Расширительный бак для чиллера: расчёт объёма

Расширительный бак для чиллера принимает воду, которая расширяется при нагреве: летом остановленный контур прогревается от 7 до 30–35 °C, и без бака давление поднимется до срабатывания предохранительного клапана. Объём бака зависит от объёма воды в системе, разницы температур, высоты системы и настройки клапана. Калькулятор выполняет расчёт расширительного бака, давления подкачки и давления заполнения; холодопроизводительность и температура воды на выходе нужны ещё и для перехода к подбору чиллера.

Когда нужен этот расчёт

• Закрытый контур. Чиллер с гидромодулем без открытого бака, система чиллер–фанкойл, контур с пластинчатым теплообменником. У чиллера с открытым баком, сообщающимся с атмосферой, расширение принимает сам бак, и мембранный не нужен; обе схемы описаны в справочнике о гидромодуле чиллера.
• Длинная трасса и много потребителей. Встроенный расширительный бак гидромодуля рассчитан на ограниченный объём системы, который указывает производитель. Если воды больше, ставят дополнительный бак.
• Реконструкция. Добавили фанкойлы, удлинили трубы, поставили бак-аккумулятор — объём системы вырос, и старый расширительный бак может не справиться.

Формула

Сначала находят, на сколько расширится вода от рабочей температуры до температуры остановленного контура летом:

V_р = V × (ρ_t / ρ_max − 1)

V_р — объём расширения, л; V — объём воды в системе, л: чиллер, баки, трубы и теплообменники, его считают в расчёте объёма воды в трубе; ρ_t и ρ_max — плотность воды при рабочей температуре и при наибольшей температуре остановленного контура, кг/м³.

Объём мембранного бака:

V_б = (V_р + V_з) × (p_к + 1) / (p_к − p₀)

V_з — запас воды в баке на утечки и охлаждение, 0,5 % объёма системы, но не меньше 3 л; p₀ = H / 10 + 0,2 — давление подкачки воздуха в бак до заполнения, бар, где H — высота верхней точки системы над баком, м; p_к — конечное давление, бар: настройка клапана минус 0,5 бар для клапанов до 5 бар и 0,9 настройки для клапанов выше. Давления избыточные, единица в формуле переводит их в абсолютные. Систему заполняют до p₀ + 0,3 бар, а бак берут ближайший стандартный не меньше расчётного.

Пример расчёта

Чиллер 50 кВт, вода 7 °C, в системе 1000 л воды, летом остановленный контур прогревается до 35 °C, верхняя точка на 5 м выше бака, предохранительный клапан на 3 бар.

1. Плотность воды: 999,90 кг/м³ при 7 °C и 994,03 кг/м³ при 35 °C.
2. Расширение: V_р = 1000 × (999,90 / 994,03 − 1) = 5,9 л.
3. Запас воды: V_з = 0,005 × 1000 = 5 л.
4. Давление подкачки: p₀ = 5 / 10 + 0,2 = 0,7 бар; конечное давление p_к = 3 − 0,5 = 2,5 бар.
5. Объём бака: V_б = (5,9 + 5) × (2,5 + 1) / (2,5 − 0,7) = 10,9 × 3,5 / 1,8 = 21,2 л.
6. Ближайший стандартный бак — 24 л, подкачка 0,7 бар, систему заполняют до 1,0 бар.

С клапаном на 6 бар та же система обойдётся баком на 14,8 л по расчёту, то есть 18 л. Объём бака-аккумулятора, который входит в объём системы, считают в расчёте объёма бака-аккумулятора.

Типовые ошибки

• Берут объём только чиллера. В систему входят баки, трубы и теплообменники: метр трубы DN 50 вмещает около 2,2 л, и 100 м подачи и обратки добавляют 220 л.
• Считают по рабочей температуре. Между 7 и 12 °C вода почти не расширяется, но летом при остановке контур нагревается до температуры помещения. Давление растёт, клапан сбрасывает воду, а после пуска давление падает, и чиллер останавливается по протоку — этот случай есть в справочнике о неисправностях чиллера.
• Не проверяют подкачку. Бак приходит с заводским давлением, которое может не совпасть с нужным. Если подкачка выше давления в системе, мембрана прижата и бак не принимает воду; её проверяют манометром до заполнения — это пункт регламента из справочника об обслуживании чиллера.
• Считают гликоль по водяной формуле. Раствор расширяется сильнее воды, а контур на улице работает от зимнего минимума до летнего максимума, и бак выходит в разы больше. Для гликоля расчёт делают отдельно, по плотности раствора из справочника о свойствах гликолей.