Чиллер для охлаждения воды: замкнутая система и проток

Чиллер для охлаждения воды, или промышленный водоохладитель, — холодильная машина, которая охлаждает воду и подаёт её к оборудованию с заданной температурой, обычно от 5 до 15 °C. Чаще всего вода ходит по замкнутой системе: из чиллера к оборудованию и обратно. Реже её охлаждают на проток, когда она уходит в продукт или процесс и не возвращается. Холодопроизводительность в обоих случаях считают по расходу воды и по тому, на сколько градусов её нужно охладить.

Как работает чиллер для охлаждения воды

Вода проходит через испаритель чиллера и отдаёт тепло кипящему хладагенту, а хладагент уносит его в конденсатор и выбрасывает в наружный воздух. Насос гонит охлаждённую воду к потребителю, там она забирает тепло и возвращается теплее. Контроллер включает и отключает компрессоры так, чтобы вода на выходе держалась у заданной температуры. Цикл и устройство машины подробно разобраны в справочнике «Что такое чиллер».

Замкнутая система

В замкнутой системе одна и та же вода ходит по кругу и не соприкасается с воздухом. Так охлаждают пресс-формы, лазеры, станки, фанкойлы и большую часть промышленного оборудования.

• Бак-аккумулятор сглаживает скачки нагрузки и не даёт компрессору часто включаться; объём считают в расчёте бака-аккумулятора.
• Расширительный бак принимает воду, которая расширяется, когда остановленный контур нагревается, — в расчёте расширительного бака.
• Вода в контуре не испаряется и не загрязняется, поэтому её готовят один раз; требования — в справочнике о воде для чиллера.
• Гликоль заливают вместо воды, если контур проходит по улице или вода нужна холоднее 5 °C; концентрацию подбирают в расчёте концентрации гликоля.

Открытый контур, в котором вода сливается в открытую ванну или проходит через градирню и оттуда насосом идёт обратно, тоже встречается. Но вода в нём испаряется, собирает грязь и насыщается кислородом, поэтому его отделяют от чиллера промежуточным теплообменником — об этом справочник о теплообменниках чиллера.

Охлаждение воды на проток

На проток воду охлаждают, когда она уходит в продукт или процесс и обратно не возвращается: для замеса теста, для напитков, для ополаскивания. Через испаритель такую воду не пропускают: чиллер охлаждает свой замкнутый контур, а вода остывает в пластинчатом теплообменнике.

Чиллер на проток считают по пиковому расходу. Если вода нужна порциями, выгоднее накапливать её в баке холодной воды и охлаждать между разборами: тогда хватает чиллера в несколько раз меньше. Оба варианта посчитаны в задачах о воде для замеса теста на проток и с баком.

Воду чиллера берут примерно на 4 °C холоднее воды, которая нужна на выходе теплообменника. Если на выходе нужно холоднее 9 °C, контур чиллера получается холоднее 5 °C — это уже пропиленгликоль и индивидуальный подбор.

Сколько холода нужно

Q_в = 1,163 × G × (t₁ − t₂)

Q = Q_в × (1 + k / 100)

Q_в — тепло, которое нужно снять с воды, кВт; G — расход воды, м³/ч; t₁ — температура воды до охлаждения: обратка из оборудования или вода на входе в теплообменник, °C; t₂ — после охлаждения, °C; 1,163 — теплоёмкость кубометра воды, кВт·ч/(м³·°C); k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт.

1. Замкнутая система: оборудованию нужно 2 м³/ч воды 7 °C, обратно она приходит 12 °C. Q_в = 1,163 × 2 × (12 − 7) = 11,63 кВт; с запасом 15 % Q = 11,63 × 1,15 = 13,37, округлённо 13,4 кВт.
2. На проток: 1 м³/ч водопроводной воды 15 °C нужно охладить до 10 °C. Q_в = 1,163 × 1 × (15 − 10) = 5,815 кВт; с запасом 15 % Q = 5,815 × 1,15 = 6,69, округлённо 6,7 кВт.

Если расхода никто не мерил, его не угадывают по диаметру трубы: тепло считают по оборудованию, а расход получают из тепла и перепада температур.

Что из этого следует для подбора

• Температура воды на выходе. Серийные чиллеры дают воду от 5 до 15 °C. Холоднее — гликоль и индивидуальный подбор, как в справочнике о низкотемпературном чиллере; теплее, до 30 °C, — для масла и гидравлики, как в задаче о гидростанции, тоже индивидуально.
• Перепад и расход. Обычно вода в оборудовании нагревается на 5 °C. Чем меньше перепад, тем больше расход при той же нагрузке и тем мощнее насос — его считают в расчёте насоса для чиллера.
• Бак и насос. Для замкнутой системы их выбирают вместе с чиллером: встроенный гидромодуль или отдельная насосная станция — в справочнике о гидромодуле.
• Запас. К теплу добавляют 10–20 %, обычно 15 %; остальные характеристики для подбора собраны в справочнике о подборе чиллера.