Как рассчитать гидромодуль?

Как известно в системе чиллер-фанкойл есть обязательный элемент, который называется гидромодуль. Он может быть расположен на одной раме вместе с чиллером или находиться отдельно и соединяться с чиллером трубопроводами. Взаимное расположение чиллера и гидромодуля никак не регламентируется. С одной стороны это выбор производителя, в какой комплектации выпускать чиллер. С другой стороны - это пожелание заказчика, который хочет приобрести совместную или раздельную    комплектацию чиллера и гидромодуля.

Комплектация гидромодуля может быть различная, но однозначно можно сказать, что чем она полнее, тем надежнее будет работа всей системы чиллер-фанкойл. Правильный расчет всех элементов гидромодуля также сказывается на работе всей системы.
Из чего исходить и как правильно рассчитать гидромодуль?

Для начала необходимо знать:
  • производительность чиллера;
  • на каком тепло/хладоносителе будет работать чиллер;
  • температуры наружного воздуха (для моноблочного чиллера с воздушным конденсатором);
  • температуры тепло/хладоносителя на входе и на выходе из чиллера;
  • планировку со схемой расположения трубопроводов гидравлического контура.

В состав гидромодуля обязательно должен входить насос, который обеспечивает необходимый расход и напор тепло/хладоносителя. Основными характеристиками для подбора насоса являются: производительность в м3/ч и перепад давления, который он создает. Производительность считается следующим образом:

V=Q0•3600/(c•ρ•Δt), м3/ч

где
V–объемная производительность насоса, м3/ч;
Q0 – максимальная производительность чиллера, кВт;
с - теплоемкость тепло/хладоносителя на котором планируется работа чиллера, кДж/(кг•К);
ρ – плотность тепло/хладоносителя на котором планируется работа чиллера, кг/м3;
Δt – разность температур между температурой тепло/хладоносителя, поступающего на испаритель и его температурой на выходе из испарителя. (обычно эта разница температур составляет от 4 до 6 оС).

Однако полученная объемная производительность не дает правильную картину для подбора насоса. Количество блоков, длина, гидравлической трассы, тип и диаметр трубопроводов, количество поворотов и углы поворотов гидравлических трубопроводов, перепад высот между чиллером и фанкойлами - все эти параметры создают сопротивление, которое насос должен преодолеть, чтобы обеспечить необходимую циркуляцию тепло/хладоносителя по всему гидравлическому контуру. Все значения таких сопротивлений являются справочными и расчетными величинами. После сложения всех сопротивлений их величина не должна превышать максимальный напор насоса, обеспечивающий в данной точке характеристики минимальный расход жидкости через испаритель чиллера.

К суммарному значению сопротивлений необходимо добавить значение сопротивления в испарителе, в пределах 0,2 ~ 0,6 бар, если гидромодуль расположен отдельно от чиллера, т.е. не известен его свободный напор.
Если все написанное выразить математически то:

∑P = ΔP1 + ΔP2 + ΔP3 + ΔP4, кПа

где
∑P – суммарное падение давлений во всем гидравлическом контуре, кПа;
ΔP1 – падение давления в теплообменнике испарителя чиллера, кПа;
ΔP2 – падение давления в грязевых фильтрах чиллера и насосной станции, кПа;
ΔP3 – падение давления в трубопроводах до самого удаленного потребителя, кПа;
ΔP4 – падение давления в теплообменнике и трехходовом клапане самого удаленного  потребителя, кПа.

Напор подобранного циркуляционного насоса должен быть, примерно, на 10% - 20% больше суммарного значения падений давления во всем гидравлическом контуре.

Из всех значений падений давлений самым сложным является расчет падения давлений в трубопроводах до самого удаленного потребителя. Это можно сделать, используя специальные программы, предназначенные именно для таких расчетов.

Если планируется заполнять гидравлический контур какой-либо незамерзающей жидкостью, которая имеет несколько другие свойства, в отличие от воды, то следует учитывать тот факт, что потери в теплообменниках будут больше примерно на 9%, и требуемый расход будет больше примерно на 8%. Поэтому, чтобы избежать снижения расхода незамерзающей жидкости, необходимо подбирать циркуляционный насос с запасом по расходу и напору.

Еще одним элементом гидромодуля, который должен быть рассчитан - объем аккумулирующего бака.  
Он должен выполнять сглаживание температурного перепада теплоносителя, выходящего из испарителя, с учетом того, что компрессор чиллера будет работать или не будет работать. Также аккумулирующий бак обеспечивает нормальную работу компрессоров чиллера, чем ограничивает количество включений компрессоров в час. Для спиральных компрессоров это количество должно быть не более 10 включений в час, а для винтовых - не более 6 включений в час. Так как температура воды в аккумулирующем баке достаточно низкая, то для исключения ее ненужного подогрева используется теплоизоляция бака снаружи.  

Объем аккумулирующего бака может быть рассчитан как разница между минимальным требуемым объемом контура и суммарным объемом теплообменника чиллера, трубопроводов, теплообменников потребителей.

Vа.б= Vк - ∑V, л.

где
Vа.б – объем аккумулирующего бака, л;
Vк – минимальный требуемый объем контура, л;
∑V - суммарный объем теплообменника чиллера, трубопроводов, теплообменников потребителей, л.

Минимальный необходимый объем жидкости в контуре чиллера должен обеспечивать работу компрессоров чиллера в течение 5-6 минут до набора установленной температуры плюс 7С на выходе. Его можно рассчитать по формуле:

Vк= Q•60•τ/(n•4,18•Δt), л.

где Q – холодопроизводительность чиллера, кВт;
τ – время между запуском и остановкой чиллера, мин.;
n – количество ступеней производительности;
Δt – дифференциал по температуре, оС.

Объем теплообменника испарителя и теплообменника потребителей холода можно узнать из документации производителей. Объем теплоносителя находящегося в трубах можно рассчитать по формуле: 

Vтр= π•L•d2/4, л.

где
L – длина трубы, дм;
d – внутренний диаметр трубы, дм.