Чиллер для томографа и рентгена: расчёт охлаждения трубки

Чиллер для компьютерного томографа и рентгеновского аппарата считают по мощности рентгеновской трубки и доле времени, когда идёт сканирование: почти вся энергия электронного пучка превращается в тепло анода, и у томографов его отводят маслом в водяной теплообменник. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по числу аппаратов, мощности трубки, загрузке и электронике и покажет расход воды.

Откуда берётся тепло

• Анод трубки. В рентгеновское излучение переходит меньше процента энергии пучка, остальное греет анод. Трубка томографа работает на 60–120 кВт, но только во время сканирования; между исследованиями она остывает, и теплоёмкость анода сглаживает пики.
• Генератор и гентри. Высоковольтный генератор, приводы вращения гентри, детекторы и компьютеры реконструкции дают постоянные 2–4 кВт; у части моделей они на водяном охлаждении, у части греют воздух аппаратной.
• Рентгеновские и ангиографические аппараты. Трубки с масляным охлаждением и внешним теплообменником считают так же, с меньшей загрузкой; обычный рентген с воздушным охлаждением кожуха чиллера не требует.
• Воздух помещения. Тепло, которое ушло в воздух, снимает кондиционер аппаратной, и его считают как для серверной, а не прибавляют к чиллеру.

Точную цифру даёт руководство по размещению аппарата: там указаны тепловыделение в воду, допустимые температура и расход. Калькулятор нужен, когда документации под рукой нет или чиллер берут на несколько аппаратов. Магнитно-резонансный томограф считают отдельно в задаче о чиллере для МРТ.

Формула

Q_а = P_т × z + P_э

Q = n × Q_а × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

P_т — мощность трубки при сканировании, кВт; z — доля времени сканирования в самый загруженный час в долях единицы, по таблице; P_э — генератор, гентри и электроника на водяном охлаждении, кВт; Q_а — нагрузка от одного аппарата, кВт; n — число аппаратов на одном чиллере; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Производители томографов требуют воду обычно 6–20 °C с заданным расходом и перепадом давления, и 15 °C попадает в серийный ряд. Контур с аппаратом разделяют промежуточным теплообменником только если того требует документация; чаще чиллер подключают напрямую, но с фильтром и подготовленной водой.

Пример расчёта

Один томограф в стационаре: трубка 80 кВт, сканирование 20 % времени в пиковый час, электроника на воде 2,5 кВт, вода 15 °C, запас 15 %.

1. Средняя нагрузка от трубки: 80 × 0,2 = 16,0 кВт.
2. С электроникой: 16,0 + 2,5 = 18,5 кВт.
3. Холодопроизводительность: 18,5 × 1,15 = 21,275 кВт, округлённо 21,3 кВт.
4. Расход воды: 21,275 / (1,163 × 5) = 3,66 м³/ч.

Как выглядит установка на 21,3 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 21 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по пиковой мощности трубки. Чиллер на 80–100 кВт для одного томографа — ошибка в пять раз: анод и масло накапливают тепло сканирования, а чиллер снимает среднее. Такой чиллер работает короткими пусками и портит компрессор.
• Один чиллер без резерва. Томограф в приёмном отделении работает круглосуточно, и остановка чиллера останавливает диагностику. Ставят два чиллера или модульную схему — справочник о модульном чиллере, а бак-аккумулятор даёт время на переключение.
• Отступить от требований к воде. При температуре, расходе или давлении вне допуска аппарат выдаёт ошибку охлаждения и останавливает исследование.
• Чиллер на улице без защиты от замерзания. Контур томографа водяной, и зимой наружный участок трассы замерзает. Либо чиллер в помещении с выносным конденсатором, либо гликоль через теплообменник — справочник о защите чиллера от замерзания.