Чилър - термопомпа

Критерии за класификация и основни елементи

Технологиите за оползотворяване на слънчевата енергия са сред приоритетните направления в развитието на енергетиката в световен мащаб. Известно е, че за момента себестойността на произведената от фотоволтаични системи електроенергия все още не е конкурентна на традиционно използваните технологии. Въпреки това, общоевропейската политика включва все по-широкото им използване. И неслучайно през последните години и у нас се наблюдава инвестиционен интерес към проекти, включващи изграждането на слънчеви централи за производство на електроенергия.

В предишен брой на списание Технологичен дом представихме основните технологични, конструктивни и технически специфики на фотоволтаичните панели. Предмет на статията в настоящия брой са видовете фотоволтаични системи и базовите елементи, от които се изграждат те.

Класификация на фотоволтаичните системи
Фотоволтаичните системи се отличават с голямо конструктивно разнообразие, което определя и големия брой критерии за класифицирането им. Спрямо типа на използваните фотоволтаични клетки се предлагат фотоволтаици, изградени от монокристален силиций, поликристален силиций, кадмиев телурит, както и елементи с тънкослойна структура. Освен тях съществуват и други видове фотоволтаични клетки, включително съвсем нови, които все още се намират на експериментален етап на развитие.
Начинът на присъединяване на електрическия товар също е сред основните критерии за класификация на фотоволтаичните системи. Спрямо него, фотоволтаичните системи се делят на автономни, хибридни и неавтономни (свързани с електрическата мрежа).

Какви чилъри-термопомпи се прилагат?
Чилърите-термопомпи, познати още като термопомпи въздух-вода, са три основни вида - обикновени, термопомпи с рекуперация на топлина и термопомпи с инверторно управление.
Към обикновените термопомпи въздух-вода се отнасят стандартните чилърни агрегати, които работят ефективно при температури над
-50 °С.
При термопомпите с рекуперация на топлина към агрегата е включен допълнителен топлообменник, който използва топлината, генерирана от работата на самия компресор, за подгряване топла вода за БГВ (битово горещо водоснабдяване). При чилърите стандартно изпълнение тази енергия се губи. От друга страна, чилърите с рекуперация на топлина могат да работят ефективно при температури до -20 °С.
Чилърите-термопомпа с инверторно управление са с автоматично регулиране на оборотите на компресора. По този начин текущата мощност във всеки момент съответства на текущите потребности от топлина или студ.

Основни елементи на чилъра
Основни елементи на един чилър са компресор, изпарител, кондензатор, помпена станция и тръбопроводна мрежа, по която циркулира хладилният агент. Обикновено чилърите се оборудват със спирални (тип “Scroll”) или бутални компресори. Някои производители предлагат и чилъри с компресори, работещи в тандем, което позволява да се регулира студопроизводството чрез включване или изключване на един от компресорите.
В климатичните системи, включващи чилъри с големи мощности, може да има до четири независими хладилни контура, като за всеки контур се предвиждат един или два компресора. Всеки от тях би могъл да разполага с до осем цилиндъра. Чрез изключване на цилиндрите или компресорите се регулира студопроизводството.
Тъй като работата на компресора е свързана с отделяне на шум, за да се ограничи разпространението му, компресорът би могъл да се монтира в звукоизолиращ кожух. Електродвигателите на компресорите са снабдени със защита от прегряване и се охлаждат, абсорбирайки хладилен агент. В някои по-нови модели чилъри вече се използват и винтови компресори. Те разполагат с вградени микропроцесорни системи за управление, характеризират се с опростен монтаж, пуск и експлоатация.

Пластинчати или кожухотръбни топлообменници
От страната на водата се използва или пластинчат топлообменник, изработен от корозионноустойчива стомана, или кожухотръбен топлообменник, с кожух от въглеродна стомана и стоманени или медни тръби.
Чилърите за големи мощности се изпълняват в различни конфигурации - за повишена температура на околния въздух, в нискошумово изпълнение, за работа с разтвори (незамръзваща течност) и т.н. За редица модификации на чилъри са разработени и реализирани схеми за утилизация на топлината от кондензацията на хладилния агент. За тази цел чилърите се окомплектоват с пластинчати топлообменници, нагряващи вода, която би могла да се използва от потребителите през летните месеци. При това съществуват модификации с пълна рекуперация на топлина, характерно за която е преминаване на целия хладилен агент през топлообменника, и с частична рекуперация, когато през топлообменника за нагряване на вода постоянно се пропуска до 15% хладилен агент.

Елементи на помпения агрегат
Помпената станция осигурява необходимото количество топлоносител към потребителя. Представлява агрегат, включващ циркулационна помпа, разширителен съд, спирателна арматура и необходимата автоматика. В някои станции се монтира и акумулиращ блок. В стандартния вариант, помпената станция трябва да осигурява поддържане на постоянен разход на вода през системата при всякакви условия. Температурата на водата в акумулиращия съд, при стандартната схема на включване на станцията, съответства на температурата на водата на изхода на чилъра. Понякога е необходимо да се осигури независима работа на отделните клонове на системата и произволно да се регулира разходът на вода във всеки клон. В този случай е необходимо да се използва помпена станция с първичен/вторичен контур. При такова включване работи само на акумулиращия съд. Студената вода - по основния (първичен) контур, осигурява помпената станция.
От акумулиращия съд, необходимото количество охладена вода с допълнителни циркулационни помпи се подава в различни независими клонове в системата, образуващи втория контур. Температурата на водата в акумулиращия съд - във варианта първичен/вторичен контур, съответства на зададената входна температура на водата в чилъра.

Допълнително оборудване на системата
Чилърните агрегати обхващат и допълнително оборудване, различаващо се до известна степен за различните производители. Основните компоненти, които обикновено се включват, са антивибрационни опори (намаляващи разпространението на вибрации и ограничаващи нивото на шума), защитна решетка за топлообменника, модул за дистанционно управление манометри за ниско и високо налягане, таймер за автоматично включване и настройка и други.

Принцип на работа на чилъра в режим термопомпа
В стандартния режим на охлаждане, при подвеждане на топлина от охлажданата среда, хладилният агент в изпарителя кипи и преминава в парообразно състояние - пара с ниско налягане, която постъпва в компресор за сгъстяване до налягане на кондензация. Парата с високо налягане в кондензатора се превръща в течност с високо налягане, която се събира в ресивер. Оттам тя преминава последователно през филтър-изсушител, електромагнитен клапан, терморегулиращ вентил, в който се превръща в течност с ниско налягане за сметка понижаване на налягането до стойности на изпарение, и постъпва в изпарителя. На пътя на хладилния агент е поставен обратен клапан, който осигурява неговото движение в определено направление, и триходов клапан.
Когато чилърът работи в термопомпен режим, се осъществява реверсивен хладилен цикъл, с помощта на четирипътен вентил. Топлообменниците сменят своите функции - изпарителят става кондензатор, а кондензаторът - изпарител. В изпарителя се подвежда топлина от нископотенциален източник, течният хладилен агент кипи при ниско налягане и се превръща в пара с ниско налягане. Преминавайки през четирипътния вентил, в който с помощта на шибър се променя превключването на ходовете, парата с ниско налягане постъпва в компресора и се превръща в пара с високо налягане. След това постъпва в кондензатор, където топлината на кондензация се използва за нагряване на вода. От него течността с високо налягане, по обходен тръбопровод с обратен клапан, преминава през трипътен вентил и постъпва в ресивера. Оттам, аналогично на предходната схема, преминава през съответното оборудване, превръща се в течност с ниско налягане и постъпва в изпарителя.
За надеждната и безпроблемна работа на чилъра в контура на хладилния агент се включват ресивер, филтър-изсушител, контролен прозорец, четирипътен вентил, както и регулираща и измервателна апаратура.