Расчёт холодоснабжения предприятия: на 1000 кВт при 7/12 °C нужно 172 м³/ч воды

Расчёт холодоснабжения начинается с нагрузки по каждому потребителю и заканчивается цифрами, по которым заказывают оборудование: расход воды, тепло на градирне, напор насосов, объём баков, электрическая мощность для технических условий. Основа — одна формула: расход, м³/ч = холод, кВт / (1,163 × перепад температур, К). На 1000 кВт при графике 7/12 °C это 172 м³/ч. Ошибаются обычно не в арифметике, а в исходных данных: сумма паспортов вместо реальной нагрузки, запас, добавленный трижды, градирня, подобранная «по холоду». Такие расчёты мы делаем в нашем проектном центре до подбора машин и проверяем после того, как придут листы данных производителя.

Из каких шагов состоит расчёт?

Семь шагов, и каждый берёт результат предыдущего.

Как этот расчёт ложится в этапы проекта и сколько он длится, мы разобрали в статье «Проектирование системы холодоснабжения».

Как посчитать холодильную нагрузку?

По каждому потребителю отдельно, а не одной суммой. Если расход и температуры известны, нагрузку считают по воде: Q = 1,163 × G × Δt. Пример: 20 м³/ч воды остывают с 17 до 12 °C, это 1,163 × 20 × 5 = 116 кВт.

Если расхода ещё нет, берут паспортные тепловыделения оборудования и умножают на коэффициент одновременности. Обычно это 60–80 % суммы паспортов. Без коэффициента машина выходит почти вдвое больше нужной.

Пик задаёт размер машин, а провал нагрузки — их число и буферный бак. Поэтому у технолога просим:

• суточный график в жаркий, межсезонный и зимний день, отдельно ночь и выходные;
• набросы: пуск печи или пресса, сколько киловатт и за какое время;
• допустимое отклонение температуры подачи.

Запас 10–15 % закладывают один раз и под понятные причины: загрязнение теплообменников, расширение производства, предельная жара. Если технолог уже добавил 15 %, проектировщик ещё 10 %, а модель округлили вверх, машина выйдет на треть больше нужной. Как от нагрузки перейти к мощности самого чиллера и резерву N+1, подробно пишет гендиректор Максим Краснов в статье «Мощность чиллера: как рассчитать и не переплатить».

Какой расход воды получится и какие нужны трубы?

Расход зависит от мощности и от перепада между подачей и обраткой.

Расход воды, м³/ч.

Перепад 7 К вместо 5 К снижает расход на 28 %. На 1000 кВт это магистраль Ду150 вместо Ду200 и насос на типоразмер меньше. Но если ради перепада опускают температуру подачи, машина теряет часть эффективности, поэтому сравнивают сумму «машина плюс насосы».

Перепад должны выдержать и потребители. Если воздухоохладители рассчитаны на 5 К, а станция на 7 К, вода возвращается холоднее расчётной, машины недогружены, а насосы гонят лишний расход. Инженеры называют это синдромом низкого перепада.

Сколько тепла уйдёт на градирню или драйкулер?

Больше, чем холода: у чиллера водяного охлаждения в 1,16 раза, у абсорбционной машины в 1,8–2,3 раза. Конденсатор отдаёт наружу холод объекта плюс работу компрессора, а абсорбционная машина — ещё и тепло, на котором она работает. У чиллера воздушного охлаждения это тепло уходит через его собственный конденсатор.

Градирня, подобранная по холоду, а не по теплу конденсатора, у водяного чиллера не снимет 14 % тепла. У абсорбционной машины тепла в 1,8–2,3 раза больше, чем холода, и такая градирня окажется меньше нужной почти вдвое.

Цифры для абсорбционных машин взяты с наших объектов:

• Солодовенный завод «Курский солод». Две паровые АБХМ Thermax на 1500 и 2500 кВт дают воду 8 → 3 °C. Четыре градирни NCT VR вместе рассчитаны на 7,26 МВт и 1367 м³/ч, вода 31,6 → 27 °C.
• Завод чипсов и сухариков в Московской области. АБХМ на 1000 кВт работает на горячей воде из утилизатора тепла печи для обжарки. Градирня NCT VR3 рассчитана на 2294 кВт и 365 м³/ч.
• Сыродельный завод «Сыры Кубани». АБХМ на 3500 кВт даёт ледяную воду 12 → 2 °C. Две градирни NCT VR4 вместе снимают 8,14 МВт при расходе 973 м³/ч.

Это лишь несколько примеров. Многие другие наши проекты — в разделе «Проекты».

Все три объекта пищевые; такие же хладоцентры работают на химических, металлургических и многих других заводах. Отраслевые схемы собраны на странице «Пищевые производства».

Если воды на подпитку нет, тепло конденсатора сбрасывают в драйкулер: подпитка ему не нужна, ни трубы к нему, ни платы за воду. Драйкулер подбирают на сухой термометр летом, градирню — на мокрый.

Как гликоль меняет расчёт?

Меняет три цифры: мощность машины падает, расход растёт, потери давления растут. Гликоль ставят, когда контур выходит на улицу, работает драйкулер или вода на выходе холоднее 5 °C. У раствора меньше теплоёмкость и выше вязкость.

По данным производителей чиллеров, при 7 °C на выходе.

На контуре 1000 кВт с перепадом 5 К вода требует 172 м³/ч, раствор — около 186 м³/ч, на 8 % больше. Потери давления растут как квадрат расхода, и для пропиленгликоля 40 % выходят в 1,78 раза выше водяных. Испаритель, который на воде теряет 64 кПа, на таком растворе потеряет около 114 кПа. Насос подбирают на эту цифру.

Концентрацию берут минимально достаточную, а не «пятьдесят на всякий случай». 50 % вместо 40 % отнимает ещё 3 % мощности машины и добавляет насосу почти пятую часть напора.

Какой напор нужен насосам?

Напор равен сопротивлению самого нагруженного кольца замкнутого контура. Оно не обязательно самое длинное, поэтому проверяют два-три кандидата. Напор складывается из труб, местных сопротивлений, теплообменников, регулирующей арматуры и фильтров.

Пример из нашей методички: хладоцентр 1000 кВт, график 7/12 °C, магистраль Ду200 по 120 м в одну сторону, дальний потребитель — приточная установка на 20 м³/ч. Кольцо даёт 161 кПа, то есть насосная группа на 172 м³/ч и 16,4 м. Трубы с поворотами и тройниками — всего 44 кПа, около четверти. Остальное приходится на калорифер, клапаны и фильтры.

Два правила заменяют запас «на глаз»:

• Фильтр считают грязным. Насос должен дать расчётный расход в день перед чисткой, поэтому в кольцо ставят перепад на пороге чистки: 20 кПа вместо 10 у чистого.
• Регулирующий клапан — по авторитету. Перепад на открытом двухходовом клапане не меньше перепада на остальной части регулируемого участка.

Лишние 30 % напора тоже стоят денег. В том же примере насос на 21,3 м вместо 16,4 м прикрывают задвижкой, и она гасит около 1,7 кВт на каждом насосе. За 4000 часов работы на двух насосах это 13 600 кВт·ч в год впустую. Как устроены насосные станции и что влияет на их подбор, разбирают коллеги на nc-t.ru.

Нужен ли буферный бак и какой расширительный?

Буферный бак нужен, если машина на малой нагрузке пускается чаще, чем разрешает производитель: воды в контуре мало, она за минуту остывает до уставки, машина встаёт и снова пускается. Производители обычно допускают не больше 6 пусков компрессора в час. Считают только ту воду, которая на малой нагрузке реально возвращается к машине: в ветках с закрытыми двухходовыми клапанами вода стоит.

Пример: две машины по 500 кВт, наименьшая ступень станции 125 кВт, гистерезис регулятора 2 К. Эффективный объём первичного контура — около 1 м³, и без бака машина пускается около 13 раз в час. С баком на 2 м³ на обратке выходит 4,5 пуска в час. Старое правило «десять минут расхода» дало бы для той же станции 28,6 м³ — в десять раз больше расчёта.

Расширительный бак нужен всегда; его считают по всему объёму контура и по температуре, до которой контур прогреется на остановке, а не по графику 7/12 °C.

Одинаковые баки «по аналогии» у водяного и гликолевого контуров значат, что один из них посчитан неверно. Преднастройку, давление заполнения и уставку предохранительного клапана выносим на схему: заводская преднастройка почти никогда не совпадает с расчётной.

Какую электрическую мощность заложить в технические условия?

Сумму работающих машин в расчётной точке, насосов всех контуров и вентиляторов градирен или драйкулеров. Главная часть — компрессоры; на 1000 кВт холода они берут:

Если по ТУ разрешено 250 кВт, водяная машина проходит впритык, а воздушная не проходит вовсе. Когда мощности не хватает, а на заводе есть пар, горячая вода или тепло газопоршневых установок, считаем холод из этого тепла — так работают хладоцентры на всех трёх объектах выше. Подробнее — на странице «Утилизация тепла».

Что мы делаем по расчёту?

• Собираем исходные данные: нагрузку по потребителям, профиль, температуры, климат площадки по СП 131.13330, разрешённую мощность и требования к резерву.
• Считаем систему целиком: расход, гликоль, тепло на градирне, гидравлику колец, баки, электрическую нагрузку. Таблицу кольца прикладываем к заданию на насосную группу.
• Подбираем оборудование: машины и градирни — в программе подбора, расчёт сверяем с листами данных производителя. Чиллер считаем под ваше техзадание, без лишних киловатт.
• Проектируем, поставляем и монтируем хладоцентр под ключ. Расчёт, оборудование и монтаж — на одной компании.

Частые вопросы