Гидравлический расчёт контура чиллера: порядок и пример

Гидравлический расчёт контура чиллера — это определение потерь давления на пути воды от насоса через магистраль, самую дальнюю ветку, потребитель и испаритель обратно к насосу; по этой сумме с запасом 10 % выбирают напор насоса. Для контура 150 кВт с магистралью 80 м и веткой 60 м потери складываются в 140 кПа, то есть 14,3 м, и насос берут на 15,8 м. Ниже порядок расчёта по участкам, удельные потери по диаметрам и пример с цифрами.

Порядок расчёта

1. Расход. Общий расход контура считают по холодопроизводительности и перепаду температур: G = Q / (1,163 × Δt), для 150 кВт и 5 °C — 25,8 м³/ч; как он делится между ветками, задаёт мощность потребителей.
2. Расчётное кольцо. Берут путь к самому дальнему или самому нагруженному потребителю: магистраль туда и обратно, ветка туда и обратно, сам потребитель, испаритель чиллера и арматура на этом пути. Остальные кольца короче и их потери гасит балансировка.
3. Диаметры. На каждом участке по его расходу выбирают диаметр так, чтобы скорость была 0,8–1,5 м/с в магистралях и 0,5–1,0 м/с в ветках; расчёт по формуле дан в расчёте диаметра трубопровода.
4. Потери на трение. Для каждого участка удельные потери R, Па/м, берут из таблицы по диаметру и скорости и умножают на длину: ΔP = R × L.
5. Местные сопротивления. Отводы, тройники, краны и фильтры считают по коэффициентам ζ или укрупнённо — 20–30 % от потерь на трение для разветвлённой сети и 10–15 % для простой.
6. Оборудование. Потери в потребителе и испарителе берут из их паспортов при расчётном расходе: фанкойл 10–30 кПа, пластинчатый теплообменник 20–50 кПа, испаритель чиллера 30–60 кПа.
7. Напор насоса. Сумму переводят в метры (1 м = 9,81 кПа) и добавляют 10 % запаса; с этим напором и расходом выбирают насос по задаче о подборе насоса для чиллера.

Удельные потери давления

Значения получены по формуле Дарси — Вейсбаха для шероховатости 0,2 мм (сталь после нескольких лет работы) и округлены до 10 Па/м; потери растут примерно пропорционально квадрату расхода, так что при расходе вдвое меньше табличного R падает вчетверо. Для полипропиленовых и пластиковых труб того же наружного диаметра внутренний диаметр меньше, а стенка глаже — потери сравнимы, но считать нужно по внутреннему диаметру. Для раствора гликоля потери выше: при 30 % пропиленгликоля и 0 °C — в 1,5–2 раза, это учитывают по справочнику о свойствах гликолей.

Формула

ΔP = R × L × (1 + k_м) + ΔP_потр + ΔP_исп

H = 1,1 × ΔP / 9,81

• ΔP — потери давления в расчётном кольце, кПа;
• R — удельные потери на трение, кПа/м (Па/м из таблицы делят на 1000);
• L — длина участка туда и обратно, м; сумма по всем участкам кольца;
• k_м — доля местных сопротивлений, 0,1–0,3;
• ΔP_потр, ΔP_исп — потери в потребителе и испарителе по паспортам, кПа;
• H — напор насоса с запасом 10 %, м.

Пример расчёта

Чиллер 150 кВт, вода 7/12 °C, магистраль DN80 длиной 40 м до коллектора цеха, от коллектора ветка DN50 длиной 30 м к дальнему теплообменнику с паспортными потерями 30 кПа, испаритель 40 кПа.

1. Расход: 150 / (1,163 × 5) = 25,8 м³/ч. На ветку дальнего потребителя 50 кВт идёт 8,6 м³/ч.
2. Магистраль DN80 при 25,8 м³/ч: скорость 1,4 м/с, R ≈ 340 Па/м; длина туда и обратно 80 м: 0,34 × 80 = 27,2 кПа.
3. Ветка DN50 при 8,6 м³/ч: скорость 1,2 м/с, R ≈ 450 Па/м; длина туда и обратно 60 м: 0,45 × 60 = 27 кПа.
4. Местные сопротивления 30 % от трения: 0,3 × (27,2 + 27) = 16,26 кПа, округлённо 16,3 кПа.
5. Оборудование: потребитель 30 кПа, испаритель 40 кПа.
6. Сумма: 27,2 + 27 + 16,26 + 30 + 40 = 140,46 кПа, округлённо 140,5 кПа, или 140,46 / 9,81 = 14,3 м.
7. Напор насоса с запасом: 1,1 × 140,46 / 9,81 = 15,75 м, округлённо 15,8 м при 25,8 м³/ч.

Если насос стоит в гидромодуле чиллера, его напор сверяют с этой цифрой: заводской насос рассчитан на 15–25 м и короткую трассу, и на длинной сети его не хватает; тогда внешний насос ставят за гидрострелкой, а что это даёт, разобрано в справочнике о гидрострелке для чиллера.

Типовые ошибки

• Длина в одну сторону. Вода проходит магистраль дважды, и потери на трение считают на удвоенную длину; ошибка занижает напор почти вдвое.
• Испаритель забыли. Его 30–60 кПа — четверть напора в коротком контуре; у чиллера со встроенным насосом он уже учтён, у внешнего насоса — нет.
• Сумма всех веток. Напор насоса берут по одному, самому длинному кольцу, а не складывают потери параллельных веток: они работают при одном перепаде давления.
• Напор «с запасом» вдвое. Переразмеренный насос гонит расход выше расчётного, греет воду на 1–2 кВт на каждые 10 м лишнего напора и шумит в клапанах; запас 10 % и балансировка по справочнику о балансировке контура чиллера.

Что из этого следует для подбора

• Насос выбирают по расходу и напору из расчёта, а не по мощности чиллера; расход и напор пишут в задании рядом с холодопроизводительностью.
• Объём контура, который получился из длин и диаметров, нужен для бака и расширительного бака — его считают в расчёте объёма воды в трубе, а давление заполнения — в расчёте расширительного бака.
• Схема контура с местами насоса, стрелки, фильтра и кранов, по которой считают местные сопротивления, собрана в справочнике о схеме обвязки чиллера.