидкости или оборудования. В [4] мы подробно писали о применении высокотемпературных чиллеров для охлаждения современных серверов в дата-центрах.

Такой чиллер отводит избыток теплоты от воды, гликоля, масла, эмульсии или другой рабочей среды. Он используется в тех случаях, когда температура процесса должна быть ниже окружающей среды, но не требуется получать холодоноситель с температурой +5…+7 °C и ниже (табл. 3).

Табл. 3. Температурные режимы высокотемпературных чиллеров

По составу основных узлов высокотемпературная машина не отличается от обычного парокомпрессионного чиллера. В испарителе хладагент кипит, забирая тепло у рабочей жидкости; компрессор сжимает пар и повышает его температуру; в конденсаторе теплота отводится наружному воздуху или оборотной воде; ТРВ снижает давление хладагента перед его возвратом в испаритель. Разница заключается в настройке рабочих параметров. Более высокая температура жидкости позволяет поддерживать более высокую температуру кипения хладагента, благодаря чему уменьшается степень сжатия и снижается электрическая мощность компрессора при одинаковой тепловой нагрузке.

Высокотемпературные чиллеры чаще применяют в промышленности, где от стабильности температуры зависит качество продукции, точность обработки, производительность и ресурс оборудования. Типичные задачи включают:

1. Охлаждение пресс-форм, термопластавтоматов, экструдеров и каландров.
2. Охлаждение гидравлических станций, редукторов, масел, эмульсий и смазочно-охлаждающих жидкостей.
3. Отвод теплоты от лазерных установок, сварочных аппаратов, силовой электроники и источников питания.
4. Температурную стабилизацию ванн, реакторов, растворов и т.п.
5. Охлаждение серверных и помещений с высокой внутренней тепловой нагрузкой.

Повышенный график воды обычно позволяет получить более высокий холодильный коэффициент, чем при стандартных 7/12 °C. Компрессор работает с меньшим перепадом давлений, поэтому на единицу произведённого холода требуется меньше электроэнергии. Высокотемпературные контуры также особенно выгодны для фрикулинга. Чем выше допустимая температура подачи, тем при более тёплом наружном воздухе драйкулер способен частично или полностью охладить теплоноситель без работы компрессоров.

Заключение

Классификация чиллерных систем не заменяет их подбор, но помогает сформировать исходное техническое решение. Воздушный моноблочный чиллер со спиральными компрессорами и встроенным гидромодулем логичен для сравнительно компактного объекта; водоохлаждаемая винтовая или центробежная машина — для крупной централизованной системы; чиллер с фрикулингом — для круглогодичной нагрузки в холодном климате.

Окончательный выбор должен учитывать требуемую холодо- и теплопроизводительность, параметры теплоносителя, климатические условия, профиль нагрузки, архитектурные ограничения, уровень шума, доступность сервиса, схему резервирования и совокупное энергопотребление всей системы.