Насосы для систем охлаждения

С чего начинают подбор насоса для системы охлаждения: перепад температур, а не мощность чиллера

Расход насоса системы охлаждения задаёт не киловаттная мощность холодильной машины, а перепад температур, на который спроектирован контур. Формула простая: G = 0,86 × Q / Δt, где расход в м³/ч, нагрузка в кВт, перепад в градусах. Коэффициент 0,86 — это пересчёт через теплоёмкость воды 4,187 кДж/(кг·К). СП 60.13330.2020 (п. 8.8) рекомендует принимать расчётный перепад холодной и оборотной воды в испарителе и конденсаторе в пределах 4–6 °C, а точное значение брать из технических условий на машину.

Разница между краями этого диапазона решает всё. Чиллер на 300 кВт при перепаде 5 °C требует 51,6 м³/ч, при 4 °C — уже 64,5 м³/ч, при 6 °C — только 43 м³/ч. Полтора раза по расходу, а значит другой типоразмер насоса, другие диаметры и другая цена монтажа. Поэтому первым в опроснике стоит Δt, а не марка чиллера.

К расчётной нагрузке добавляют потери: тот же пункт 8.8 ограничивает потери холода в оборудовании и трубопроводах семью процентами. Это верхняя граница, а не рекомендация закладывать запас: если проектные потери выходят больше, вопрос к изоляции, а не к насосу.

Напор — это сопротивление кольца, а не высота здания

В замкнутом контуре системы охлаждения столб жидкости в подающей линии уравновешен столбом в обратной, и поднимать воду на этаж насосу не нужно. Он преодолевает только гидравлическое сопротивление: испаритель холодильной машины, воздухоохладители приточных установок, фанкойлы, балансировочную и запорную арматуру, трубопроводы. Потери на аппаратах берут из их паспортов при расчётном расходе — суммировать «по опыту» здесь нельзя, разброс между теплообменниками одной мощности достигает нескольких метров.

Открытый контур градирни считают иначе. Там к сопротивлению добавляется геометрическая высота от уровня воды в поддоне до точки разбрызгивания, и насос всасывает из бассейна — появляется вопрос кавитационного запаса, которого в закрытом кольце нет.

Почему в системе охлаждения обычно два насоса, а не один

Испаритель холодильной машины рассчитан на постоянный расход. Когда нагрузка падает и термостатические клапаны у потребителей прикрываются, циркуляция через испаритель проседает, машина уходит в защиту по протоку и начинает частить пусками компрессора. СП 60.13330.2020 (п. 8.13) требует проектировать холодильную машину с буферным баком, который держит включение и выключение компрессора в пределах четырёх раз в час с учётом внутреннего объёма оборудования и трубопроводов.

Отсюда типовая схема: первичное кольцо «чиллер — буферный бак» с постоянной производительностью насоса и вторичное кольцо «бак — потребители», где расход меняется вслед за нагрузкой. В малых системах первичное кольцо закрывает готовая насосная группа заводской сборки, в больших его собирают из отдельных агрегатов с обвязкой по месту. Насос первичного кольца подбирают на расчётный расход испарителя и оставляют нерегулируемым, во вторичном ставят насос с частотным регулированием: там экономия от переменной циркуляции реальная, потому что мощность центробежного насоса меняется примерно как куб частоты вращения. Параметры обоих колец считают раздельно — общий расчёт «на всю систему» даёт насос, который не попадает в рабочую точку ни в одном из них.

Давление в закрытом контуре поддерживает расширительный бак, и его подключают до всасывающего патрубка. Точка неизменного давления должна быть на всасе: если бак подключить после насоса, тот при пуске срывает давление на входе и работает с кавитацией. В открытом контуре градирни вопрос острее — насос всасывает воду из поддона, и уровень над осью колеса должен покрывать требуемый кавитационный запас с учётом сопротивления всасывающей линии. Это единственное место в системе охлаждения, где ошибка в подпоре разрушает колесо за месяцы.

Гликоль меняет и расход, и материалы

Охлаждающая жидкость с антифризом — не «та же вода, только зимой». У 40-процентного по массе раствора этиленгликоля при 10 °C плотность 1057 кг/м³ и удельная теплоёмкость 3,621 кДж/(кг·К). Произведение этих величин — 3 827 кДж на кубометр и градус против 4 191 у воды при тех же 10 °C. При одинаковой нагрузке и одинаковом перепаде объёмный расход раствора выше на 9,5 %, и это первое, что забывают при переводе готового контура на антифриз.

Дальше вмешивается вязкость: у того же раствора при 10 °C она 3,89 мПа·с против 1,31 у воды, и чем ниже температура, тем сильнее расходятся эти цифры. Сопротивление трубопроводов растёт, гидравлический КПД насоса немного падает. Отдельная история — эластомеры. Механическое уплотнение FANCY FTD собрано с Viton, который в этиленгликоле работает штатно; обычный NBR разбухает и начинает подтекать за сезон.

Нормативная часть здесь жёстче, чем кажется. СП 60.13330.2020 (п. 8.2) для контуров, целиком или частично вынесенных за тёплый контур здания, рекомендует антифризы со сроком эксплуатации не менее 5 лет, а внутри тёплого контура требует подготовленную воду с ингибиторами коррозии и пенообразования — неподготовленная вода прямо не допускается. Пункт 8.6 запрещает подавать в фанкойлы и воздухоохладители жилых, общественных и административно-бытовых зданий антифризы 1–3 классов опасности по ГОСТ 12.1.007, делая исключение только для 3-го класса при соответствии санитарно-гигиеническим требованиям. Пункт 8.7 обязывает предусмотреть бак для слива объёмом не меньше максимального объёма раствора, сливаемого из части системы, и запрещает сливать отработанный антифриз в хозяйственно-бытовую или дождевую канализацию.

Отдельным пунктом идёт материал труб. СП 60.13330.2020 (п. 8.18) не допускает трубопроводы систем холодоснабжения с внутренней оцинковкой в контурах, заполненных незамерзающими растворами. Для насоса это не бумажное требование: всё, что отслоится от стенки, доедет до рабочего колеса и торцевого уплотнения.

Контур градирни в системе охлаждения: решает стойкость, а не напор

Оборотная вода в градирне испаряется и концентрируется — растёт жёсткость, накапливается взвесь от уноса и атмосферной пыли. Насос здесь работает круглосуточно и без пауз, поэтому определяющим становится ресурс подшипникового узла и стойкость проточной части, а не способность выдать пиковый напор. Практический вывод простой: в этой позиции берут четырёхполюсное исполнение на 1450 об/мин — FANCY FST4 тихоходный целиком, а в ряду FTD на 1450 об/мин сделан 51 типоразмер из 114, и все они лежат в диапазоне подачи 120–900 м³/ч.

Есть и санитарная сторона, о которой на страницах насосов обычно молчат. По данным Роспотребнадзора легионеллы активно размножаются в тёплой воде в диапазоне около 20–45 °C, то есть ровно в рабочем режиме оборотного контура; градирни и испарительные конденсаторы отнесены к потенциально опасным объектам, а микробиологический контроль по СанПиН 3.3686-21 для них проводится ежеквартально. Контур периодически обрабатывают дезинфицирующими средствами, разрушающими биоплёнку, и насос должен переносить эту обработку без последствий для колеса и уплотнения.

Какая компоновка насоса для системы охлаждения встанет в ваш узел

Гидравлика — половина выбора. Вторая половина решается тем, сколько места в холодильном центре и что уже проложено. Все пять серий ниже — центробежные; полный ряд с ценами и кривыми лежит в разделе циркуляционных насосов, а тяжёлые типоразмеры продублированы в промышленных.

Линейное исполнение выигрывает при реконструкции: FTD встаёт в готовую линию как арматура, без фундамента и разворота трубопровода — тот же довод работает в тепловых пунктах, где места нет вовсе. Моноблочный FST4 берут, когда контур большой и агрегат ставится на раму в холодильном центре: центровки он не требует по конструкции, и после ремонта её тоже не нужно повторять.

По нашим паспортным кривым максимальный КПД в ряду FTD достигает 83,9 %, в ряду FST4 — 86,7 %. Цифры относятся к оптимальной точке конкретных типоразмеров, и смысл их в другом: подобранный «с запасом» насос работает левее оптимума, где КПД на десяток процентов ниже, и переплата за мощность превращается в постоянную переплату за электроэнергию. Сравнение по одной паспортной цифре напора здесь бесполезно — эффективность решается положением рабочей точки на кривой, а не максимумом характеристики. СП 60.13330.2020 (п. 8.21) прямо требует проектировать системы холодоснабжения на оборудовании не ниже двух высших классов энергоэффективности.

Что чаще всего идёт не так

Первое — подбор по мощности холодильной машины без Δt: расход при этом берут «по аналогии с прошлой установкой», и он расходится с проектным. Второе — насос с мокрым ротором в контуре, который не промыли: FBT и FBG не имеют механического уплотнения, но их подшипники скольжения смазываются самим теплоносителем, и окалина после сварки убивает узел за недели. Третье — стандартное исполнение уплотнения в гликолевом кольце. Четвёртое — единственный насос там, где остановка контура означает остановку производства: нормативного требования резервировать циркуляционный насос холодоснабжения нет, решение принимают по заданию на проектирование, и цена простоя обычно перевешивает цену второго агрегата.

Если задача шире охлаждения — например, тот же насос обслуживает и технологический контур цеха, — посмотрите подборки для промышленных производств и систем отопления: часть серий пересекается, и один типоразмер закрывает оба контура.