Чиллер в жару: холодопроизводительность и ΔT конденсатора

В жару холодопроизводительность чиллера с воздушным конденсатором падает, а потребление электроэнергии растёт. Конденсатор отдаёт тепло воздуху за счёт разницы температур, поэтому чем жарче воздух, тем выше температура и давление конденсации, тем меньше холода приносит каждый килограмм хладагента и тем больше работы у компрессора. Поэтому холодопроизводительность проверяют при самой высокой летней температуре на площадке, а мощность выносного конденсатора пересчитывают по разнице температур ΔT.

Почему в жару чиллер даёт меньше холода

Конденсатор работает, только пока хладагент в нём горячее воздуха. Разницу между температурой конденсации и температурой воздуха на входе в конденсатор называют ΔT конденсатора, обычно она 10–15 °C:

t_к = t_в + ΔT

t_к — температура конденсации, °C; t_в — температура воздуха на входе в конденсатор, °C. При воздухе 35 °C и ΔT 15 °C хладагент конденсируется при 50 °C, при воздухе 45 °C — уже при 60 °C.

Чем выше температура конденсации, тем теплее жидкий хладагент перед терморегулирующим вентилем. После дросселирования большая его часть сразу превращается в пар и уже не забирает тепло у воды. Одновременно компрессор сжимает газ до большего давления: работы на тот же холод уходит больше, растут ток и температура нагнетания.

Что меняется в цикле

Ниже — расчёт идеального цикла на хладагенте R410A при кипении 2 °C и ΔT конденсатора 15 °C. Холодопроизводительность дана в процентах к режиму при воздухе 35 °C, последний столбец — сколько киловатт холода даёт киловатт электроэнергии компрессора. Цифры ориентировочные: реальный компрессор в жару теряет ещё и в подаче, поэтому падение у него обычно больше.

Давление конденсации — избыточное, как его показывает манометр; для других хладагентов оно есть в таблице давления хладагентов. Каждый градус жары сверх расчётного отнимает ориентировочно 1–1,5 % холодопроизводительности и около 3 % эффективности. Если давление дойдёт до настройки реле, чиллер остановится по аварии высокого давления — этот случай разобран в справочнике об ошибке высокого давления.

Мощность конденсатора при изменении ΔT

Тепло, которое отводит конденсатор, пропорционально разнице температур: Q = k × F × ΔT, где k — коэффициент теплопередачи, F — площадь теплообменника. При той же площади и том же расходе воздуха мощность пересчитывают пропорционально:

Q₂ = Q₁ × ΔT₂ / ΔT₁

Q₁ — мощность конденсатора по каталогу, кВт, при ΔT₁; Q₂ — мощность при нужной разнице ΔT₂, °C. В каталогах выносных конденсаторов мощность чаще всего дают при ΔT 15 °C, а ΔT считают как разницу между температурой конденсации и воздухом на входе.

Пример. Чиллер 50 кВт с компрессорами 15 кВт должен отвести через выносной конденсатор 65 кВт. Площадка жаркая: воздух 35 °C, а конденсация должна остаться не выше 45 °C, то есть ΔT₂ = 10 °C. Конденсатор на 80 кВт при ΔT 15 °C отведёт только 80 × 10 / 15 = 53,3 кВт — мало. По каталогу нужен конденсатор не меньше 65 × 15 / 10 = 97,5 кВт при ΔT 15 °C.

Пересчёт линейный только приблизительно: при большой разнице режимов меняются свойства хладагента и доля поверхности, которая уходит на охлаждение горячего газа и переохлаждение жидкости, поэтому окончательно конденсатор подбирает производитель. Как устроены исполнения конденсатора, описано в справочнике о воздушном и водяном охлаждении конденсатора.

Какую температуру воздуха брать

• Максимальную, а не среднюю. Чиллер должен держать воду в самый жаркий день, поэтому берут наибольшую летнюю температуру на площадке, а не среднюю за июль.
• На входе в конденсатор. Нагретая крыша, солнечная стена, соседние конденсаторы и вентиляционные выбросы поднимают температуру воздуха у чиллера на несколько градусов выше той, что в метеосводке.
• В помещении — температуру помещения. Моноблок в цеху или выносной конденсатор под навесом получают воздух, нагретый оборудованием.
• Зимой — наоборот. Холодный воздух снижает давление конденсации слишком сильно, и вентиляторы регулируют, чтобы чиллер устойчиво работал, — что ещё входит в зимний комплект, разобрано в справочнике о чиллере зимой. Тот же холодный воздух можно использовать для фрикулинга.

Что из этого следует для подбора

• Нагрузку считают по процессу с запасом 10–20 % — в задаче для своего оборудования или в расчёте мощности по расходу и температурам.
• Холодопроизводительность чиллера проверяют при максимальной температуре воздуха на площадке, а не при стандартных 35 °C, если летом бывает жарче. Если работающий чиллер летом не держит температуру, порядок проверки — в справочнике о том, почему чиллер не охлаждает воду.
• Выносной конденсатор пересчитывают по ΔT от каталожного режима к реальному: на тепло конденсатора, то есть холодопроизводительность плюс мощность компрессоров.
• Место установки выбирают с притоком холодного воздуха и без подсоса собственного выброса: каждый лишний градус на входе конденсатора — это потерянная холодопроизводительность.