Модульный чиллер: что это, резерв N+1 и подбор модулей

Модульный чиллер — это несколько одинаковых модулей, каждый из которых работает как самостоятельная холодильная машина со своими компрессорами, испарителем и конденсатором. Модули соединяют параллельно на общих коллекторах воды и управляют ими с одного контроллера. Холодопроизводительность складывается из модулей, а при остановке одного остальные продолжают охлаждать воду.

Как устроен модульный чиллер

• Модуль — законченный чиллер небольшой мощности. Модули одной системы одинаковые, поэтому запчасти и обслуживание у них общие.
• Коллекторы подачи и обратки соединяют модули параллельно: обратка расходится по модулям, охлаждённая вода собирается в общую подачу.
• Общий контроллер держит температуру воды в общей подаче, включает модули по очереди и выравнивает их наработку, чтобы один модуль не изнашивался быстрее других.
• Насосы стоят общие на всю систему или в каждом модуле — от этого зависит, как перекрывают модуль, который стоит.

Модульный чиллер с воздушным охлаждением ставят рядом с другими модулями на улице или на кровле, с водяным — в помещении. У воздушных модулей горячий воздух одного не должен попадать на конденсатор соседнего: иначе давление конденсации растёт и холодопроизводительность падает так же, как в жару. Расстояния между модулями и до стен берут из паспорта.

Чем отличается от одного большого чиллера

Один чиллер с двумя независимыми холодильными контурами тоже даёт резерв, но только половину мощности — об этом справочник о компрессорах чиллера. Модульная система при отказе теряет одну долю из нескольких, а с резервным модулем не теряет ничего.

Сколько модулей нужно

Сначала считают холодопроизводительность с запасом — так же, как для любого чиллера, по задаче для своего оборудования или в расчёте мощности по расходу и температурам. Затем делят её на модули:

n = ⌈Q / q⌉

n_р = n + 1

n — число рабочих модулей, округлённое вверх; Q — холодопроизводительность с запасом, кВт; q — холодопроизводительность одного модуля при расчётных температурах воды и воздуха, а не при номинальных из каталога, кВт; n_р — число модулей с резервом N+1.

1. Нагрузка с запасом 15 % — 200 кВт, модули по 70 кВт: n = ⌈200 / 70⌉ = ⌈2,86⌉ = 3 модуля, вместе 210 кВт.
2. С резервом N+1: n_р = 3 + 1 = 4 модуля, установлено 280 кВт. Если любой модуль остановится, три оставшихся дают 210 кВт и покрывают нагрузку.
3. Модули по 100 кВт дали бы 2 рабочих и 1 резервный, 300 кВт. Чем мельче модуль, тем меньше лишней мощности уходит в резерв.

Запас и резерв — разные вещи. Запас 10–20 % покрывает неточность расчёта и рост нагрузки, резерв N+1 — отказ модуля. Если остановка процесса допустима на время ремонта, резервный модуль не нужен. Если резерв нужен только на сезон или на время ремонта, вместо постоянного модуля берут мобильный чиллер.

Гидравлика модульной системы

Расход воды должен делиться между модулями поровну. Для этого коллекторы делают достаточного сечения, подключают модули по попутной схеме, когда путь воды через любой модуль одинаковой длины, или ставят балансировочные клапаны.

Модуль, который стоит, перекрывают отсечным клапаном. Иначе через него идёт тёплая обратка и смешивается с холодной водой: при четырёх модулях с равным расходом и одном стоящем подача 7 °C превращается в (3 × 7 + 12) / 4 = 8,25 °C. Так же считают в расчёте температуры смешения. Если насос стоит в каждом модуле, его останавливают вместе с модулем, а обратный клапан не даёт воде идти через модуль в обратную сторону.

Бак-аккумулятор и общий насос подбирают на всю систему: объём — в расчёте бака-аккумулятора, напор — в расчёте насоса для чиллера.

Что из этого следует для подбора

• Модульный чиллер нужен, если остановка процесса дорогая (например, у линейного ускорителя — задача о чиллере для линейного ускорителя и КТ), нагрузка растёт по этапам, сильно меняется в течение суток или года, или крупный чиллер не пройдёт в проём и на перекрытие.
• Один чиллер проще, если нагрузка стабильная, а резерв не нужен: меньше обвязки, клапанов и автоматики.
• Мощность модуля берут при тех же температурах воды и наружного воздуха, что и всей системы, а число модулей — с учётом резерва.
• Требование к резерву указывают в опросном листе вместе с остальными характеристиками — список в справочнике о подборе чиллера.