Обвязка чиллера: схема контура, буферная емкость и насосная группа

Одна машина или три, на испарителе иней или лед, срабатывает реле протока. Расход не измерен, насосы и уставки неизвестны, схема подключения не показана. Так выглядит форумный пост 2014 года: три чиллера по 60 кВт на одной трубе, обмерзают все три; по описанию в посте регулирующей арматуры нет.

Главная цифра одна — расход: 3×60 кВт при ΔT 5 K дают 10,3 м³/ч на машину и 31 м³/ч на группу параллельно. Те же 31 м³/ч через три последовательные машины дали бы около 1,7 K на каждой и втрое больше номинального расхода.

Коротко

• Ключевые цифры: 10,3 м³/ч на 60 кВт при 5 K; окно расхода 5,2–15,6 м³/ч (ΔT 3,3–10 K). Три машины по 60 кВт последовательно при 12→7 °C в этом окне отдают процессу около 30–91 кВт, а не 180.
• Граница (наше инженерное разграничение, не норма): расход, сетку, воздух, уставки и очередность ступеней проверяет механик; заряд, перегрев и ТРВ — холодильщик.

Три первых замера, по порядку:

1. ΔP на испарителе каждой машины.
2. ΔT каждой машины.
3. Температура воды и код защиты в момент срабатывания.

Что в статье допущение, а что из руководств

• Из руководств и расчета НИУ ИТМО: окно ΔT, параллельная обвязка, перегородки в баке, пороги реле, прямые участки расходомера (каталог одного изготовителя).
• Допущение или оценка: ΔP испарителя 22–50 кПа; расход 7,5 м³/ч в примере условный. Верх окна по таблице одного изготовителя 15,1 м³/ч при допущении «типоразмер 060 = 60 кВт»; в статье везде 15,6.
• Наше инженерное объяснение, документа нет: разграничение механик / холодильщик, лед против инея, поток по перемычке, запрет обхода реле, принцип уставок, проток через остановленную машину без запорного клапана (гипотеза (г)). Числовых уставок и порядка ступеней для параллельной группы малых машин в найденных руководствах нет; СП и регламенты не проверялись.

Пять задач обвязки и узлы по ходу воды

1. Расход в окне: 5,2–15,6 м³/ч для 60 кВт (ΔT 3,3–10 K по руководствам); точное окно в руководстве машины.
2. Объем воды: хватает на паузу между пусками.
3. Защита испарителя: сетка и реле протока.
4. Отключение без слива: арматура на входе и выходе.
5. Развязка контуров: перемычка и бак.

М/Т — манометр и термометр, арм. — арматура.

№	Узел	Где	Что дает	Риск без него
1	Насос	подача на испаритель	расход в окне	расход ниже окна
2	Расширительный бак, предохранительный клапан	вход насоса	компенсация расширения, защита от перекрытия	сброс через клапан, подпитка постоянно
3	Подпитка	у расширительного бака	пополняет контур	падение давления, воздух
4, 10	Арматура	вход и выход	ремонт без слива	одна арматура на группу: ради ремонта одной машины останавливают все
5	Сетка	вход, до манометра	защита от мусора	ΔP растет, расход падает
6, 9	М/Т	до и после испарителя	ΔP и ΔT, разность с входом	расход и нагрузку не сверить
7	Испаритель	в машине	по его ΔP виден расход	расход вне окна: лед
8	Реле протока	выход, после испарителя	защита без воды; порог лопастного реле растет с DN (по таблице одного изготовителя: DN50 около 3,1 м³/ч, DN150 около 13,7; свое значение берите из паспорта реле)	лед без потока; в трубе DN150 не замкнется и при 10,3 м³/ч
11	Воздухоотводчик	верхняя точка	выпуск воздуха	пробки, кавитация
12	Дренаж	нижняя точка	слив на зиму	замерзание воды в контуре при зимнем простое
13	Байпас или перемычка	подача — обратка	держит расход при закрытых потребителях	машина встает по реле
14	Запорный клапан	на каждой машине группы	закрывается по команде машины	проток через стоящую машину
15	Регулирующий клапан	выход машины в группе	балансировка по ΔP	расход делится по сопротивлению
16	Буферный бак	возврат, до насоса	объем, развязка	частые пуски, аварии по низкой температуре воды при включенно-выключенной нагрузке

Национальные стандарты безопасности холодильных систем исключают вторичные теплообменные контуры из области применения, кроме требований к предохранительным устройствам и безопасности самой холодильной системы (в том числе о сбросе давления). Для проекта это значит: узлы, расход и схему водяного контура задают руководство изготовителя и расчет проектировщика, ГОСТ их не заменяет. Цикл — в статье о работе чиллера.

Схемы: каждая для своего условия

(а) 1 машина без гидромодуля, потребитель напрямую

обратка                       к потребителю
       |                            ^
       +--[2 расш. бак, клапан]     |
       +--[3 подпитка]          [10 арм.]
       |                            |
   [1 насос]                     [9 М/Т]
       |                            |
   [4 арм.]                     [8 реле]
       |                            |
   [5 сетка]                        |
       |                            |
    [6 М/Т]                         |
       |                            |
       +-----[7 испаритель]---------+
11 воздухоотводчик: верхняя точка, 12 дренаж: нижняя

Подходит: один потребитель, расход в окне. Не подходит: клапаны потребителя закрываются полностью (нужен байпас, 13) или потребителей несколько.

(б) 1 машина со встроенным гидромодулем

обратка                       к потребителю
       |                            ^
   [4 арм.]                         |
       |                        [10 арм.]
+------+----------------+           |
| ГИДРОМОДУЛЬ (пример)  |           |
| [16 бак] -> [1 насос] |        [9 М/Т]
+------+----------------+           |
       |                            |
   [5 сетка]                    [8 реле]
       |                            |
    [6 М/Т]                         |
       |                            |
       +-----[7 испаритель]---------+

Подходит: комплектация подтверждена письменно. Не подходит: перечня нет или потери трассы выше напора насоса.

(в) 2–4 машины параллельно, вторичный контур через перемычку и бак

         +-------------------[13 перемычка]--------------------+
         |                                                     |
обратка--+-[16 бак]-[1 насос]->+  К1                           |
                               +-[14]-[5]-[6]-[7]-[8]-[9]-[15]-+ машина 1
                               |                               |
                               +-[14]-[5]-[6]-[7]-[8]-[9]-[15]-+ машина 2
                               :                               :
                               : машины 3 и 4: такие же ряды   :
                                                               | К2
потребители <-[1 насос потр.]<---------------------------------+
в ряду: 14 запорный клапан, 5 сетка, 6 и 9 М/Т, 7 испаритель, 8 реле, 15 регулирующий клапан

Перемычка 13 подключена до бака. Подходит: 2–4 машины с общим контроллером. Не подходит: одна машина; расход вторичного больше первичного (см. буфер).

Расход через испаритель: окно, формула и три замера без разборки фланцев

G = Q / (1,163 · ΔT) для воды (G в м³/ч, Q в кВт, ΔT в K), обратно ΔT = Q / (1,163 · G).

ΔT, K	3,3	5	8	10
60 кВт, м³/ч	15,6	10,3	6,4	5,2

Паспортные 5 K (12→7 °C) это точка, а не свойство машины: низ окна 3,0–3,3 K, верх 8–10 K (об обслуживании, о подборе).

1. Манометр до и после испарителя при открытой арматуре, сверка с кривой изготовителя для тех же точек отбора: у одного изготовителя ΔP дана на клеммах агрегата вместе с внутренней обвязкой, у другого на штуцерах системной трубы вместе с арматурой и сеткой, у третьего на портах до и после теплообменника (ΔP на номинале для 60 кВт, по нашей оценке, 22–50 кПа). ΔP растет как G²: ошибка 10 % по ΔP дает около ±5 % по расходу.
2. ΔT при известной нагрузке по формуле: при 60 кВт и условном расходе 7,5 м³/ч (не замер) ΔT 6,9 K.
3. Накладной ультразвуковой расходомер: труба заполнена, прямые участки типично 10 D до и 5 D после по каталогу одного изготовителя расходомеров (больше после частично открытой арматуры и двойных колен); точные требования в паспорте вашего прибора.

Признак	Недопоток (ниже окна)	Перепоток (выше окна)
ΔT на полной нагрузке	выше верха окна (10 K по руководствам, у ряда машин 8–8,9 K)	ниже низа окна (3,3 K по руководствам, у ряда машин 3,0 K)
ΔP на испарителе	ниже номинала	выше номинала
Реле протока	срабатывает	не срабатывает
Лед	возможен	—
Насос	не вытягивает потери трассы	мощный насос без дросселирования
Перегрев пара на всасе	—	при полной нагрузке и ΔT ниже 3,3 K возможен недостаточный (по руководству одного изготовителя; проверяет холодильщик)

Гидромодуль чиллера: что в него входит и когда нужна внешняя насосная группа

Вариант	Что входит	Когда хватает	Расширительный бак и подпитка
Встроенный гидромодуль	не стандартизовано: у одного изготовителя насос, фильтр и предохранительный клапан, у другого «бак + насос» или «только насос»	рабочая точка его насоса дает расход машины с учетом потерь трассы (10,3 м³/ч для 60 кВт)	бак в модуле опция; если его нет, узлы 2 и 3 у входа насоса модуля
Внешняя насосная группа	насос, при необходимости бак, под потери трассы	нужна, если насоса в машине нет или его рабочая точка не дает расход в окне	узлы 2 и 3 у входа внешнего насоса

Как понять по карточке модели:

1. Найдите насос, напор, расход и бак: у КРИО-А и КРИО-АМ они заявлены.
2. У КРИО-М в поле «Насос» указан расход, есть датчик потока, бак опция; у КРИО-AL и КРИО-W только расход воды, насос и бак не видны.
3. Сетка, реле, предохранительный и расширительный бак в карточках не указаны, но «нет в карточке» не значит «нет в машине»: запросите письменный перечень.

Хватает ли насоса

1. Потери при 10,3 м³/ч: испаритель по кривой, сетка, арматура, трубы (при вдвое меньшем расходе вчетверо меньше, G²).
2. Наложите их на кривую насоса: пересечение — рабочая точка.
3. ΔP на штуцерах испарителя ниже значения по кривой для 10,3 м³/ч значит рабочую точку левее цели.

Буферная емкость чиллера: объем против частых пусков или развязка контуров

Бак делает две работы: объем между пусками и развязка контуров. Литры на кВт — в статье об охлаждении оборудования; для своей машины берите значение из руководства.

На фото: генератор ледяной воды КРИО-ЛВ-1000 — смотреть в каталоге

Как подключают бак (16). Проточный: весь расход идет через бак, внутри перегородки, заставляющие воду пройти вверх-вниз (так показано верное подключение в руководстве одного изготовителя); объем есть, контуры не разделены. Тупиковый (байпасный): бак на ответвлении одним патрубком, через него идет разность расходов (наше инженерное объяснение). Патрубки по диагонали допустимы только с внутренними перегородками; без них, как и вход и выход на одном уровне, руководство одного изготовителя считает неверным. Перегородки нужны проточному баку и всюду, где их требует руководство машины. Если расход вторичного контура больше первичного, часть возврата идет по перемычке (13) из обратки в подачу, вода у потребителей теплее (наше инженерное объяснение, в расчете ИТМО этого нет).

проточный:  обратка --> [16 бак] --> [1 насос] --> машины
тупиковый:  обратка --+-----------> [1 насос] --> машины
                      +--[16 бак]
вторичный > первичного:  подача <-- [13 перемычка] <-- обратка

Схема	Задача	Плюс	Минус	Условие
Проточный бак на возврате или на выходе машины	объем против пусков	стабилизирует температуру	не разделяет контуры	перегородки, не одна диагональ
Перемычка и отдельный бак	развязка и объем	разделяет контуры	два узла	перемычка близка к магистрали
Бак как разделитель	обе задачи сразу	одна емкость	теплая подача: +8–8,5 °C вместо +7 (расчет ИТМО, бак 1 м³)	не рекомендован (вывод авторов расчета ИТМО)

Несколько чиллеров на одной трубе: параллель, серия и что проверять, когда обмерзает

Параллель или серия: арифметика 3×60 кВт

Параметр	Параллельно	Последовательно, если пропустить те же 31 м³/ч
Расход	по 10,3 м³/ч, всего 31	31 м³/ч через каждую
ΔT машины	5 K	около 1,7 K
ΔP испарителя	номинал	примерно в 9 раз выше номинала

При ΔP 25–50 кПа на номинале (допущение) три испарителя дали бы 0,7–1,35 МПа: насос такой поток не даст. Это иллюстрация роста ΔP, а не причина обмерзания: при 31 м³/ч воды много, а лед дают нехватка воды, холодный вход и другие причины из раздела «Обмерзает или срабатывает реле протока». При расходе в окне 5,2–15,6 м³/ч и разности температур процесса 5 K (12→7 °C) цепочка отдает процессу 30–91 кВт, а не 180; чтобы отдать 180 кВт, ΔT процесса должна быть около 10 K.

Почему три машины на одной трубе без арматуры работают плохо: что проверить

Гипотеза, не диагноз	Признак на приборах	Замер: подтвердит или снимет
(а) Серия при расходе одной машины: 2-я и 3-я получают уже охлажденную воду. Расчет по формуле при 10,3 м³/ч, если бы каждая машина взяла полные 60 кВт: 12 → 7 → 2 → −3 °C. Для воды без гликоля это недостижимо, поэтому на деле 2-я и 3-я недогружены или уходят в защиту	у 2-й и 3-й вход ниже возврата, ΔT мала, ток компрессора низкий или защита по низкой температуре	температура входа, ΔT, ступень или ток каждой. Подтверждает: вход 2-й и 3-й холоднее входа 1-й (машины в серии), а ΔT и ток у них заметно ниже, чем у 1-й. Снимает: входы всех трех равны (параллель) или ΔT и ток у всех трех сопоставимы
(б) Серия, насос под одну машину: ΔP трех испарителей складывается втрое, расход падает (насколько, определит кривая насоса); если он упал ниже минимума, возможен лед	ΔP на испарителях ниже номинала; если расход ниже 5,2 м³/ч, то ΔT выше 10 K и реле срабатывает	ΔP каждого испарителя, расход по кривой. Подтверждает: ниже 5,2 м³/ч. Снимает: расход в окне
(в) Параллель без балансировки и регулирующей арматуры: расход делится по сопротивлению, одна недополучает	у недополучающей ΔP ниже, ΔT выше, у соседей наоборот	ΔP и ΔT каждой. Подтверждает: разброс совпадает с обмерзшей машиной. Снимает: ΔP у всех около номинала
(г) Проток через остановленную машину	ток и ступень нулевые, а ΔP на ней есть; у работающих ΔP ниже номинала, ΔT выше	закройте арматуру на остановленной и повторите замеры. Подтверждает: у работающих ΔP выросла, ΔT упала

Скажите соседу так: пока по каждой машине не записаны ΔP, ΔT и ток, это гипотезы, а не диагноз.

Что говорят изготовители [1]. Параллель: на каждой машине запорный клапан (14) по ее команде и регулирующий клапан (15), настроенный по ΔP на испарителе до номинального расхода по кривой; очередностью машин управляет общий контроллер (у одного изготовителя с выравниванием наработки). Расход через остальные при пуске и остановке машины не должен меняться быстрее 10 % номинального в минуту; на практике выдержать трудно, порядок согласуют с изготовителем. Серия описана для больших центральных установок (центробежные и винтовые): потери давления складываются, ΔT делят между машинами, уставку подачи держит нижняя по ходу машина. Для малых спиральных машин найдена одна схема с нерегулируемым насосом под управлением ведущей машины. Наша осторожная рекомендация (не требование изготовителей): без письменного подтверждения изготовителя серию для малых спиральных машин не применять.

Уставки и очередность (наше инженерное разграничение; числа — у изготовителя). Уставки ступеней разносят, иначе машины включаются и отключаются разом. Одна машина ведущая (включается первой, держит подачу), остальные ведомые включаются по нагрузке; ведущую периодически меняют (ротация), чтобы выровнять наработку.

Вопросы изготовителю письменно:

• Порядок включения и отключения ступеней и машин; как меняется ведущая.
• Уставки включения и отключения каждой ступени.
• Закрывается ли запорный клапан (14) при остановке машины и с какой задержкой; допускается ли серия для вашей модели.

Проверка, что 2-я и 3-я не работают вхолостую: при реальной нагрузке запишите ступень или ток компрессора и ΔT каждой. Если ступень или ток компрессора ненулевые, а ΔT при расходе в окне близка к нулю, нагрузка на воду не передается. Это наше инженерное правило, в руководствах такой формулировки нет; причину ищите по шагам таблицы ниже.

Обмерзает или срабатывает реле протока: порядок проверок

Без замеров диагноза нет. Гидравлические причины льда по руководствам: расход ниже минимума (забитая сетка, воздух, слабый насос, избыточное сопротивление сети), грязный теплообменник, малый объем воды при включенно-выключенной нагрузке, уставка 5 °C и ниже без гликоля. Низкая нагрузка на минимальной ступени — наша гипотеза. Лед и иней — разные явления:

Симптом	Где	Что значит	Кто проверяет
Лед	в испарителе, со стороны воды	поверхность холоднее 0 °C	механик
Иней	линия всасывания, компрессор	холодный пар или жидкость на входе компрессора; среди причин недопоток воды (по таблице неисправностей одного изготовителя он дает низкое давление всасывания; связь с инеем косвенная, прямого документа нет), а также слишком большой расход, малая нагрузка, резкие колебания нагрузки	холодильщик, после водяных замеров

Шаг	Что мерим	Что считаем нарушением	Кто делает
1	Шильдики, схема, жидкость, уставки, защита	нет схемы или шильдика; вода без гликоля при уставке 5 °C и ниже	механик
2	ΔP на испарителе каждой машины со ступенью или током	ΔP вне кривой изготовителя, расход вне окна из руководства машины (ориентир для 60 кВт по рамке 3,3–10 K: 5,2–15,6 м³/ч)	механик
3	ΔT каждой машины	вне окна ΔT из руководства машины; по рамке изготовителей это ниже 3,0–3,3 K или выше 8–10 K	механик
4	ΔP сетки до и после чистки	после чистки ΔP заметно падает	механик
5	Воздух и арматура	воздух в верхней точке, арматура прикрыта	механик
6	Реле протока: порог и диаметр	порог по паспорту выше расхода машины для вашего DN; реле обойдено перемычкой	механик
7	Мертвая зона, объем воды, число пусков	частые пуски при малой нагрузке	механик
8	Перегрев, заряд, ТРВ, осушитель	шаги 1–7 пройдены, причина не найдена	холодильщик

Передача холодильщику. Условие: шаги 1–7 пройдены, а лед или срабатывание остаются. Наше инженерное разграничение, не норма: расход, сетку, воздух, уставки и очередность ступеней проверяет механик; перегрев, заряд, ТРВ и осушитель отдают холодильщику вместе с записанными цифрами: шильдики, жидкость и уставка, ΔP и ΔT каждой машины, ступень или ток, ΔP сетки до и после чистки, DN и порог реле, температура воды и код защиты. Какая правка уберет обмерзание, до замеров сказать нельзя.

Дозаправка вслепую. Защита от замерзания похожа на нехватку заряда, но так же выглядят недопоток воды и грязный теплообменник. Лишний хладагент водяную причину не снимет. По руководству одного изготовителя избыток заряда поднимает давление нагнетания, потому что конденсатор заполняется хладагентом; рост тока двигателя наше инженерное следствие, его оценивает холодильщик. Дозаправку делают только после поиска причины и утечки. Граница: водяные цифры сначала, дальше холодильщик.

Типовые ошибки обвязки: проверка перед пуском

№	Ошибка	Чем кончается	Чем проверить
1	Нет арматуры (4, 10) на каждой машине	ради ремонта одной останавливают все	эскиз: арматура на входе и выходе каждой
2	Нет сетки (5)	мусор, ΔP растет, расход падает, лед	ΔP до и после чистки
3	Реле (8) не того DN или обойдено перемычкой	реле не замыкается или защита снята: лед без потока	DN и порог по паспорту реле; на клеммах нет перемычки
4	Нет воздухоотводчика (11) или дренажа (12)	пробки, кавитация; лед при зимнем простое	узлы вверху и внизу; выпуск воздуха при пуске
5	Нет запорного клапана (14) на выключенной машине	проток через стоящую машину, остальные недополучают	клапан закрывается по команде машины; ΔP на стоящей
6	Нет балансировки веток (15)	расход делится по сопротивлению: одна машина недополучает воду (риск льда), соседи получают больше; по руководству одного изготовителя разные ΔP затрудняют стабильную работу	ΔP на испарителе каждой при открытой арматуре
7	Бак (16) на диагонали без перегородок	струя идет напрямую, объем бака не работает, частые пуски	руководство машины: перегородки и схема бака
8	Насос (1) не проверен по рабочей точке	расход ниже окна, реле, лед	потери трассы на кривую насоса, ΔP испарителя
9	Не назначены подпитка (3) и заполнение контура	падение давления, воздух	в ТЗ строка «кто и чем»; манометр после заполнения
10	Нет М/Т (6, 9) на испарителе	расход и нагрузку не сверить	манометр и термометр на штуцерах до и после

Перед пуском: граница поставки, что отдать подрядчику и что сообщить нам для расчета

Узел	В чиллере	В гидромодуле	На монтажнике	Уточнить письменно
Бак	КРИО-А, АМ; КРИО-М опция	«бак + насос»	не указано (КРИО-AL, W)	объем, проточный ли
Насос	КРИО-А, АМ, М	да	не указано (КРИО-AL, W)	напор, кривая
Расширительный бак	не указан	опция	если нет слева	объем под контур
Сетка	не указана	бывает	если нет слева	комплект или аксессуар
Реле протока	КРИО-М: датчик потока	бывает	если нет слева	порог по DN
Предохранительный клапан	не указан	бывает	если нет слева	давление срабатывания
Арматура	не указана	бывает	да	кто поставляет
Подпитка, заполнение контура, изоляция	не указаны	не указаны	уточнить письменно; в расчете закладываем на монтажнике (наше допущение, не из руководств изготовителей)	кто и чем

«Гидромодуль» в разборе пяти ТКП означал разное: берите письменный перечень.

В ТЗ и КП впишите: комплектацию (машина, модуль, монтаж); номинальные расход и ΔP испарителя; жидкость и уставку; напор насоса и точку кривой.

На эскизе для подрядчика:

• все узлы по ходу воды, арматура и регулирующая арматура у каждой машины;
• реле протока нужного диаметра; обходить его перемычкой нельзя (наше инженерное правило);
• трубы и арматура по расчету потерь, решение на зиму;
• буфер с перегородками, если их требует руководство машины;
• предохранительное устройство на водяном контуре не выше PS вторичной стороны, если поток через теплообменник может быть перекрыт (по стандартам безопасности холодильных систем).

Что сообщить для расчета: число машин и шильдик каждой (модель, заводской номер, холодопроизводительность, хладагент, питание, токи); жидкость, уставку, ΔT процесса; насос и бак в машинах; эскиз трассы (DN, длины, перепад высот, объем контура); уставки, сработавшую защиту, замеры ΔP, ΔT.

Источники

[1] руководства изготовителей воздушных чиллеров по монтажу и проектированию, технические публикации по последовательному включению; [2] расчет НИУ ИТМО (CFD, без натурных замеров); [3] национальные стандарты безопасности холодильных систем; [4] карточки КРИО. Сверяйте с руководством своей машины.

Нужен расчет под вашу площадку: заявка на расчет, каталог, модульные чиллеры.