Система чиллер-фанкойл: особенности, принцип работы

Определение

Система чиллер-фанкойл - тип центральной системы кондиционирования воздуха, в которой основным хладоносителем между наружным и внутренним блоками является жидкость (вода либо гликолевый раствор) этим они отличаются от других не менее популярный решений в сфере центрального кондиционирования - VRF/VRV систем, в которых между наружным и внутренними блоками циркулирует фреон, для регулирования и поддержания температуры в помещении. У обоих этих систем есть свои плюсы и минусы, поэтому выбор того или иного решения будет упираться в особенности проектирования, а далее, согласно проекту будут производится монтажные работы.

В процессе работы чиллер охлаждает (или нагревает) воду (либо другую жидкость), которая затем подается в фанкойлы. При прохождении воздуха из помещения через змеевики фанкойлов, тепло поглощается (при охлаждении) или выделяется (при нагреве), а затем охлаждённый или нагретый воздух поступает обратно в помещение. Хладоноситель, обменяв свою тепловую энергию, возвращается в чиллер для повторного охлаждения или нагрева, завершая цикл.

Основные компоненты системы

• Чиллер - это сердце системы. Он охлаждает или нагревает воду (или смесь воды и антифриза), которая затем циркулирует к блокам фанкойлов. Сам чиллер состоит из нескольких ключевых компонентов:
  1. Компрессор: Этот компонент сжимает хладагент, повышая его температуру и давление. Затем горячий хладагент под давлением поступает в конденсатор.
  2. Конденсатор: в этом компоненте хладагент отдает свое тепло во внешнюю среду - либо окружающему воздуху (в холодильниках с воздушным охлаждением), либо воде (в холодильниках с водяным охлаждением). По мере потери тепла хладагент конденсируется из газа в жидкость.
  3. Расширительный клапан: Этот клапан понижает давление хладагента, что приводит к его быстрому расширению и охлаждению.
  4. Испаритель: Холодный хладагент проходит через змеевики в испарителе, где он поглощает тепло из водяного контура чиллера, в результате чего хладагент снова испаряется в газ. Вода, в свою очередь, становится холодной и подается в блоки фанкойлов.
• Фанкойлы: Это отдельные блоки, расположенные по всему зданию и играющие важнейшую роль в переносе тепла между внутренним воздухом здания и охлажденной или нагретой водой, подаваемой чиллером. Основные компоненты включают:
  1. Теплообменники: По этим змеевикам охлажденная или нагретая вода поступает из чиллера. При прохождении воздуха над этими змеевиками происходит теплообмен, в результате которого воздух либо охлаждается, либо нагревается, в зависимости от потребностей здания.
  2. Вентиляторы: Вентиляторы в блоках FCU втягивают комнатный воздух через змеевики, а затем выталкивают кондиционированный воздух обратно в помещение.
  3. Фильтры: Фильтры удаляют пыль и другие частицы из воздуха перед его прохождением через змеевики.
  4. Поддон для сбора конденсата: Расположенный под змеевиками, этот компонент собирает конденсат, образующийся в процессе теплообмена

• Насосы: Они обеспечивают циркуляцию охлажденной или нагретой воды между чиллером и блоками фанкойлов. Они поддерживают постоянный поток, обеспечивая эффективный теплообмен.
• Система трубопроводов: охлажденная или нагретая вода подается между чиллером и блоками фанкойлов по трубам. Очень важно, чтобы трубы были хорошо изолированы, чтобы предотвратить излишние потери и потери тепла.
• Система управления и автоматика: Современные системы чиллер-фанкойл часто оснащаются современными системами управления. Они могут включать термостаты в отдельных помещениях или зонах, центральные панели управления и даже системы управления зданием, позволяющие осуществлять удаленный мониторинг и контроль.
• Хладагент: В парокомпрессионных чиллерах используется фреон - вещество с низкой температурой кипения, которое поглощает и отдает тепло, циркулируя между испарителем и конденсатором. 

Для обеспечения эффективного охлаждения и обогрева компоненты системы чиллер-фанкойл должны работать согласованно. Регулярное техническое обслуживание, включающее очистку фильтров и проверку на наличие утечек и неисправностей, обеспечивает эффективную работу системы и ее долгий срок службы.

Принцип работы чиллера:

Чаще всего, чиллер рассматривается с точки зрения охлаждения, так как если требуется функция работы на тепло, это называют реверсивным тепловым насосом, поэтому в рамках данной статьи будем преимущественно рассматривать чиллер как охладитель.

Для этого используется холодильный цикл:

• Компрессор сжимает газ-хладагент с низкой температурой и низким давлением, до таких параметров, чтобы могла произойти конденсации фреона в конденсаторе.
• Горячий газ под давлением поступает в конденсатор, где отдает свое тепло в окружающую среду (либо в воздух в холодильниках с воздушным охлаждением, либо в отдельный водяной контур в холодильниках с водяным охлаждением). Отдавая тепло, хладагент конденсируется в жидкость под высоким давлением.
• Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через расширительный вентиль ЭРВ/ТРВ, в результате чего его давление и температура быстро падают.
• Затем холодный хладагент поступает в испаритель. Здесь он поглощает тепло из водяного контура здания, в результате происходит кипения фреона, что в дальнейшем приводит к его испарению, превращению в газ. Одновременно вода в контуре теряет свое тепло, отдаваемое хладагенту, и становится охлажденной. 

Перекачка: после охлаждения воды в испарителе при помощи гидромодуля (насосной станции) происходит циркуляция охлаждённый воды по системе труб к фанкойлам, расположенным по всему зданию.

Принцип работы фанкойла

• Теплообмен:
  1. Блоки фанкойлов состоят из ряда змеевиков, через которые циркулирует охлажденная вода из чиллера. Когда воздух из помещения прогоняется вентиляторами через эти змеевики, тепло из воздуха поглощается холодной водой в змеевиках, тем самым охлаждая воздух.
  2. Возврат воды: После поглощения тепла температура воды повышается. Нагретая вода возвращается в чиллер и снова охлаждается, завершая цикл.

• Механизмы управления:
  1. Каждый блок фанкойла может управляться индивидуально, что позволяет осуществлять зональное регулирование температуры. Например, в разных помещениях или зонах здания может поддерживаться разная температура в зависимости от их загруженности и предпочтений.
  2. Современные системы могут включать термостаты, датчики и системы управления зданием для оптимизации производительности и энергоэффективности всей системы чиллер-фанкойл.

Режим обогрева:

Некоторые системы чиллер-фанкойл также имеют возможность обогрева. В таких системах чиллер может быть переключен на работу в качестве теплового насоса, подогревая воду, направляемую в блоки фанкойлов. Когда воздух в помещении проходит через змеевики, по которым проходит горячая вода, он нагревается, обеспечивая обогрев в помещении.

По сути, система "чиллер-фанкойл" работает за счет передачи тепла между внутренним пространством здания и хладагентом в чиллере, используя в качестве теплоносителя воду. Цикл заключается в непрерывной рециркуляции теплоносителя, обеспечивая постоянный и эффективный контроль температуры. Более подробно о фанкойлах можете прочитать в этой статье.

Сфера применения систем-чиллер фанкойл

Системы чиллер-фанкойл универсальны и могут применяться в самых разных зданиях благодаря своей эффективности и масштабируемой мощности охлаждения и обогрева. К числу распространенных типов зданий, в которых используются системы чиллер-фанкойл, относятся:

• Коммерческие здания: Многие офисные здания и корпоративные комплексы выбирают системы чиллер-фанкойл, поскольку они могут эффективно обслуживать большие площади и несколько этажей, а также масштабироваться в зависимости от меняющихся потребностей здания. 
• Гостиницы: Эти системы особенно выгодны для гостиниц, поскольку позволяют обеспечить индивидуальный контроль температуры в многочисленных номерах или апартаментах при централизованном управлении.
• Больницы и медицинские учреждения: Точный контроль микроклимата, обеспечиваемый системами чиллер-фанкойл, позволяет использовать их в медицинских учреждениях, где для комфорта пациентов или медицинского оборудования могут потребоваться определенные уровни температуры и влажности. 
• Образовательные учреждения: В университетах, школах и других учебных заведениях такие системы могут использоваться в учебных классах, лабораториях или аудиториях, обеспечивая комфортные условия для обучения.
• Торговые помещения и торговые центры: Учитывая огромные открытые пространства и высокую проходимость в торговых центрах и крупных магазинах, такие системы позволяют эффективно управлять микроклиматом в помещениях.
• Жилые комплексы: В многоэтажных жилых домах и элитных жилых комплексах могут использоваться системы чиллер-фанкойл для централизованного управления с возможностью регулировки в отдельных помещениях.
• Промышленные объекты: Хотя в промышленных помещениях для охлаждения и обогрева часто используются другие методы, в некоторых специализированных зонах, таких как диспетчерские или технологические участки с особыми требованиями к климату, могут быть использованы системы чиллер-фанкойл.
• Центры обработки данных: В центрах обработки данных очень важен точный контроль температуры для предотвращения перегрева оборудования. Системы чиллер-фанкойл помогут поддерживать оптимальную температуру и влажность для чувствительной электроники.
• Культурные и рекреационные объекты: Такие объекты, как музеи, художественные галереи, театры и спортивные сооружения, могут использовать эти системы для поддержания комфорта посетителей и защиты ценных предметов или оборудования, требующих особых климатических условий.

Выбор системы чиллер-фанкойл зависит от различных факторов, включая размеры здания, его потребности в охлаждении и обогреве, бюджетные и архитектурные ограничения. Однако благодаря своей масштабируемости и эффективности системы чиллер-фанкойл остаются популярным решением для широкого круга применений. 

Преимущества систем чиллер-фанкойл:

1. Гибкость применения: Их можно масштабировать в соответствии с потребностями как больших, так и малых объектов, от коммерческих зданий до жилых комплексов, особенно если речь касается модульных чиллеров, ну таких систем можно ли увеличить мощность при помощи подключение новых модулей.
2. Зональное управление: Отдельные блоки фанкойлов позволяют осуществлять зональное регулирование температуры. В разных помещениях или секциях могут быть установлены разные температурные режимы в зависимости от индивидуальных предпочтений или занятости.
3. Централизованное обслуживание: При использовании чиллера основное техническое обслуживание производится централизованно. Иногда это может быть проще и экономичнее, чем обслуживание нескольких отдельных наружных блоков ОВК.
4. Меньшее количество наружных блоков: В отличие от обычных кондиционеров (сплит-систем), требующих наружных конденсаторных блоков для каждого помещения, система чиллер-фанкойл требует только одного централизованного чиллера, что позволяет уменьшить загромождение экстерьера здания.
5. Нет ограничений в расстояниях подачи охлажденной жидкости от чиллера к фанкойлам. Главным параметров данном случае является корректно подбор насосных агрегатов с учётом всех гидравлических потерь
6. Долгий срок службы: Правильно и своевременно обслуживаемые системы имеют длительный срок службы, что обеспечивает их выгодную стоимость с течением времени, средний срок полезного пользования чиллером составляет порядка 10 лет 
7. Тихая работа: если говорить про чили раз у нас сними конденсаторами или с водяным охлаждением конденсатора, зачастую есть возможность размещения основного блока внутри здания, например, в техническом помещении или подвале, при этом на улицу будет увидел только конденсатор, либо градирня, что способствует существенному снижению уровня шума, что может быть очень значительном фактором, в случае размещения охладителя близи жилых или рабочих помещений.

 Недостатки систем чиллер-фанкойл:

1. Первоначальные затраты на системы чиллер-фанкойл могут быть выше, чем на традиционные системы ОВК или сплит-системы.
2. Сложность технического обслуживания: Несмотря на централизованное техническое обслуживание, обслуживание чиллера, особенно в случае поломки, может быть сложным и требовать специальных навыков.
3. Требования к площади: Чиллеры, особенно в больших зданиях, могут иметь значительные размеры и требуют специальных помещений, таких как технические помещения.
4. Проблемы с утечкой воды: Любая система, использующая воду, подвержена риску утечек, которые могут привести к порче имущества или образованию плесени, если не принять срочных мер.
5. Ограниченность водяного отопления/охлаждения: В отличие от некоторых систем ОВК, которые могут переключаться между различными режимами (например, электрическое или газовое отопление), системы чиллер-фанкойл ограничены водными методами, если они не интегрированы с другими системами. 
6. Неэффективность в очень холодном климате: В районах с очень низкими температурами системы водяного охлаждения могут быть менее эффективны, а при неправильном обслуживании или отсутствии антифриза существует риск их замерзания.
7. Регулярное техническое обслуживание: Насосы, клапаны и другие компоненты требуют регулярных проверок и обслуживания для предотвращения проблем. 

В заключение следует отметить, что системы чиллер-фанкойл являются эффективным и надёжным решением в создании микроклимата в объектах различного масштаба, однако необходимо взвесить все "за" и "против", исходя из конкретных потребностей, конструкции здания и климата в конкретном месте. 

Особенности выбора систем чиллер-фанкойл:

1. Расчет мощности и производительности:
   • Анализ тепловой нагрузки: Перед выбором системы крайне важно провести тщательный анализ нагрузки. При этом учитываются общие теплопоступления и теплопотери в здании с учетом таких факторов, как изоляция, расположение окон, количество людей, использование оборудования и освещение.
   • Запас прочности: всегда включайте в расчеты запас прочности для учета неожиданных пиков нагрузки или неточностей в первоначальном анализе.
   • Возможность масштабирования системы: Учитывайте будущие расширения или модификации здания, которые могут привести к увеличению нагрузки. Убедитесь, что система может справиться с потенциальными будущими потребностями.
2. Выбор компонентов и оборудования**:
   • Мощность чиллера должна соответствовать расчетной нагрузке на охлаждение или нагрев. Также следует учитывать его эффективность (коэффициент полезного действия или COP) и то, является ли он воздушным или водяным, в зависимости от области применения и местоположения.
   • Фанкойлы необходимо производить подбор исходя из специфических потребностей отдельных помещений или зон. Учитывайте такие факторы, как скорость воздушного потока, уровень шума, планировки помещений и дизайн.
   • Гидравлический контур: Убедитесь, что насосы способны обеспечить требуемый расход и напор. Трубопроводы должны быть соответствующего размера, изолированы и устойчивы к коррозии.
   • Системы управления: Отдайте предпочтение современным системам управления, обеспечивающим зональное регулирование, энергосбережение и удобный мониторинг.

3. Учет особенностей здания и климатических условий:
   • Планировка влияет на размещение блоков фанкойлов и распределение трубопроводов. В многоэтажных зданиях могут потребоваться дополнительные насосы или вертикальная прокладка трубопроводов.
   • Климатические условия: В очень холодном климате существует опасность замерзания воды. Убедитесь в том, что система имеет достаточную защиту, возможно, путем добавления антифризов или специальной конструкции чиллеров.
   • Эстетика здания: Убедитесь, что при размещении внутренних и внешних компонентов учитываются архитектурные и эстетические особенности здания.
   • Энергоэффективность: Здания с высоким уровнем теплоизоляции или "зелеными" конструкциями могут иметь другие потребности в отоплении и охлаждении.

4. Рекомендации по установке и настройке системы:
   • Профессиональная установка: для обеспечения безопасности, эффективности и долговечности системы ее установку всегда должны выполнять квалифицированные специалисты.
   • После установки систему необходимо сбалансировать. Это означает, что необходимо отрегулировать расход воздуха и регуляторы, чтобы каждая зона получала необходимое количество тепла или холода.
   • Тщательно протестируйте систему при различных нагрузках, чтобы убедиться в ее исправной работе и соответствии требованиям здания.
   • Убедитесь, что все компоненты, особенно чиллер, легко доступны для регулярного технического обслуживания и возможного ремонта.
   • Убедитесь, что представителя заказчика (той стороны, которая будет в дальнейшем эксплуатировать систему), прошли необходимое обучение по работе системой.

Обращая внимание на эти особенности при выборе и установке системы, можно обеспечить эффективную работу чиллера-фанкойла, комфорт и длительный срок службы.

Рекомендации по монтажу и наладке системы

При монтаже систем чиллер-фанкойл необходимо учитывать ряд особенностей, обеспечивающих эффективную работу и долговечность системы. Вот основные особенности монтажа:

1. Расположение чиллера:
   • Если вы используете чиллер с воздушным охлаждением, его следует размещать в месте с достаточной вентиляцией для обеспечения эффективного теплоотвода.
   • Чиллер должен быть легко доступен для обслуживания, ремонта и контроля. Это часто означает размещение его в подвале, механическом помещении или в специально отведенном месте вне здания.
   • Убедитесь, что чиллер, особенно если он размещен на улице, защищен от воздействия внешних факторов, таких как прямые солнечные лучи, сильный дождь или снег.

2. Обвязка гидравлического контура:
   • Распределительная система, по которой охлажденная или нагретая вода поступает от чиллера к блокам фанкойлов, должна иметь логичную и эффективную схему. Это минимизирует тепловые потери и обеспечивает эффективную подачу кондиционированной воды.
   • Все трубы должны быть надлежащим образом изолированы для снижения потерь энергии и предотвращения образования конденсата на трубах с холодной водой.
   • Правильно подобранные размеры труб обеспечивают достаточный расход воды без излишних затрат энергии на перекачку.
   • Если система устанавливается в холодном климате, следует предусмотреть использование антифризов или нагревателей для предотвращения замерзания воды в системе в периоды бездействия.

3. Размещение фанкойлов:
   • Фанкойлы должны располагаться в местах, обеспечивающих оптимальное распределение и циркуляцию воздуха в помещении.
   • Обеспечьте беспрепятственный доступ для поступления воздуха к блоку фанкойла.
   • Несмотря на то, что FCU обычно работают тихо, следует учитывать уровень шума при их размещении в таких зонах, как спальни или конференц-залы. 

4. Система управления и автоматика:
   • Устанавливайте термостаты в местах, точно отражающих среднюю температуру в помещении. Избегайте их размещения вблизи источников тепла, сквозняков или прямых солнечных лучей.
   • Для систем с возможностью зонального управления необходимо обеспечить легкий доступ к панелям управления для жильцов или менеджеров объекта.
   • Если в здании имеются другие системы, например пожарная сигнализация, убедитесь в том, что система чиллер-фанкойл может легко интегрироваться с ними. Например, система должна отключаться при срабатывании пожарной сигнализации, чтобы предотвратить распространение дыма.

5. Дренаж и удаление конденсата:
   • Убедитесь, что у фанкойлов обеспечен надлежащий дренаж для отвода конденсата, особенно для агргегатов, установленных в потолке. Поддоны и дренажные линии должны иметь уклон для предотвращения скопления воды.
   • При необходимости используйте конденсатные насосы для направления воды в соответствующие места слива.

Пусконаладочные работы:

После установки система должна быть введена в эксплуатацию сертифицированными специалистами, и должен быть заполнен акт (старт-ап лист) о вводе системы в эксплуатацию. В акте прописывается дата запуска оборудования, а также основные рабочий параметры системы.

Перед запуском производится перечень работ:

• внешний осмотр оборудования, также проверяется корректность гидравлической обвязки, проверятся наличие: термометров, манометров, различной запорной арматуры и грязевого фильтра
• Проверка наличия необходимого количества фреона в контурах

После запуска системы производится проверка следующих параметров:

• Проверка температуры входящего исходящего хладоносителя
• Проверка гидравлических потерь
• Проверка работоспособности внутренних блоков (фанкойлов)
• Проверка исправности системы управления
• Проведение обучения для отвесного персонала на объекте

 Документация:

 Вместе с поставляемым оборудованием всегда в комплекте должна идти сопроводительная документация, чаще всего это различные руководства по монтажу и эксплуатации, различные электрические схемы, паспорт изделия (часто предоставляется по запросу), различные информационные брошюры. Очень часто в комплекте к оборудованию идёт гарантийный талон, в котором прописывается основные условия предоставления гарантийного ремонта, а также рекомендуемый график технического обслуживания техники.

Техническое обслуживание и эксплуатация: 

Техническое обслуживание чиллеров

Согласно техническим регламентам, большинство производители выделяют 2 типа технического обслуживания чиллеров:

1. Еженедельное (проверка масла в компрессорах, проверка фреона в контрах, проверка на наличие лишних шумов от компрессоров и возможных ошибок на панели управления
2. Сезонное
   • проверка фильтров и при необходимости прочистка либо замена
   • Проверка уровня загрязненности конденсаторов и при необходимости прочистка их
   • Проверка агрегата на наличие коррозии с целью дальнейшей очистки и повторной покраски
   • Проверка наличия утечек теплоносителя
   • Проверка уровня хладагента и при необходимости произвести дозаправку его. Любое неожиданное падение уровня может свидетельствовать об утечке. 

Техническое обслуживание остальных элементов системы

• Со временем на змеевиках фанкойлов скапливается пыль и мусор, что снижает их эффективность. Регулярная очистка обеспечивает оптимальную
• В фанкойлах часто устанавливаются воздушные фильтры, которые необходимо регулярно чистить или заменять для поддержания качества воздуха и эффективности системы.
• Движущиеся детали, такие как насосы и двигатели вентиляторов, могут нуждаться в периодической смазке для поддержания плавной работы и продления срока службы.
• Осмотр электрических компонентов: Проверьте, нет ли признаков износа, повреждений или коррозии.
• Такие компоненты, как насосы, клапаны и двигатели, имеют ограниченный срок службы и могут нуждаться в периодической замене.
• Со временем различные уплотнения и прокладки они могут разрушаться, что приводит к утечкам или снижению эффективности системы.

Контроль исправности функционирования:

• Современные системы чиллер-фанкойл часто оснащаются системами диспетчеризации и удаленного мониторинга, которые позволяют получать данные о функционировании оборудования в режиме реального времени. Любые отклонение от нормальных рабочих параметров могут указывать на потенциальную проблему.
• Своевременное устранение неполадок может предотвратить возникновение более серьезных и дорогостоящих проблем в дальнейшем. Это может включать устранение утечек, замену неисправных компонентов или регулировку систем управления.
• Убедитесь в том, что персонал или менеджеры объекта прошли соответствующую подготовку для понимания работы системы, распознавания признаков проблем и устранения мелких неполадок.

 Энергосберегающие технологии и автоматизация процессов:

• Приводы переменной частоты (VFD)**: Установка частотных преобразователей на двигатели насосов и вентиляторов позволяет изменять их скорость в зависимости от потребности, снижая энергопотребление.
• Умные термостаты и регуляторы: Современные системы управления могут регулировать работу системы в зависимости от занятости или заданного расписания, обеспечивая эффективную работу.
• Использование систем водоподготовки воды, используемой в системе, позволяет повысить эффективность теплообмена и предотвратить образование накипи.
• Интеграция системы чиллер-фанкойл с другими системами управления зданием позволяет обеспечить целостный контроль и повысить энергоэффективность.
• Периодические энергоаудиты позволяют выявить области неэффективности и дать рекомендации по энергосбережению.

Сравнительная таблица чиллер-фанкойл, мультисплит система, VRF системы

Если вам потребуется помощь с подбором элементов системы чиллер фанкойл или спроектированном подобной системы вы можете обратиться к нам, у нас есть необходимый опыт и широкий выбор необходимого оборудования.