Чиллер для осушки сжатого воздуха: расчёт по точке росы

Чиллер для осушки сжатого воздуха рассчитывают по расходу воздуха и точке росы: воздух после компрессора охлаждают в водяном теплообменнике до точки росы под давлением, влага конденсируется и уходит через влагоотделитель. Калькулятор считает холодопроизводительность по расходу, давлению, температуре на входе и точке росы — тепло охлаждения воздуха плюс теплота конденсации — и показывает температуру воды.

Расчёт чиллера для осушки сжатого воздуха

Воздух, м³/мин Давление, бар изб.

Воздух на входе, °C Точка росы, °C

Запас 10 % 15 % 20 % Выносной конденсатор

Требуемый чиллер

7,7

кВт

Охлаждение воздуха, кВт

5,03

Конденсация влаги, кВт

1,68

Расход воды, м³/ч

1,33

Температура воды, °C

5

Подобрать чиллер на 7,7 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Оборудование не укладывается в калькулятор? Опишите задачу словами — ассистент посчитает нагрузку и подберёт чиллер

Что охлаждаете, сколько и при какой температуре Посчитать и подобрать

Откуда берётся тепло

• Охлаждение воздуха. После концевого охладителя компрессора воздух идёт с температурой 30–40 °C, и его нужно остудить до точки росы; это сухое тепло пропорционально расходу и перепаду температур.
• Конденсация влаги. Сжатый воздух на выходе из компрессора насыщен паром, и при охлаждении влага выпадает; на каждый килограмм конденсата уходит около 2450 кДж — при тёплом воздухе на входе это треть нагрузки.
• Насыщение на входе. Калькулятор принимает воздух на входе насыщенным: так он выходит из любого водяного или воздушного концевого охладителя. Теплообменник берут пластинчатый или кожухотрубный на давление сети — о выборе справочник о пластинчатом теплообменнике.

Вода подаётся на 5 °C холоднее точки росы; при точке росы 10 °C это 5 °C — нижняя граница серийных чиллеров. Для точки росы ниже 10 °C нужен гликоль, а ниже 3 °C конденсат замерзает в теплообменнике, и работают адсорбционные осушители.

Формула

x = 0,622 × p_s(t) / (P − p_s(t))

Q_с = G × 1,006 × (t₁ − t_р)

Q_к = G × (x₁ − x₂) × 2450

Q = (Q_с + Q_к) × (1 + k)

• x — влагосодержание насыщенного воздуха, кг на кг сухого воздуха; p_s(t) — давление насыщенного пара при температуре t, кПа, по формуле Магнуса; P — абсолютное давление воздуха, кПа.
• G — массовый расход воздуха, кг/с: объём при всасывании, м³/мин, × 1,2 кг/м³ / 60; 1,006 — теплоёмкость воздуха, кДж/(кг·°C).
• t₁ — воздух на входе, °C; t_р — точка росы под давлением, °C; x₁, x₂ — влагосодержание при t₁ и t_р; 2450 — теплота конденсации, кДж/кг; k — запас, доля.

Чем теплее воздух после компрессора, тем больше влаги он несёт и тем дороже осушка: исправный концевой охладитель с водой от чиллера снимает половину нагрузки, — расчёт в задаче о чиллере для винтового компрессора.

Пример расчёта

Компрессор 10 м³/мин, 7 бар изб., воздух после концевого охладителя 35 °C, точка росы 10 °C, запас 15 %.

1. Абсолютное давление: P = (7 + 1,013) × 100 = 801,3 кПа.
2. Влагосодержание на входе: p_s(35) = 5,63 кПа, x₁ = 0,622 × 5,63 / (801,3 − 5,63) = 0,00439 кг/кг.
3. На выходе: p_s(10) = 1,228 кПа, x₂ = 0,622 × 1,228 / (801,3 − 1,228) = 0,000953 кг/кг.
4. Расход воздуха: G = 10 × 1,2 / 60 = 0,2 кг/с.
5. Охлаждение воздуха: Q_с = 0,2 × 1,006 × (35 − 10) = 5,03 кВт.
6. Конденсация: Q_к = 0,2 × (0,00439 − 0,000953) × 2450 = 1,68 кВт.
7. С запасом: Q = (5,03 + 1,68) × 1,15 = 7,72 кВт, округлённо 7,7 кВт; вода 10 − 5 = 5 °C.

Типовые ошибки

• Считать только сухое тепло. При воздухе 40–45 °C на входе теплота конденсации сравнима с охлаждением воздуха; без неё чиллер мал, и точка росы уходит вверх в жару.
• Просить точку росы 3 °C от чиллера на воде. Для неё нужна вода −2 °C и гликоль, а конденсат в охладителе уже подмерзает; ниже 10 °C по точке росы считают гликолевый вариант, ниже 3 °C — адсорбционный осушитель.
• Объём воздуха «по давлению». Расход берут по всасыванию (FAD, м³/мин при атмосферном давлении), а не по сжатому объёму: иначе нагрузка занижена в восемь раз. Если известны расход и нагрев воды на действующем охладителе, нагрузку проверяют расчётом мощности по расходу и перепаду температур.
• Нет сепаратора после охладителя. Охлаждённый, но не отделённый конденсат уносится в сеть, где воздух греется и снова «сухой» только на бумаге; за охладителем ставят циклонный влагоотделитель с конденсатоотводчиком.

Тот же расчёт с теплом конденсации применяют к охладителям воздуха в приточных установках — задача о чиллере для приточной установки; воду 5 °C при малой нагрузке даёт мини-чиллер.

Вопросы и ответы

Какая вода нужна для осушки сжатого воздуха до точки росы 10 °C?

Для осушки до точки росы 10 °C под давлением нужна вода 5 °C — на 5 °C холоднее точки росы, и это нижняя граница серийных чиллеров. Для точки росы ниже 10 °C нужен гликоль, а ниже 3 °C конденсат замерзает в теплообменнике, и работают адсорбционные осушители.

Откуда берётся нагрузка при осушке сжатого воздуха?

Нагрузка при осушке складывается из охлаждения воздуха с 30–40 °C после концевого охладителя до точки росы и из конденсации влаги: на каждый килограмм конденсата уходит около 2450 кДж, и при тёплом воздухе на входе это треть нагрузки. Воздух после любого концевого охладителя считают насыщенным.

Почему при 7 бар влаги в воздухе меньше, чем при атмосферном давлении?

Влагосодержание насыщенного воздуха обратно пропорционально давлению: при 7 бар избыточных в килограмме воздуха помещается почти в восемь раз меньше пара, чем при атмосферном. Поэтому точку росы задают под давлением, и чем выше давление сети, тем меньше конденсата и нагрузки на чиллер.