Design de chiller resfriado por ar: um guia abrangente

Os chillers resfriados por ar são amplamente implantados em edifícios comerciais, instalações industriais e até projetos residenciais devido à sua instalação direta e independência dos recursos hídricos. Ao contrário dos chillers resfriados à água, eles dissipam o calor na atmosfera por meio de ventiladores soprando nas bobinas do condensador, evitando a complexidade do tratamento de água e as torres de resfriamento. No entanto, sua exposição a condições externas - como temperaturas extremas e acumulação de detritos - representa desafios distintos de design.

Projetar um chiller resfriado de ar requer fatores de equilíbrio, como a seleção de um compressor adequado à escala e variabilidade de carga do aplicativo, escolhendo um refrigerante que equilibra a eficiência com o impacto ambiental, otimizando o condensador e o evaporador de transferência de calor, implementando controles avançados para economia de energia e abordando preocupações práticas, como ruído, espaço e acessibilidade de manutenção. Essas considerações garantem que o chiller atenda às demandas do projeto, minimizando os custos operacionais e a pegada ambiental.

Comparação de ar resfriados de ar e resfriadores de água

Ao selecionar um tipo de chiller, os projetos resfriados a ar e resfriados a água diferem significativamente:

• Rejeição de calor: Chillers resfriados por ar usam ventiladores e bobinas de condensador com ar ambiente; Os chillers resfriados a água dependem de torres de resfriamento ou fontes de água.
• Instalação: As unidades resfriadas de ar não requerem tubulação de água, simplificando a configuração, mas precisando de mais espaço para o fluxo de ar; As unidades resfriadas a água precisam de um encanamento extenso, mas podem ser mais compactas em ambientes fechados.
• Eficiência: Chillers resfriados a água se destacam em climas quentes devido à transferência superior de calor da água; A eficiência resfriada ao ar cai em altas temperaturas.
• Manutenção: Chillers resfriados por ar podem precisar de limpeza de bobinas frequentes para evitar incrustações; As unidades resfriadas a água requerem tratamento de água para evitar escala e corrosão, aumentando os custos.

Assim, os chillers resfriados por ar se encaixam em ambientes com escarpa de água ou em ambientes limitados espaciais, como telhados urbanos ou regiões áridas, enquanto os projetos resfriados à água são melhores para aplicações industriais de larga escala e orientadas por eficiência.

Parâmetros de design

Capacidade de refrigeração

A capacidade de resfriamento normalmente é classificada em toneladas de refrigeração (TR) ou quilowatts (KW), com 1 TR equivalente a 3,517 kW ou 12.000 btu/h. As classificações são baseadas em condições padrão:

• Condensador que entra na temperatura do ar: 86 ° F (30 ° C)
• Água gelada que entra na temperatura: 54 ° F (12 ° C)
• Temperatura de saída de água gelada: 44 ° F (7 ° C)

Por exemplo:

• Um chiller de 397 kW (~ 113 tr) atende às necessidades comerciais ou industriais de médio porte.
• A capacidade deve corresponder à carga de resfriamento. Riscos de riscos de riscos insuficientes e ciclismo frequente; O grande dimensionamento reduz a eficiência e aumenta os custos. Uma abordagem comum está selecionando uma unidade de 10 a 20% acima da carga calculada para lidar com variações ou expansão futura sem comprometer a eficiência.

Tipo de compressor

O compressor, o núcleo do chiller, comprime gás refrigerante para acionar a transferência de calor. Chillers resfriados por ar normalmente usam:

• Role os compressores: Ideal para unidades pequenas a médias (até ~ 150 tr). Compacto e silencioso (~ 60-65 dB (a)), eles são eficientes sob cargas estáveis ​​com projetos herméticos minimizando vazamentos.
• Compressores de parafuso: Adequado para sistemas médios a grandes (150+ tr). Eles se destacam na eficiência da carga parcial e podem usar o VSDS para controle de capacidade.
• Compressores centrífugos: Raro em sistemas de ar resfriado, mas usado em aplicações muito grandes (mais de 500 TR). Eficiente em carga total, eles exigem controles complexos para operação de carga parcial.

A seleção depende do tamanho da carga, variabilidade (por exemplo, escritório vs. fábrica), restrições de ruído (por exemplo, telhados urbanos) e orçamento.

Seleção de refrigerante

A escolha do refrigerante afeta a eficiência, a conformidade regulatória e o desempenho:

• Refrigerantes comunsO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.
  • R-134a: HFC, Zero Resposta, GWP ~ 1430.
  • R-410A: Blend HFC, zero ODP, GWP ~ 2088, comum em sistemas menores.
  • R-407C: HFC Blend, GWP ~ 1774, geralmente uma substituição R-22.
• Alternativas de baixo GWPO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.
  • R-32: GWP ~ 675, crescendo devido à eficiência.
  • R-454b: GWP <200, designed as a R-410A substitute.

Regulamentos como a alteração de Kigali visam eliminar o HFCS, exigindo que os engenheiros equilibrassem o desempenho, o custo e a disponibilidade com a conformidade local.

Design do condensador

O condensador, crítico para a rejeição de calor, inclui:

• Características principaisO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.
  • Tipo de barbatana: As barbatanas de alumínio de cobre são padrão; Maior densidade melhora a transferência de calor, mas corre o risco de incrustação.
  • Tubulação: Cobre, para excelente condutividade térmica.
  • Arranjo do ventilador: Vários fãs garantem redundância; A operação encenada corresponde à carga.
  • Energia do motor do ventilador: Determina a taxa de fluxo de ar, abordando os extremos climáticos locais.

Por exemplo:

• Um condensador típico pode apresentar ventiladores de fornecimento de ~ 30 m³/s de fluxo de ar, com a entrada de ar a 30 ° C (86 ° F) e saindo a 44 ° C (111 ° F).

Os condensadores devem lidar com a temperatura ambiente varia de baixos no inverno (por exemplo, -10 ° C) a altos no verão (por exemplo, +40 ° C), garantindo a confiabilidade e minimizando o uso de energia.

Projeto do Evaporador

O evaporador absorve o calor de água gelada ou fluido de processo:

• TiposO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.
  • Concha e tubo: Robusto, se adequa à maioria dos aplicativos.
  • Prato: Compacto, ideal para configurações com limites espaciais.

Parâmetros -chave:

• Ritmo de fluxo de água: Corresponde ao design do sistema, por exemplo, ~ 15 kg/s (~ 251 gpm) para uma unidade de tamanho médio.
• Queda de temperatura: Tipicamente 6-10 ° C (por exemplo, entrada 12 ° C/53 ° F, saída 6 ° C/42 ° F).

O dimensionamento adequado garante uma transferência de calor eficiente e minimiza a queda de pressão através do evaporador.

Sistemas de controle

Os chillers modernos de ar resfriados apresentam controles avançados:

• Unidades de velocidade variáveis ​​(VSDs): Aplicado a compressores e ventiladores para um ajuste preciso da capacidade.
• Controles de microprocessador: Monitore a temperatura/pressão, ajustando dinamicamente os pontos de ajuste.

Eles aumentam a eficiência da carga parcial-a maioria dos aplicativos é executada a 45-60% da maior parte do tempo-enquanto reduz o desgaste em componentes como compressores e ventiladores.

Eficiência energética

A eficiência é medida por meio de coeficiente de desempenho (COP) ou taxa de eficiência energética (EER):

• COP = saída de resfriamento / entrada de energia
  • Exemplo: 397 KW de resfriamento, 98,9 kW de entrada, COP ≈ 4.0.

Higher COP indicates better efficiency; modern systems typically achieve COP >4.0 at full load. Look for high ratings at both full and part-load conditions (e.g., IPLV), as chillers rarely operate at full capacity year-round.

Níveis de ruído

Os chillers resfriados por ar geram ruído significativo de ventiladores e compressores:

• Poder de som típico: ~ 70-90 dB (a) a 30 pés.

Estratégias de mitigação:

• Posicione unidades longe de áreas sensíveis.
• Use gabinetes acústicos ou barreiras.

O ruído é uma preocupação importante em ambientes urbanos ou residenciais, geralmente governados por regulamentos locais estritos.

Tamanho e peso

As dimensões físicas afetam a viabilidade da instalação:

• Exemplo: uma unidade ~ 100 Tr pode medir 10 x 6 x 7 pés, pesando 5-10 toneladas.

Garanta suporte estrutural, especialmente para instalações na cobertura com limites de carga.

Requisitos elétricos

Chillers exigem poder substancial:

• Tensão: normalmente 460V/3 fases para unidades maiores.
• AMPs de carga total: varia de acordo com o tamanho; Uma unidade de 100 tr traga 50-150 A.

Verifique se a infraestrutura elétrica suporta pico de demanda, incluindo disjuntores adequados e proteção de sobrecorrente por códigos locais.

Requisitos de instalação

As considerações de instalação incluem:

• Autorização: ~ 3-5 pés ao redor da unidade para fluxo de ar e manutenção.
• Montagem de nível: Garante o fluxo de drenagem/refrigerante adequado.

Conta do clima local; Proteja contra o clima extremo (por exemplo, tampas de chuva), se necessário.

Considerações de manutenção

A manutenção regular garante a longevidade:

• Limpe as bobinas do condensador anualmente; Verifique os níveis de refrigerante.

Recursos de design como núcleos removíveis ou painéis acessíveis simplificam tarefas como substituição de filtro ou limpeza de bobinas, reduzindo os custos de inatividade.

Conclusão

Projetar um chiller resfriado de ar envolve o equilíbrio de vários parâmetros - capacidade de resfriamento, tipo de compressor, seleção de refrigerante, design do trocador de calor - para obter operação eficiente entre as condições. Compreendendo esses aspectos-incluindo sistemas de controle, métricas de eficiência como COP/IPLV, níveis de ruído, tamanho, necessidades de instalação e recursos de manutenção-engenheiros de engenheiros para especificar sistemas que atendem aos requisitos do projeto, minimizando os custos de longo prazo e o impacto ambiental.

Seja adaptando uma instalação existente ou projetando um novo projeto, consideração cuidadosa desses fatores garante o desempenho e a durabilidade ideais, alinhando -se com objetivos de sustentabilidade e requisitos regulamentares, como a emenda Kigali.