Чиллер для климатической камеры: расчёт по холодильной машине

Чиллер для климатической камеры охлаждает не саму камеру, а конденсатор её холодильной машины: камера держит −40 или −70 °C своим контуром, а тепло от компрессоров и из рабочего объёма сбрасывает в воду. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по числу камер и потребляемой мощности их холодильных машин и покажет расход воды.

Откуда берётся тепло

• Конденсатор холодильной машины камеры. В воду уходит всё: тепло, отобранное из камеры, и электрическая мощность компрессоров. У однокаскадной машины до −40 °C на 1 кВт потребления приходится ориентировочно 2,5 кВт тепла в конденсаторе, у каскадной до −70 °C — около 1,8 кВт, потому что при глубоком холоде на единицу холода тратится больше электроэнергии.
• Нагрев в программе. Когда камера греется до +180 °C, холодильная машина выключена и воду не греет; расчёт ведут на режим охлаждения, самый тяжёлый по теплу.
• Несколько камер. Испытания в лаборатории идут одновременно, поэтому мощности складывают без коэффициента одновременности.

Формула

Q_к = n × N × k_р

Q = Q_к × (1 + k)

G = Q / (1,163 × 5)

• Q_к — тепло конденсаторов всех камер, кВт;
• n — число камер;
• N — потребляемая мощность холодильной машины одной камеры по паспорту, кВт;
• k_р — тепло в конденсаторе на 1 кВт потребления: 2,5 для однокаскадной машины до −40 °C, 1,8 для каскадной до −70 °C;
• k — запас, в долях, обычно 0,10–0,20;
• G — расход воды, м³/ч; 5 — нагрев воды в конденсаторе, °C; 1,163 — теплоёмкость кубометра воды, кВт·ч/(м³·°C).

Температура воды на водяной конденсатор камеры допускается обычно 10–30 °C: при 15 °C машина камеры работает с запасом по давлению конденсации, при 25–30 °C — на пределе. Чем теплее вода, тем дешевле обходится холод чиллеру, и круглый год на 15 °C его можно держать на фрикулинге — расчёт экономии в расчёте экономии от фрикулинга.

Пример расчёта

Две камеры тепло-холод до −40 °C, холодильная машина каждой потребляет 12 кВт, вода на конденсаторы 15 °C, запас 15 %.

1. Тепло конденсаторов: 2 × 12 × 2,5 = 60 кВт.
2. Холодопроизводительность с запасом: 60 × 1,15 = 69 кВт.
3. Расход воды: 69 / (1,163 × 5) = 11,87 м³/ч, округлённо 11,9 м³/ч.

Такой чиллер с водой 15 °C подбирают из серийного ряда. Если в лаборатории стоят ещё термостаты, реакторы или испытательные стенды, их нагрузки складывают в проекте охлаждения; небольшие камеры с одним контуром описаны в задаче о лабораторном чиллере.

Типовые ошибки

• Берут холодопроизводительность камеры вместо тепла конденсатора. Паспортные «3 кВт холода при −40 °C» — это меньше половины того, что уходит в воду: к ним добавляется мощность компрессоров. Чиллер по такой цифре не держит давление конденсации, и камера уходит в аварию по высокому давлению — справочник о высоком давлении.
• Вода 7 °C «чтобы наверняка». Слишком холодная вода роняет давление конденсации, терморегулирующий вентиль машины камеры теряет перепад, и камера не выходит на −40 °C. Воду подают 15–20 °C или ставят регулятор давления конденсации.
• Нет бака при коротких программах. Термошок включает машину на минуты; без бака чиллер щёлкает компрессорами по уставке, и они изнашиваются. Объём бака — в расчёте объёма бака-аккумулятора.
• Общий контур с 7-градусными фанкойлами. Камерам нужна вода теплее; на одном чиллере это решает узел подмеса — справочник о двух температурах воды от одного чиллера.