Защита чиллера от замерзания

Использование антифризов в чиллерах не является панацеей от проблем с эксплуатацией оборудования в зимний период. Незамерзающие жидкости негативно влияют на рабочие характеристики систем, поэтому их применение необходимо предусмотреть еще на этапе проектирования, кроме того, они имеют предел возможностей (температура замерзания раствора). Эффективную защиту оборудования при отрицательных температурах наружного воздуха обеспечивают системы регулирования

Защита оборудования от замерзания в условиях эксплуатации при низких температурах наружного воздуха эффективно реализуется посредством управления работой чиллера.

При задании уставки терморегулятора для всех видов компрессоров следует учитывать уставку терморегулятора защиты от замерзания испарителя. Он управляет сигнализацией замерзания и включением электронагревателей испарителя. Для стандартного блока уставка сигнализации и включения электронагревателей составляет 3°С. При понижении температуры охлаждаемой жидкости ниже значения уставки отключается компрессор, включаются электронагреватели испарителя, насос продолжает работать, обеспечивая циркуляцию жидкости. Блокировка имеет ручной сброс. Уставки могут задаваться пользователем.

Если используются незамерзающие жидкости, то величина уставок выбирается в зависимости от концентрации раствора (табл.). Отключениеэлектронагревателей испарителя и сигнализации защиты от замерзания происходит, когда температура охлаждаемой воды на выходе из испарителя поднимается выше значения уставки плюс несколько градусов.

Kond_Tab

Таблица. Значения уставок сигнализации и нагревателей защиты от замерзания для водогликолевого раствора

Размораживание теплообменника

При работе чиллера в режиме теплового насоса в условиях повышенной влажности и низких температур наружного воздуха на поверхности теплообменника-испарителя (бывший конденсатор) сконденсировавшиеся водяные пары будут превращаться в лед, и теплообменник постепенно будет обмерзать, что ухудшает работу чиллера и может привести к повреждению блока. Для растапливания льда используется цикл размораживания, когда чиллер кратковременно переключается на режим охлаждения (рис. 1). Переключение цикла выполняется по сигналу датчика температуры конденсации, установленного в теплообменнике (бывшем конденсаторе, ныне испарителе), которая сравнивается с параметрами, задаваемыми заводом-изготовителем. Когда температура опустится ниже заданной в качестве параметра начала размораживания, компрессор отключается, таймер начинает отсчитывать время размораживания. При достижении заданного времени задержки переключения цикла срабатывает четырехходовой клапан обращения цикла, компрессор при этом отключен. Компрессор включается через интервал времени, равный времени задержки переключения цикла.

Kond_Ris_1

Рис. 1. Цикл размораживания теплообменника теплового насоса

Окончание размораживания происходит, когда достигнута максимальная температура размораживания (параметр задается заводом-изготовителем), при этом компрессор отключается через интервал времени, равный времени задержки, срабатывает четырехходовой клапан и далее через тот же интервал включается компрессор. Во время цикла размораживания защитный интервал отключения компрессора игнорируется, работают все устройства безопасности.

Применение баков-аккумуляторов

Для сглаживания неравномерности температуры жидкости на входе в систему при ступенчатом регулировании производительности применяются баки-аккумуляторы. В некоторых насосных станциях в водяном контуре установлен двухпозиционный трехходовой клапан, обеспечивающий включение или исключение бака-аккумулятора из гидравлического контура. Положение клапана изменяется в зависимости от рассогласования между температурой жидкости на входе в испаритель и уставкой.

В первую очередь, клапан обеспечивает подачу охлажденной жидкости потребителю (фэнкойлам), при снижении нагрузки у потребителей клапан переключается и происходит аккумулирование холода или теплоты в баке. Температура жидкости в баке постепенно доводится до необходимого значения. После длительной остановки жидкость в баке требуется доводить до необходимой температуры за несколько циклов. Если в режиме охлаждения температура жидкости на входе в испаритель равна уставке, то трехходовой клапан переключается так, чтобы поток жидкости проходил через бак-аккумулятор, при повышении температуры жидкости выше уставки на 1°С, что свидетельствует о повышении нагрузки на систему кондиционирования воздуха, бак-аккумулятор исключается из контура, и весь поток охлажденной жидкости направляется в систему холодоснабжения фэнкойлов. В режиме теплового насоса бак-аккумулятор включается в контур циркуляции, когда разность температур на входе в конденсатор теплового насоса и уставкой отопления равна 0°С, и выключается, когда температура жидкости на входе в конденсатор теплового насоса на один градус ниже уставки.

Бак-аккумулятор насосной станции комплектуется пиковыми электронагревателями, которые включаются только при работе чиллера в режиме теплового насоса по сигналу главного модуля управления чиллером в зависимости от рассогласования текущего значения температуры жидкости на входе в испаритель (конденсатор теплового насоса) и значения уставки. Минимальная уставка режима отопления, определяемая как разность температуры жидкости на входе в испаритель и уставкой отопления, равна минус 0,5°С, максимальная – минус 1,5°С. Уставки должны быть заданы так, чтобы исключить включение электронагревателей при работающем компрессоре. Управление работой вентилятора конденсатора может быть двухпозиционным: включеновыключено или плавным при изменении скорости вращения вентилятора. При двухпозиционном регулировании с помощью специального реле по сигналу датчика температуры наружного воздуха (воздуха на входе в конденсатор) вентилятор включается или выключается. Например, в режиме охлаждения вентилятор запускается при температуре наружного воздуха выше уставки отключения 20°С и работает в режиме двухпозиционного регулирования в диапазоне температур 20...40°С при регулировании мощности компрессора, в режиме теплового насоса запускается при температуре наружного воздуха ниже уставки отключения 6,5°С и работает в режиме двухпозиционного регулирования в диапазоне температур 0...6,5°С при регулировании мощности компрессора (рис. 2).

Рис. 2. Двухпозиционное регулирование скорости вращения вентилятора конденсатора

Работа вентилятора с регулируемой скоростью вращения представлена на рис. 3 в режиме охлаждения и режиме теплового насоса. В диапазоне температур воздуха на входе в конденсатор 20...40°С в режиме охлаждения вентилятор работает с минимальной скоростью (40% от максимального значения), при повышении температуры воздуха пропорционально увеличивается скорость вращения вентилятора до максимального значения (100%), которое соответствует максимальной температуре воздуха на входе в конденсатор, равной уставке охлаждения плюс уставке разности температур. В режиме нагревания вентилятор работает с минимальной скоростью вращения (40% от максимального значения)в диапазоне температур 0...6,5°С, при понижении температуры скорость вентилятора увеличивается пропорционально разности температур воздуха на входе в конденсатор и уставки нагревания до достижения максимального значения (100%), которое соответствует уставке разности температур 3°С. Уставки устанавливаются производителем.

Kond_Ris_3

Рис. 3. Пропорциональное регулирование скорости вращения вентилятора конденсатора

Особые условия

Особые условия эксплуатации конденсатора с воздушным охлаждением при отрицательных температурах наружного воздуха, когда требуется работа чиллера в режиме охлаждения. В этом случае, чтобы не допустить понижения температуры конденсации, применяются следующие способы регулирования:

изменение площади поверхности конденсатора путем отключения до 50% секций воздушного конденсатора, необходимых для работы в летнее время, с помощью соленоидных или трехходовых клапанов, блокирующих отдельные секции;
включение или отключение вентилятора в зависимости от заданной температуры наружного воздуха в режиме охлаждения или отопления, изменение расхода воздуха, охлаждающего конденсатор, путем ступенчатого или плавного регулирования скорости вращения электродвигателя вентиляторов.

В чиллерах с водяным охлаждением конденсатора температура конденсации поддерживается постоянной путем изменения расхода жидкости, охлаждающей конденсатор, чтобы не допустить снижения давления конденсации при понижении температуры наружного воздуха. Кроме того, при регулировании холодопроизводительности чиллера количество теплоты, которое необходимо отводить в конденсаторе, должно также изменяться. Для охлаждения жидкости, нагретой в конденсаторе, могут использоваться разные способы. Традиционным является способ охлаждения с использованием градирни – контактного теплообменника, в котором происходит тепломассообмен между жидкостью, распыляемой через форсунки и встречным потоком наружного воздуха. Температура жидкости достигает значения близкого к температуре мокрого термометра воздуха, осуществляется испарительное охлаждение или нагрев воздуха в зависимости от значения температур жидкости и воздуха. Гидравлический контур разомкнутый, для регулирования расхода жидкости применяется трехходовой регулирующий клапан, срабатывающий от сигнала датчика температуры конденсации. На обводной линии кожухотрубного теплообменника устанавливается балансировочный клапан.

Схема гидравлического контура жидкости, охлаждающей конденсатор, с градирней представлена на рис. 4. Регулирование количества теплоты, отводимой в конденсаторе, возможно также путем изменения скорости вращения электродвигателя вентилятора градирни. При охлаждении жидкости в «сухой градирне», схема гидравлического контура замкнутая (рис. 5), применяется двухходовой регулирующий клапан, срабатывающий от сигнала датчика температуры конденсации. Возможно также применение циркуляционного насоса с регулируемым числом оборотов. Управляющие функции реализуются с помощью микропроцессорного модуля управления, исполнение которого может быть разным в зависимости от типа и количества компрессоров, их мощности, функций управления.