Jak vybrat správný průmyslový chiller

Mezi nejpřesvědčivější důvody instalace chilleru patří minimalizace prostojů prostřednictvím trvalé ochrany, kterou poskytuje při odstraňování tepla z hodnotného a teplotně citlivého procesního vybavení. Chiller současně šetří vodu a související náklady recirkulací a opětovným použitím vlastní dodávky vody v provozu. Náklady na chladicí vodu se mohou rychle zvýšit, zejména pokud procesní zařízení běží několik směn denně. Když je do systému zaveden chladicí systém, může eliminovat náklady na monitorování a jeho potřebu, odběr komunální vody a vypouštění odpadních vod, a přispět k významným úsporám v rámci výrobních rozpočtů. Kromě toho lze s nejnovějším vývojem v oblasti technologie chilleru realizovat návratnost kapitálových investic během velmi krátké doby životnosti zařízení.

Při specifikování instalace chilleru je pro zajištění správné instalace produktu klíčová pracovní znalost faktorů výkonnosti chilleru. Co je třeba určit: typ provozní kapaliny, která bude použita, teplotu chlazení procesu, požadavky na průtok a tlak, provozní prostředí, okolní teplotu, potřebnou velikost chilleru a prostorová omezení jeho umístění.

Hlavními faktory, které je třeba vzít v úvahu při zvažování vhodných chladicích kapalin pro daný proces, jsou jejich výkonové charakteristiky a kompatibilita s jejich vybavením. Výkon chladicí kapaliny je založen na jejích vlastnostech při dané teplotě. Relevantní parametry jsou specifické teplo, viskozita a body tuhnutí a varu. Existuje přímý vztah mezi specifickým teplem a chladicí kapacitou. Aby byla zachována integrita systému a prodloužila se optimální výkonnost, doporučuje se smíchat určitý procentuální podíl etylenglykolu nebo propylenglykolu s vodou (obvykle v rozmezí 10 až 50 %), pokud jsou vyžadovány nízké nebo vysoké teploty. Z hlediska kompatibility jsou potenciály k tvorbě koroze a k časné degradaci těsnění běžnými důvody selhání u nesprávně navržených systémů. Proto by měly být materiály konstrukce a povaha kapalin důležitým faktorem, a proto se doporučuje přidání antikorozního přípravku do chladicí kapaliny. V rámci nejnovějšího vývoje technologie chilleru jsou však zásobní nádrže a hydraulické části odstředivých čerpadel vyrobeny z nerezové oceli, aby se zabránilo kontaminaci procesní vody částicemi rzi, a také aby poskytovaly vyšší úroveň spolehlivosti a regulace teploty. Stejně tak jsou nejmodernější mikrokanálové kondenzátory z hliníku navrženy tak, aby poskytovaly dlouhou životnost bez koroze a vyžadovaly o 30 % nižší náplň chladicího média v porovnání s jinými typy výměníku tepla.

Nastavená teplota má vliv na chladicí kapacitu chilleru. Snížením teploty se zvýší zatížení chladicího systému a naopak. Existuje přímý vztah mezi teplotou, na kterou byl chiller nastaven, a jeho celkovou chladicí kapacitou. Proto je důležité přezkoumat údaje o výkonnosti chilleru, které se týkají navrhovaného zařízení. Současně, pokud je chiller určen pro exponované místo, je stejně důležité stanovit požadovanou úroveň ochrany proti zamrznutí, tj. nejnižší teplotu chladicí kapaliny chilleru během provozu.

Protože životnost čerpadla je při konfiguraci průmyslového chladicího systému prvořadým hlediskem, musí být nejprve podle velikosti a výkonu čerpadla určena tlaková ztráta v celém systému a potřebný průtok.
Tlak: Poddimenzované čerpadlo sníží průtok kapaliny celým chladicím okruhem. Pokud je chiller vybaven interním přetlakovým ventilem, bude průtok odkloněn z procesu a přesměrován zpět do chilleru. Pokud není nainstalován interní přetlakový ventil, čerpadlo se pokusí zajistit potřebný tlak a bude běžet ve stavu bez průtoku kapaliny čerpadlem. Když k tomuto stavu dojde, může být životnost čerpadla drasticky snížena; kapalina přestane proudit a v čerpadle se zahřeje, nakonec se odpaří a naruší schopnost čerpadla chladit se, což všechno vede k nadměrnému opotřebení ložisek, těsnění a oběžných kol.Určení ztráty tlaku v systému vyžaduje umístění tlakoměrů na vstupu a výstupu procesu, a poté použití tlaku čerpadla pro získání hodnot při požadovaném průtoku.
Průtok: Nedostatečný průtok procesem způsobí nedostatečný přenos tepla, takže průtok nebude odebírat teplo potřebné pro bezpečný provoz procesu. Když se teplota kapaliny zvýší nad nastavenou hodnotu, teploty povrchu/součásti se budou dále zvyšovat, dokud nebude dosaženo ustálené teploty, která je vyšší než počáteční nastavená hodnota.U většiny chladicích systémů jsou podrobně popsány požadavky na tlak a průtok. Při specifikaci potřebného odvodu tepelného zatížení jako součásti návrhu je důležité zohlednit všechny hadice, armatury, spoje a změny nadmořské výšky, které jsou nedílnou součástí systému. Tyto doplňkové funkce mohou výrazně zvýšit požadavky na tlak, pokud nejsou odpovídajícím způsobem dimenzovány.

Okolní teplota. Schopnost odvádět teplo chilleru, chlazeného vzduchem, je ovlivněna okolní teplotou. Důvodem je to, že chladicí systém používá gradient teploty okolního vzduchu / chladicího média k vyvolání přenosu tepla pro proces kondenzace. Stoupající teplota okolního vzduchu snižuje teplotní rozdíl (ΔT) a následně snižuje celkový přenos tepla. Pokud chiller používá kapalinou chlazený kondenzátor, vysoké okolní teploty mohou mít stále negativní vliv na hlavní součásti, jako je kompresor, čerpadlo a elektronika. Tyto součásti generují během provozu teplo a zvýšené teploty zkracují jejich životnost. Orientačně je typická maximální okolní teplota pro chillery určené pro nevenkovní prostředí 40 °C.
Prostorová omezení: Pro udržení správné teploty okolního vzduchu je důležité zajistit kolem chilleru dostatečný prostor pro cirkulaci vzduchu. Bez správného proudění vzduchu se recirkulace neadekvátního objemu vzduchu rychle zahřívá. To má vliv na výkon chilleru a může dojít k poškození chladicí jednotky.

Výběr správně dimenzovaného chilleru je zásadním rozhodnutím. Malý chiller bude vždy problémem – nikdy nebude schopen řádně ochladit procesní zařízení a teplota procesní vody nebude stabilní. Naproti tomu předimenzovaný chiller nikdy nebude schopen fungovat na nejefektivnější úrovni a jeho provoz bude nákladnější. Pro určení správné velikosti jednotky pro aplikaci je nutné znát rychlost průtoku a tepelnou energii, kterou procesní zařízení přidává do chladicího média, tj. změnu teploty mezi vstupní a výstupní vodou, vyjádřenou jako ∆T. Vzorec pro účely výpočtu je: tepelná energie za sekundu (nebo častěji známá jako výkon) = hmotnostní průtok × měrná tepelná kapacita × změna teploty (∆T). Specifická tepelná kapacita vody je nominálně vyjádřena jako 4,2 kJ/kg.K, ale pokud obsahuje procento glykolové přísady, pak se hodnota zvyšuje na 4,8 kJ/kg.K. Poznámka: 1 K = 1 °C a hustota vody je 1, tj. 1 l objemu vody = 1 kg hmotnosti vody. Zde je příklad použití vzorce pro určení správného výkonu chilleru v kW pro zpracování průtoku vody 2,36 l/s (8,5 m3/h) se změnou teploty o 5 °C: tepelná energie za sekundu (kJ/s nebo kW) = 2,36 l/s (průtok) × 5 °C (∆T) × 4,2 kJ/kg.K (měrná tepelná kapacita čisté vody), požadovaná velikost chilleru = 49,6 kW. Alternativně může být již známo tepelné zatížení, které má být ochlazeno, a v takovém případě lze vzorec přeskupovat tak, aby se určil teplotní rozdíl (∆T), kterého lze dosáhnout různými průtoky (dosažitelnými s různými velikostmi čerpadla). Mohou existovat i jiné okolnosti, které mohou ovlivnit volbu velikosti. Plánování budoucího rozšíření závodu, vystavení vysokým teplotám nebo umístění ve vysokých nadmořských výškách by mohlo vést ke specifikaci jiné velikosti jednotky.

V nejnovější, pokročilé generaci průmyslových chillerů jsou snadnost údržby, provozní bezpečnost, inteligentní řízení a konektivita významnými prvky jejich konstrukce. Jsou například konstruovány se zvuk tlumícími přístřešky s krytím IP54, které umožňují provoz chillerů ve vnitřním i venkovním prostředí, a to i při okolních teplotách až do −45 °C. Jsou speciálně navrženy pro snadný přístup k instalovaným součástem – chladicí systémy vpředu a sestava cirkulace chladicí vody vzadu. Široká dvířka krytu a inteligentní uspořádání zkracují dobu údržby a umožňují snadnou kontrolu, která zabrání poruchám. Inovativní nové modely na trhu jsou vybaveny širokou škálou bezpečnostních zařízení, jako jsou průtokové a hladinové spínače, teplotní sondy, tlakové sondy, ohřev klikové skříně a sítka, která umožňují bezpečné fungování chilleru. Kromě toho plně hermeticky uzavřený chladicí systém zabraňuje úniku chladicího plynu a vyžaduje nulovou údržbu. Předpisy FGAS ve Spojeném království vyžadují každoroční a u větších chladicích systémů dvouroční kontrolu technika certifikovaného podle FGAS. Integrace relé sledu fází zajišťuje, že v případě nesprávného provedení kabeláže nedojde k poškození kompresoru. V těchto nových konstrukcích je použita řídicí jednotka s dotykovou obrazovkou s energeticky účinnými algoritmy, která kombinuje všechny snímače chilleru do jednoho systému a vydává včasná varování v případě odchylky od provozních parametrů. Plné konektivity je dosaženo díky integrované funkci inteligentního vzdáleného monitorování u chillerů o výkonu 11 kW a vyšším. To poskytuje uživateli data stroje v reálném čase a ve srozumitelném formátu pro zajištění optimální účinnosti.