Чиллер для катка: расчёт холодопроизводительности

Чиллер для катка рассчитывают по площади льда и удельной нагрузке, которая зависит от того, крытый каток или открытый и до какой температуры воздуха он работает. Чиллер охлаждает раствор гликоля примерно до −10 °C, гликоль идёт по трубам в бетонной плите под льдом и держит лёд замороженным. Калькулятор посчитает холодопроизводительность и расход гликоля.

Откуда берётся тепло

• Воздух. Тёплый воздух над полем отдаёт тепло льду; на открытом катке при оттепели это главная нагрузка.
• Излучение. Потолок крытой арены и особенно солнце на открытом катке греют лёд излучением.
• Заливка льда. Машина для заливки кладёт тонкий слой тёплой воды, и её нужно заморозить до следующей заливки.
• Освещение, конденсация, посетители. Светильники над полем, влага из воздуха, которая конденсируется и замерзает на льду, трение коньков.
• Грунт. Под крытым катком грунт подогревают, чтобы он не промёрз и не вспучил плиту, и часть этого тепла идёт вверх ко льду.

Формула

Q = S × q / 1000 × (1 + z / 100)

Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; S — площадь льда, м²; q — удельная нагрузка, Вт/м², по таблице; z — запас, %.

G = Q / (c × Δt)

G — расход гликоля, м³/ч; c — теплоёмкость кубометра раствора, для пропиленгликоля 40 % — 1,04 кВт·ч/(м³·°C); Δt — нагрев гликоля в плите, °C. На катке его держат небольшим, около 3 °C, чтобы лёд по всему полю был одной температуры.

Первую заморозку поля перед сезоном считают отдельно. Чтобы превратить воду +10 °C в лёд −5 °C, на каждый килограмм нужно около 386 кДж (время такой заморозки считают как в расчёте времени охлаждения жидкости): 4,19 × 10 на охлаждение воды, 334 на замерзание и 2,1 × 5 на охлаждение льда. Лёд толщиной 40 мм на 800 м² — около 29 т воды и 3150 кВт·ч холода. Если на заморозку остаётся половина холодопроизводительности чиллера, это около 34 часов чистой работы; на практике поле заливают тонкими слоями за 2–4 суток.

Пример расчёта

Крытый каток с полем 800 м², воздух в зале около +10 °C, запас 15 %.

1. Нагрузка на лёд: 800 × 200 / 1000 = 160,0 кВт.
2. Холодопроизводительность: Q = 160,0 × 1,15 = 184,0 кВт.
3. Расход гликоля: G = 184,0 / (1,04 × 3) = 59,0 м³/ч.
4. Гликоль −10 °C — вне серийного ряда, чиллер подбирают индивидуально; исполнение описано в справочнике о низкотемпературном гликолевом чиллере.

Как выглядит установка на 184 кВт — компрессоры, потребление, расход, габариты и масса — показано на странице низкотемпературного чиллера 180 кВт на гликоле; температуру гликоля там задают свою.

Типовые ошибки

• Открытый каток по нагрузке крытого. Солнце и плюсовая температура дают нагрузку до двух раз больше. В первую же оттепель лёд начинает таять сверху, хотя чиллер работает на полную мощность.
• Концентрация гликоля «на глаз». При гликоле −10 °C на выходе раствор должен замерзать не выше −20 °C; слабый раствор замёрзнет в испарителе. Концентрацию считают в расчёте концентрации гликоля, свойства растворов — в справочнике о свойствах гликолей.
• Большой перепад температур гликоля. При нагреве гликоля на 6–8 °C лёд у входа в трубы холоднее, чем у выхода, и качество поля неравномерное. Расход берут такой, чтобы перепад был около 3 °C, и под него подбирают насос и диаметр труб.
• Нет подогрева грунта под крытым катком. За несколько сезонов грунт под плитой промерзает и вспучивается, плита трескается. Для подогрева грунта и воды для заливки часто используют тепло конденсатора чиллера — об этом справочник о чиллере как тепловом насосе.