Замена воды на гликоль в чиллере: расчёт потери холода

Замена воды на гликоль в чиллере снижает холодопроизводительность на 2–8 % при тех же температурах: раствор хуже отдаёт тепло в испарителе, а если заодно понижают температуру на выходе, добавляется ещё по 3 % на каждый градус. Расход при том же перепаде растёт на 6–14 %, потери давления — на 10–60 %. Калькулятор считает, какой номинал по воде должен быть у чиллера, чтобы он дал нужный холод на выбранном растворе, и как изменятся расход и напор насоса.

Расчёт чиллера при замене воды на гликоль

Нужный холод на гликоле, кВт Раствор Пропиленгликоль 10 % — до −3 °C Пропиленгликоль 20 % — до −7 °C Пропиленгликоль 30 % — до −13 °C Пропиленгликоль 40 % — до −21 °C Этиленгликоль 10 % — до −4 °C Этиленгликоль 20 % — до −8 °C Этиленгликоль 30 % — до −15 °C Этиленгликоль 40 % — до −24 °C

Вода сейчас, °C Гликоль на выходе, °C

Перепад на испарителе, °C Выносной конденсатор

Чиллер на гликоле подбирают по характеристикам на растворе: подбор индивидуальный.

Номинал чиллера по воде

105,3

кВт

Потеря холода

5,0 %

Расход, м³/ч

17,2 → 18,2

Напор насоса

+35 %

Запросить подбор на 105,3 кВт

Письмо производителю xiron.ru с параметрами расчёта

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

Что охлаждаете, сколько и при какой температуре Посчитать и подобрать

Когда нужен этот расчёт

• Чиллер выносят на улицу. Контур с водой зимой замерзает, его переводят на гликоль — и тот же чиллер даёт меньше холода. Расчёт показывает, хватит ли запаса или нужна машина крупнее.
• Нужна температура ниже +5 °C. Вода в испарителе замерзает, переходят на раствор; к потере от гликоля добавляется потеря от более низкой температуры кипения.
• Подбор по каталогу на воде. В каталогах холодопроизводительность дана для воды 7/12 °C; для гликоля её пересчитывают, иначе машина окажется на 5–15 % меньше нужной.
• Насос и трубы уже есть. Перед переводом проверяют, пропустит ли контур больший расход и даст ли насос напор с поправкой на вязкость.

Почему на гликоле холода меньше

Три причины, и они складываются. Первая — теплоотдача: раствор вязче воды и хуже проводит тепло, поэтому в том же испарителе при том же расходе коэффициент теплопередачи ниже, и хладагенту приходится кипеть на 1–2 °C холоднее, чтобы отвести то же тепло. Каждый градус кипения — около 3 % холода у компрессора. Вторая — теплоёмкость: кубометр раствора переносит меньше тепла, и при том же расходе перепад температур больше, а средняя температура в испарителе ниже. Третья — рабочая температура: если гликоль нужен ради температуры ниже нуля, кипение опускается вместе с ней, и это уже не проценты, а десятки процентов — как это считать, показано в справочнике о низкотемпературном гликолевом чиллере.

Поэтому в каталогах у одной и той же машины две холодопроизводительности: на воде и на растворе, обычно меньше на 3–8 % при одинаковых температурах. Свойства растворов — плотность, теплоёмкость, вязкость, температура замерзания — собраны в справочнике о свойствах гликолей.

Формула

Q_г = Q_в × k_г × (1 + 0,03 × (t_г − t_в))

Q_ном = Q_нужн / (k_г × (1 + 0,03 × (t_г − t_в)))

G = Q / (c × Δt)

• Q_в, Q_г — холодопроизводительность чиллера на воде и на растворе, кВт; Q_ном — номинал по воде, при котором машина даст нужный холод Q_нужн на растворе.
• k_г — отношение холода на растворе к холоду на воде при одинаковых температурах на выходе и одинаковом перепаде, для паяного пластинчатого испарителя (таблица ниже, ориентировочно).
• t_в, t_г — температура на выходе из чиллера сейчас (вода) и после перевода (раствор), °C; 0,03 — изменение холода на градус, как во всех расчётах сайта.
• G — расход, м³/ч; c — теплоёмкость кубометра, кВт·ч/(м³·°C): вода 1,163, растворы — в таблице; Δt — перепад на испарителе, °C.

Этиленгликоль (ЭГ) теряет меньше, чем пропиленгликоль (ПГ): он менее вязкий. Но ЭГ ядовит, и там, где раствор может попасть в продукт или воду, берут ПГ. Концентрацию выбирают по минимальной температуре с запасом 10 °C до замерзания — в расчёте концентрации гликоля; калькулятор не даёт выбрать раствор, который замерзает ближе 10 °C к заданной температуре.

Пример расчёта

Чиллер охлаждает оборудование водой 7/12 °C, нагрузка 100 кВт. Машину выносят на улицу и переводят контур на пропиленгликоль 30 %, температура на выходе остаётся 7 °C.

1. Поправка на раствор: k_г = 0,95; поправка на температуру: 1 + 0,03 × (7 − 7) = 1.
2. Потеря холода: (1 − 0,95 × 1) × 100 = 5,0 %. Чиллер 100 кВт по воде даст на растворе 95 кВт.
3. Нужный номинал по воде: 100 / 0,95 = 105,26, округлённо 105,3 кВт.
4. Расход при Δt 5 °C: вода 100 / (1,163 × 5) = 17,2 м³/ч; гликоль 100 / (1,10 × 5) = 18,2 м³/ч.
5. Потери давления при том же расходе: +35 %; с учётом большего расхода напор насоса проверяют по его характеристике.

Если бы на выходе требовалось −5 °C на том же растворе, добавилась бы поправка 1 + 0,03 × (−5 − 7) = 0,64: номинал по воде 100 / (0,95 × 0,64) = 164,5 кВт — и это уже чиллер другого класса. Запас, который ставят поверх номинала, остаётся обычным, 10–20 %. Насос для нового расхода и напора считают в расчёте насоса для чиллера; что ещё меняется при переводе контура, рассказано в справочнике о воде и гликоле для чиллера.

Типовые ошибки

• Залить гликоль в контур водяного чиллера «как есть». Машина, подобранная по воде впритык, на растворе теряет 5 % холода и 6 % расхода, срабатывает реле протока или не держится температура. Перед переводом считают номинал и проверяют насос.
• Считать потерю только по теплоёмкости. Меньшая теплоёмкость компенсируется расходом, а холод у машины уходит из-за теплоотдачи и кипения — это k_г, а не отношение теплоёмкостей.
• Брать раствор крепче, чем нужно. ПГ 40 % вместо 30 % ради «запаса» — минус ещё 3 % холода и плюс 25 % потерь давления. Концентрацию берут по температуре замерзания с запасом 10 °C, не больше.
• Забыть про температуру кипения. При переходе с воды 7 °C на гликоль −5 °C думают только о растворе (−5 %), а теряют ещё 36 % из-за температуры. Номинал по воде нужен в полтора раза больше, и чиллер должен быть рассчитан на такое кипение — подбор по характеристикам и опросному листу идёт по раствору и температуре, а не по воде.