Диаметр трубы для чиллера: расчёт по расходу и скорости

Диаметр трубы для чиллера выбирают по расходу воды и допустимой скорости в трубе. Расход задают холодопроизводительность и перепад температур. Калькулятор подберёт ближайший больший условный диаметр (DN) стальной трубы или размер пластиковой и покажет фактическую скорость и потери давления на метр трассы.

Расчёт диаметра трубы для чиллера

Чиллер, кВт Жидкость Вода Этиленгликоль 30 % Этиленгликоль 40 % Пропиленгликоль 30 % Пропиленгликоль 40 %

На выходе, °C Перепад, °C

Скорость, не более 1,0 м/с, всасывание 1,5 м/с, подводка 2,0 м/с, магистраль Труба Стальная Полипропилен PN20 Полиэтилен SDR 11 Выносной конденсатор

Труба

DN 50

Расход, м³/ч

8,60

Нужен Ø, мм

45,0

Ø трубы внутри, мм

53,0

Скорость, м/с

1,08

Потери, Па/м

329

Подобрать чиллер на 50,0 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Когда нужен этот расчёт

• Новая трасса от чиллера к оборудованию. Диаметр магистрали определяет, какой напор нужен насосу и не будет ли шума в трубах. Толщину изоляции под выбранную трубу считают в расчёте теплоизоляции.
• Замена чиллера на более мощный. При том же перепаде температур расход растёт пропорционально мощности, и старая труба может оказаться узкой.
• Переход с воды на гликоль. Теплоёмкость раствора ниже, поэтому расход больше, а вязкость выше в разы — потери давления растут заметно сильнее, чем расход.
• Подбор насоса. Потери на метр, умноженные на длину подачи и обратки, дают основную часть напора, к ней добавляют местные сопротивления и теплообменник. Полный напор — в расчёте насоса для чиллера, порядок расчёта по участкам — в справочнике о гидравлическом расчёте контура чиллера.

Формула

Сначала по холодопроизводительности и перепаду температур находят расход:

G = Q / (c × Δt)

G — расход жидкости, м³/ч; Q — холодопроизводительность, кВт; Δt — перепад температур между входом и выходом чиллера, °C; c — теплоёмкость кубометра жидкости, кВт·ч/(м³·°C): вода 1,163, этиленгликоль 30 % — 1,06, 40 % — 1,02, пропиленгликоль 30 % — 1,10, 40 % — 1,04. Если расход уже известен, мощность по нему считают в расчёте мощности по расходу и температурам.

Затем находят внутренний диаметр, при котором скорость не превысит допустимую:

d = 1000 × √(4 × G / (3600 × π × w))

d — нужный внутренний диаметр, мм; w — допустимая скорость, м/с. Из таблицы берут ближайшую трубу с внутренним диаметром не меньше d и пересчитывают фактическую скорость по её внутреннему диаметру d_вн:

w = G / (3600 × π × d_вн² / 4)

Удельные потери давления считают по формуле Дарси — Вейсбаха, коэффициент трения λ — по формуле Альтшуля:

Δp / L = λ × ρ × w² / (2 × d_вн)

λ = 0,11 × (Δ / d_вн + 68 / Re)^0,25, Re = w × d_вн × ρ / μ

Δp / L — потери давления, Па/м; ρ — плотность жидкости, кг/м³; Δ — шероховатость стенки: сталь 0,2 мм, пластик 0,01 мм; μ — динамическая вязкость, Па·с. Вязкость воды берут при средней температуре в контуре, у гликолевых растворов — ориентировочно при 0 °C. При Re меньше 2300 течение ламинарное и λ = 64 / Re. Потери на поворотах, арматуре и теплообменниках в эту цифру не входят.

До DN 50 в таблице водогазопроводные трубы по ГОСТ 3262, дальше электросварные по ГОСТ 10704 с типовой стенкой. У пластиковых труб размер указывают по наружному диаметру, а внутренний зависит от толщины стенки: у полипропилена PN20 Ø 63 внутренний диаметр 42 мм, у полиэтилена SDR 11 того же размера — 51,4 мм. Как дюймы и DN соотносятся с наружным диаметром и резьбой, показано в справочнике о трубном дюйме и DN.

Пример расчёта

Чиллер 50 кВт охлаждает воду до 7 °C, перепад температур 5 °C, трубопровод стальной, к оборудованию подводка со скоростью до 1,5 м/с.

1. Расход воды: G = 50 / (1,163 × 5) = 8,598 м³/ч, округлённо 8,60 м³/ч.
2. Нужный внутренний диаметр: d = 1000 × √(4 × 8,598 / (3600 × 3,1416 × 1,5)) = 45,0 мм.
3. DN 40 с внутренним диаметром 41 мм мал, подходит DN 50 (60 × 3,5 мм) с внутренним диаметром 53,0 мм.
4. Фактическая скорость: w = 8,598 / (3600 × 3,1416 × 0,053² / 4) = 1,08 м/с.
5. Средняя температура воды 9,5 °C, вязкость 1,318 мПа·с, Re = 1,0826 × 0,053 × 1000 / 0,001318 ≈ 43 500. Коэффициент трения λ = 0,11 × (0,2 / 53 + 68 / 43 500)^0,25 = 0,0297.
6. Потери давления: Δp / L = 0,02973 × 1000 × 1,0826² / (2 × 0,053) = 328,7 Па/м, округлённо 329 Па/м. На 50 м трассы в одну сторону, то есть 100 м подачи и обратки, это около 33 кПа без местных сопротивлений.

Если тот же контур заполнить пропиленгликолем 30 %, расход вырастет до 50 / (1,10 × 5) = 9,09 м³/ч, нужный диаметр — до 46,3 мм. Труба останется DN 50, но потери давления из-за вязкости раствора станут заметно выше, и насос нужно проверять заново. Концентрацию раствора считают в расчёте концентрации гликоля.

Типовые ошибки

• Диаметр магистрали по патрубкам чиллера. Патрубки рассчитаны на короткий участок внутри агрегата. На длинной трассе такая труба даёт большие потери, насос не обеспечивает расход, и чиллер уходит в аварию по протоку.
• Размер пластиковой трубы как внутренний диаметр. Полипропилен PN20 Ø 63 по внутреннему диаметру — 42 мм, как стальная DN 40. Если принять его за DN 63, скорость окажется более чем вдвое выше расчётной.
• Тот же диаметр после перехода на гликоль. Расход растёт на 6–14 %, вязкость — в несколько раз. Потери давления увеличиваются сильнее расхода, и прежний насос перестаёт давать нужный расход.
• Скорость выше 2 м/с ради тонкой трубы. Потери растут почти пропорционально квадрату скорости, появляются шум и износ отводов. Экономия на трубе уходит в более мощный насос и электроэнергию.