Как подобрать насос для системы холодоснабжения

0
932

Эффективная работа чиллера напрямую зависит от правильного распределения и циркуляции охлаждающей жидкости в системе. Существующее многообразие типов насосов дает возможность точного подбора устройства с необходимыми характеристиками, правильная работа которого продлит срок службы всей системы кондиционирования и снизит необходимость в ее обслуживании.

В данной статье рассмотрены основные схемы установки и необходимые параметры для выбора циркуляционного насоса.

Зачем нужен насос

Схема работы системы холодоснабжения требует постоянного обновления хладоносителя, для этих целей предназначена насосная группа (насос).

Циркуляционный насос создает напор и расход охлаждающей жидкости, обеспечивающие стабильную циркуляцию хладагента в системе. В процессе работы насос должен преодолевать потери давления с учетом трения в трубопроводах, теплообменниках, задвижках, перепада давления в регулирующих клапанах и остальных элементах системы.

Корректность подбора циркуляционного насоса напрямую влияет на производительность испарителей и эффективность работы всей системы холодоснабжения.

Рисунок 1. Общий вид схемы охлаждения помещений

Что нужно учесть при подборе насоса

Перед началом выбора насосов необходимо определить схему системы холодоснабжения и требования к резервированию устройств. Существуют две основные принципиальные схемы холодоснабжения — одноконтурная и двухконтурная.

В одноконтурной схеме охлаждающая жидкость перекачивается по трубопроводной системе одной насосной группой через испаритель к потребителям и возвращается обратно (Рисунок 2). Такую схему целесообразно применять при ограниченной площади, а также при малом объеме контура (чтобы избежать закупки и утилизации больших объемов гликоля).

Рисунок 2. Одноконтурная схема охлаждения помещений

В двухконтурной схеме во внешнем контуре рабочая жидкость перекачивается из испарителя в теплообменник. В нем происходит охлаждение рабочего вещества второго контура (Рисунок 3). Такую схему используют на объектах круглогодичной эксплуатации с применением во внешнем контуре «чиллер-теплообменник» незамерзающей жидкости, а во внутреннем контуре «теплообменник-потребитель» обычной воды.

Соответственно, в одноконтурной системе достаточно одной насосной станции, в двухконтурной необходимо две.

 

Рисунок 3. Двухконтурная схема охлаждения помещений

Количество насосов определяется необходимой производительностью и требованиями к резервированию для каждого из контуров. Чаще всего применяется следующая конфигурация:

  • один рабочий + один резервный – для зданий с обычной важностью (офисные помещения, жилые здания, кафе и рестораны)
  • две насосные станции, в каждой из которых помимо рабочих установлен один резервный насос – для зданий и помещений с высокими требованиями к отказоустойчивости (серверные помещения, объекты здравоохранения и т.д.)

В обоих случаях резервный насос — это такой же по производительности и по обвязке насос, как и рабочий.

Какой тип насоса выбрать

В системах холодоснабжения применяют насосы двух видов – динамические и объемные:

  • Насосы объемного типа применяются для перекачки жидкостей с высокой вязкостью и могут создавать высокое давление при низких расходах.
  • Центробежные насосы обеспечивают требуемую производительность, низкий уровень шума и низкие затраты на обслуживание благодаря простоте конструкции. В настоящее время наибольшее распространение получили динамические насосы центробежного типа.

Кроме того, следует определиться, будет ли это готовая насосная станция от производителя (см. рисунок 4) или она будет спроектирована самостоятельно (см. рисунок 5). В первом случае стоимость решения будет несколько выше, но в комплект войдут все необходимые вентили, датчики и автоматика.

Рисунок 4. Внешний вид готовой насосной станции с центробежными насосами
Рисунок 5. Внешний вид наборной (самостоятельно спроектированной) насосной станции

Исходные данные для выбора насоса

В соответствии с выбранной схемой охлаждения воздуха осуществляется подбор насоса с учетом необходимых параметров:

  • Требуемый расход,
  • Требуемый напор,
  • Рабочие температуры перекачиваемой жидкости,
  • Тип жидкости.

Требуемый расход

Расход жидкости определяется техническими характеристиками чиллера на расчетном режиме работы или в случае отсутствия таких данных рассчитывается по формуле:

\[ \frac{Q_{0}\cdot3600}{C\cdot\rho\cdot(t_{1}-t_{2})}, где \]

G — расход жидкости [м3/ч],

Q0 – холодопроизводительность чиллера [кВт],

С – теплоемкость жидкости [кДж/(кг‧0С)],

ρ – плотность жидкости [кг/м3],

t1 – температура жидкости на входе в чиллер [0С],

t2 – температура жидкости на выходе из чиллера [0С].

Требуемый напор

Для обеспечения циркуляции охлажденной воды в системе насос должен иметь напор, компенсирующий гидравлические потери во всех элементах системы (трение в трубопроводах, чиллере, фанкойле, теплообменнике, трубопроводной арматуре) определяемой по формуле:

\[ H=\sum\limits_{i=1}^n\Delta p=\Delta p_1+…+\Delta p_n, где \]

Н – напор жидкости [м],

р1..n – потери на участке системы.

Рабочие температуры и тип перекачиваемой жидкости

Используемые для системы охлаждения жидкости имеют различную плотность, вязкость и теплофизические свойства, которые необходимо учитывать при выборе насосов. Вязкость жидкостей увеличивается при снижении температуры, поэтому максимальная нагрузка на насос возникает при перекачке среды с минимальной температурой в системе. Обычно минимальную температуру жидкости приравнивают к температуре окружающей среды с учетом нахождения системы в остановленном состоянии.

Рисунок 6. Диаграмма зависимости вязкости от температуры гликоля

Конструкция насосов и применяемые материалы должны обеспечивать стабильную перекачку выбранной жидкости с требуемыми параметрами надежности. Особое внимание необходимо обратить на материал применяемых уплотнений в насосе.

Использование программ подбора

Сегодня каждый производитель выпускает программы подбора (см. рисунок 7). С их помощью можно не только подобрать насос, но и гораздо точнее узнать его реальные рабочие характеристики в рассматриваемой системе.

Рисунок 7. Общий вид программы для подбора насосов

Пример подбора

Расчет расхода теплоносителя

Рассчитаем расход теплоносителя на примере циркуляции воды

Исходные данные:

  • Холодопроизводительность чиллера: Q = 188 кВт,
  • Температура жидкости на входе в чиллер: Tвх = 120С,
  • Температура жидкости на выходе из чиллера: Твых = 70С.

Справочные величины:

  • Теплоемкость воды: с = 4,18 кДж/(кг‧0С),
  • Плотность воды: ρ = 1000 кг/м3.

 

Расход считаем по формуле:

\[ G=\frac{Q\cdot3600}{C\cdot\rho\cdot(T_{вх}-T_{вых})}=\frac{300\cdot3600}{4,18\cdot1000\cdot(12-7)}=32,3[м^3/ч] \]

Расход теплоносителя равен 32,3 м3/ч.

Расчет требуемого напора

Исходные данные:

  • Суммарное падение давления в чиллере: 3м,
  • Суммарное падение давления в фанкойлах: 4м,
  • Суммарное падение давления в элементах трубопроводной обвязки: 6м,
  • Суммарное падение давления в трубопроводах до самого отдаленного потребителя: 14м.

 

Требуемый напор определяем по формуле:

\[ H=\sum\limits_{i=1}^n\Delta p=3+4+6+14=27 м \]

Требуемый суммарный напор равен 27 м.

Подбор насоса по графикам

Два основных полученных значения напора и расхода, позволяет найти рабочую точку насоса. Для примера подбора насоса используем напорно-расходный график производителя Calpeda, на которой находим рабочую точку, находящуюся в рабочей зоне насоса серии NM 40/16.

Рисунок 8. График зависимости напора и расхода насосов Calpeda

Для точного подбора и выбора модели используем график насоса NM 40/16,

Рисунок 9. График зависимости напора, расхода, КПД и мощности двигателя в
моделях насосов NM 40/16Рисунок 9. График зависимости напора, расхода, КПД и мощности двигателя в
моделях насосов NM 40/16

Рабочая точка находится между характеристиками модели А и В, правильным выбором будет более производительная модель А обеспечивающая все необходимые требования по расходу и напору.

Выбор насоса в программе подбора

Многими программами подбора можно воспользоваться бесплатно на сайте производителей, такой выбор насосов учитывает дополнительные параметры, экономит время на поиск нужных данных и может в реальном времени показать стоимость устройств.

Рисунок 10. Общий вид результатов подбора насосов

Нельзя пренебрегать свойствами перекачиваемой среды. Обычно напорно-расходные графики производителей, указанные в каталогах, отражают характеристики насоса при перекачке воды.

Преимущество программ подбора в том, что существует возможность задать в исходные данные плотность жидкости и правильно спроецировать рабочую точку насоса. Учитывая данные преимущества программный подбор насоса более точный в сравнении графическим.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные вопросы, которые следует изучить при подборе насосов для систем холодоснабжения. Кроме того, приведена детальная методика и пример подбора насоса для реального объекта.

Схемы установки насоса, обвязка и подбор её элементов будут рассмотрены в следующей статье.

Ведущий инженер по насосному оборудованию
Голдобин Александр Сергеевич

Предыдущая статьяОграничения по длинам трасс в VRF-системах
Следующая статьяСосулька, упавшая с кондиционера, чуть не убила пожилого мужчину в Уфе

Решение года