Чиллер для бетонного завода: расчёт охлаждения воды затворения

Чиллер для бетонного завода охлаждает воду затворения: летом это самый дешёвый способ снизить температуру смеси, потому что у воды теплоёмкость в пять раз выше, чем у цемента и заполнителей. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по производительности завода, расходу воды на кубометр и температурам воды из сети и в смеситель, а заодно покажет, на сколько градусов станет холоднее смесь.

Откуда берётся тепло

• Вода из сети или скважины. Летом вода приходит с 18–28 °C, а в смеситель её нужно подать с 2–5 °C. Вся эта разница — нагрузка на чиллер, и она пропорциональна производительности завода.
• Нагретые заполнители. Щебень и песок на открытых складах прогреваются до 30–40 °C и дают больше половины тепла смеси, но водой их не охлаждают: для этого нужны навесы, полив или лёд. Калькулятор считает только воду.
• Бак холодной воды. Воду охлаждают непрерывно в бак, а расходуют партиями при замесе: без бака чиллер пришлось бы считать на пиковый расход, который в 2–3 раза выше среднего.

Формула

Q_в = V × w × 4,19 × (t₁ − t₂) / 3600

Q = Q_в × (1 + k)

Δt_см = w × 4,19 × (t₁ − t₂) / (1890 + w × 4,19)

• Q_в — тепло, снимаемое с воды затворения, кВт;
• V — производительность завода, м³ бетона в час;
• w — расход воды на 1 м³ бетона, л (обычно 150–200);
• 4,19 — теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C);
• t₁, t₂ — температура воды из сети и в смеситель, °C;
• k — запас, в долях, обычно 0,10–0,20;
• Δt_см — на сколько станет холоднее смесь, °C; 1890 — теплоёмкость сухих составляющих кубометра бетона, кДж/°C (ориентировочно 350 кг цемента и 1900 кг заполнителей по 0,84 кДж/(кг·°C)).

Больше 6–7 °C одной водой не выиграть: дальше нужны чешуйчатый лёд вместо части воды или охлаждение заполнителей. Нормативные требования к температуре смеси в жару — в СП 70.13330; обычно смесь на выходе держат не выше 25–30 °C.

Пример расчёта

Завод 60 м³/ч, вода 180 л на кубометр, из скважины 25 °C, в смеситель 5 °C, запас 15 %.

1. Расход воды: 60 × 180 = 10 800 кг/ч, или 10,8 м³/ч.
2. Тепло воды: 10 800 × 4,19 × (25 − 5) / 3600 = 251,4 кВт.
3. Холодопроизводительность с запасом: 251,4 × 1,15 = 289,11 кВт, округлённо 289,1 кВт.
4. Смесь станет холоднее на 180 × 4,19 × 20 / (1890 + 754,2) = 5,7 °C.

Чиллер на 289 кВт с водой 5 °C — серийная машина; объём бака считают по часам пикового отпуска в расчёте объёма бака-аккумулятора. Если вода нужна холоднее 5 °C, контур переводят на гликоль, а воду охлаждают через теплообменник — такие режимы описаны в справочнике о низкотемпературных чиллерах.

Типовые ошибки

• Считают без бака на пиковый расход. Смеситель берёт воду за 30–40 секунд замеса, и мгновенный расход в разы выше среднего; чиллер на такой пик стоит вдвое дороже и большую часть времени простаивает. Нужен бак на 1–2 часа работы и чиллер на средний расход.
• Вода из сети по зимней температуре. Для расчёта берут самую тёплую воду лета, иначе в июле чиллер не выйдет на 5 °C — тем более что в жару падает и его собственная холодопроизводительность, как показано в справочнике о чиллере в жару.
• Ждут от воды охлаждения на 10 °C и больше. Вода — одна пятая теплоёмкости смеси; остальное в заполнителях. Если нужно больше 6–7 °C, добавляют лёд или охлаждают щебень.
• Открытый контур без фильтра. Вода из скважины с песком и солями забивает испаритель; её подают в бак, а чиллер гоняет свой чистый контур через промежуточный теплообменник — требования к воде собраны в справочнике о воде для чиллера.