工業用水チラーと空冷チラー: 簡単な答え
プラントでチラーを年間 3,000 時間以上稼働させ、信頼性の高い冷却水にアクセスできる場合は、通常、水冷式産業用チラーの方がエネルギー効率が高く、コンプレッサーの寿命も長くなります。水が不足している場合、水処理が頭の痛い場合、または迅速かつ簡単な設置が必要な場合は、空冷チラーが実用的な選択肢です。それが結論です。この記事の残りの部分では、実際に決定を変える数字、リスク、サイトの状況を踏まえて、その理由を説明します。
乾燥地域にある食品加工工場を考えてみましょう。年間 6,000 時間、500 kW の冷却が必要です。空冷チラーは 180 kW を消費する可能性があり、冷却塔を備えた水冷ユニットは 140 kW を消費する可能性があります。水冷オプションでは 1 時間あたり 40 kW を節約できますが、ポンプ、タワー、水処理も追加されます。これらの 40 kW が追加のインフラストラクチャと水の需要を上回るかどうかは、システム レベルのエンジニアリングの問題であり、スローガンではありません。
各チラーが熱を遮断する仕組み
どちらのタイプも蒸気圧縮サイクルを使用します。違いは、コンデンサーが熱を遮断する場所です。空冷チラーは、ファンを使用して周囲の空気をフィン付きコイルに吹き付けます。水冷チラーはシェルアンドチューブまたはプレート熱交換器を使用し、熱は冷却塔または液体クーラーにポンプで送られる凝縮水に入ります。
このたった 1 つの違いが、他のほとんどすべてのことを左右します。空冷コンデンサーは、夏には 35°C または 45°C に達する可能性のある外気温度に対応する必要があります。水冷コンデンサーでは通常、塔から 30°C ～ 32°C の水を受け取りますが、適切なサイズの塔を使用すると、アプローチをより厳密にすることができます。凝縮温度が低いほど、コンプレッサーの吐出圧力が低くなり、消費電力も低くなります。
プレート側空気出口付きH型空冷コンデンサー 製品の事実には、空冷コンデンサーの設計を比較する際に関連する、高い熱交換効率を実現する千鳥配置コイルとアルミニウム フィンを備えた機械的に拡張された銅管が含まれます。 製品を見る→ 
ネジ付き銅管を備えたシェルアンドチューブ水冷コンデンサー 高効率の雄ネジ付き銅管と安全可溶プラグを使用し、凝縮温度比較の水冷側に適合します。 製品を見る→ 実際の例として、200 kW の空冷チラーでは、気温 35°C の日の凝縮温度が 50°C になる可能性があります。 32°C のタワー給水を備えた水冷チラーは、40°C で結露する可能性があります。冷媒とコンプレッサーの種類に応じて、その 10 K の差により、コンプレッサーの出力が 15% ～ 25% 削減される可能性があります。凝縮器の表面積がこれにどのような影響を与えるかを理解したい場合は、次の記事を参照してください。 凝縮器の熱交換表面積 物理を破壊します。
主な違いの概要
以下の表は、主なトレードオフをまとめたものです。最後の 2 行に注意してください。サイトの周囲温度が高い場合や、騒音要件が厳しい場合に、プロジェクトが決定されることがよくあります。
| 因子 | 空冷チラー | 水冷チラー |
|---|---|---|
| 熱遮断 | フィン付きコイルを通る周囲空気 | 冷却塔または水ループ |
| 典型的なCOP | 2.8 – 3.2 | 4.5 – 5.5 |
| インストール | シンプル、屋上またはパッド、水道配管なし | タワー、ポンプ、配管、水処理が必要 |
| フットプリント | 空気の流れを確保する広い屋外エリア | チラーは小さいですが、タワーとポンプがスペースをとります |
| 水の使用 | なし | 蒸発、ブローダウン、化粧水 |
| メンテナンス | コイルのクリーニング、ファンとモーターのチェック | 水処理、塔の洗浄、凝縮器のスケール除去 |
| 部分負荷効率 | 可変速ファンに最適 | 可変速ドライブとタワー制御に優れています |
| 極度の暑さでの能力 | 非常に暑い日には凝縮温度が上昇するため、出力が低下する可能性があります | 性能が湿球温度に追従するため、より安定しています。 |
| 騒音 | ユニットのファンの騒音、周囲温度とともに増加 | 全体的に静かです。騒音源を遠隔地から特定できる |
エネルギー効率と運用パフォーマンス
効率の差は実際にありますが、一定ではありません。それは、周囲温度、負荷プロファイル、冷却塔がどの程度適切に制御されているかによって異なります。暑い気候では、日が暑くなるにつれて空冷チラーの能力と効率が低下します。水冷チラーの性能は、通常乾球温度よりも低い湿球温度に対するタワーのアプローチにより大きく左右されます。
一般的な全負荷時の COP 範囲。実際の値は、冷媒、コンプレッサーのタイプ、凝縮器の設計によって異なります。
500 kW の負荷を年間 6,000 時間稼働させる場合、COP の 1.5 の差は、年間約 200,000 kWh の電力量に相当し、それに応じて電力需要と間接的な炭素排出量も削減されます。この利点は、タワーが適切に維持され、補給水が確実に入手できる場合にのみ有効です。水の供給が限られている場合、水の使用が制限されている場合、または負荷の稼働時間が年間 2,000 時間未満である場合には、多くの場合、空冷システムの方が適していることがわかります。
対称スパイラル陰陽ローターを備えたスクリューコンプレッサー 逆回転の凹面ローターと油膜駆動のメスローター動作を特徴としており、コンプレッサーの選択が水冷システムの効率に影響を与える場合には検討する価値があります。 製品を見る→ ここでコンプレッサーの選択が重要になります。可変容積比のスクリューコンプレッサーは、固定比コンプレッサーよりも効率的に水冷システム内の低い凝縮圧力を追跡できます。そのため、多くの産業用水冷チラーでは、容量制御付きのスクリューまたはスクロール コンプレッサーが使用されています。
設置、スペース、インフラストラクチャー
空冷チラーは設置がより簡単です。構造パッドまたは屋根縁石、電力、および空気の流れのための十分なスペースが必要です。冷却塔、復水ポンプ、水処理システムはありません。一時的な設置やレンタルの設置では、このシンプルさには勝るものはありません。
水冷チラーには、より多くの調整が必要です。冷却塔または水ループ、ポンプ、配管、バルブ、水処理プログラム、および寒冷地での凍結防止が必要です。チラー自体は同等の空冷ユニットよりも小さい場合がありますが、タワーとポンプを含めると機械室の総設置面積はさらに大きくなる可能性があります。外気が制限されている都市部の建物では、多くの場合、必要な容量を満たす唯一の方法が水冷チラーです。
注意すべきリスクが 1 つあります。空冷チラーは、コンデンサーが効果的に熱を遮断できないため、暑い日には能力が低下する可能性があります。プロセスで 40°C の午後に 7°C の水を保証する必要がある場合は、空冷チラーを大型化するか、断熱予冷を追加する必要があるかもしれません。適切なサイズのタワーを備えた水冷チラーは、乾球スパイクの影響を受けにくくなります。
メンテナンス、信頼性、耐用年数
空冷チラーには補助システムが少ないため、故障するものが少なくなります。主な作業は、凝縮器コイルの清掃、ファンブレードとモーターのチェック、冷媒充填の確認です。ほこりの多い環境では、毎月コイルの清掃が必要になる場合があります。クリーンな環境では、多くの場合、四半期に一度で十分です。
水冷チラーには、冷却塔、ポンプ、水処理が追加されます。藻類やスケールを防ぐためにタワーを定期的に掃除する必要があります。水質に応じて、凝縮器チューブをブラッシングまたは化学薬品によるスケール除去する必要があります。水処理化学物質を監視し、冬季にはシステムを凍結から保護する必要があります。水処理を怠ると、スケールによって熱伝達が低下し、凝縮圧力が上昇し、効率の利点が失われる可能性があります。
- 空冷: コイルのクリーニング、ファンモーターの潤滑、電気チェック、冷媒漏れ検出。
- 水冷: タワー洗面器の洗浄、ストレーナの洗浄、水の化学検査、凝縮器のスケール除去、ポンプの検査。
両方が維持されている場合、信頼性は同等です。ただし、水冷システムでは、ポンプの故障、タワーファンの故障、汚れなどの水関連の問題によるダウンタイムのリスクが高くなります。空冷システムは放置に対してより耐性がありますが、天候にさらされ、雹による損傷、腐食、または破片の影響を受ける可能性があります。
植物に合わせた選び方
このチェックリストを使用して決定を行ってください。 1 つの列のほとんどの項目に「はい」と答える場合、そのタイプがより適切です。
次の場合には空冷チラーを選択してください。
- 水が不足しているか、制限されているか、許可されていません。
- 年間稼働時間は2,000時間未満です。
- 最小限のインフラストラクチャで迅速にインストールする必要があります。
- チラーは穏やかな気候または信頼性の高い換気環境で動作します。
- 補助コンポーネントが少なく、メンテナンスが容易な、よりシンプルなシステムが必要です。
次の場合には水冷チラーを選択してください。
- 年間稼働時間は 3,000 時間を超えており、エネルギー効率が最優先事項となっています。
- 冷却塔用のスペースがあり、水処理を管理できます。
- 周囲温度が高いか湿気が多いと、空冷効率が低下します。
- 占有エリアの近くでは、冷却装置の設置面積を小さくするか、騒音を低くする必要があります。
- 高温時の効率と安定した容量と引き換えに、より複雑なシステムに対応できます。
部分負荷運転も考慮してください。プラントがほとんどの時間 40% ～ 60% の負荷で稼働している場合、可変速ドライブと最適化されたタワー制御を備えた水冷チラーにより、高い効率を維持できます。可変速ファンを備えた空冷チラーも良好なパフォーマンスを発揮しますが、凝縮器の温度は依然として屋外の空気によって変動します。
よくある質問
空冷チラーを水冷チラーに改造できますか?
場合によっては、そうです。水冷コンデンサーと冷却塔を追加できますが、コンプレッサー、膨張バルブ、および制御装置の再評価が必要になる場合があります。通常、チラーを改造するよりも交換する方が現実的です。
どちらのタイプが静かですか？
水冷チラーは、凝縮器が遠くにあり、冷却塔を敏感な場所から離して配置できるため、一般に静かです。空冷チラーはファンの騒音を発生しますが、その騒音は周囲温度とともに増加します。
水冷チラーはどのくらいの水を使用しますか?
冷却塔では、冷却量に加えてブローダウンを加えて、kWh あたり約 1.5 ～ 2 リットルが蒸発します。 500 kW のチラーを 6,000 時間稼働させる場合、年間数百万リットルに達する可能性があります。地域の水の入手可能性と使用制限は重要な要素です。
水処理プログラムは必要ですか?
水冷チラーが約束する効率と寿命が必要な場合は、はい。未処理の水はスケール、腐食、生物学的増殖を引き起こし、エネルギー使用量を増加させ、チューブの故障につながる可能性があります。
結論
工業用水チラーと空冷チラーの議論には、普遍的な勝者はいません。適切な選択は、負荷プロファイル、気候、水の利用可能性、メンテナンス能力、運用の優先順位によって異なります。特定のサイトを評価します。年間エネルギー消費量、水の使用と処理の要件、メンテナンスの作業負荷、および 10 年間の信頼性を比較します。いずれかのシステムの凝縮器、圧縮機、または完全な凝縮ユニットの指定についてサポートが必要な場合は、 Zhejiang Brozer冷凍技術 は、産業用冷凍用に構築されたコンポーネントとアセンブリの選択をサポートできます。
まずは負荷プロファイルと動作時間から始めます。これら 2 つの数字は通常、カタログを開く前に、正しいチラーのタイプを示します。
