В каталоге чиллер может иметь вполне определённую холодопроизводительность, расход воздуха через конденсатор и потребляемую мощность. Из-за этого иногда возникает ощущение, что для подбора достаточно знать требуемые киловатты и максимальную наружную температуру на объекте. Для чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора этого недостаточно.

Один и тот же агрегат при одинаковой температуре наружного воздуха может работать по-разному в Москве и на объекте, расположенном высоко в горах. Причина не в самом чиллере и не в качестве монтажа. С высотой меняются атмосферное давление и плотность воздуха, а ведь именно наружный воздух принимает тепло от конденсатора холодильной машины.

Чем выше находится объект, тем внимательнее нужно относиться к исходным данным для подбора. Особенно если чиллер должен работать летом при высокой температуре наружного воздуха, когда запас по конденсации и без того сокращается.

Почему высота объекта влияет на воздушный конденсатор чиллера

Воздушный конденсатор отводит в окружающую среду не только холодопроизводительность, полученную в испарителе. К этому теплу добавляется энергия, затраченная компрессором. Поэтому через конденсатор требуется отвести значительный тепловой поток, и способность воздушной стороны принять его непосредственно влияет на рабочий режим холодильного цикла.

Количество тепла, которое может унести воздушный поток, в упрощённом виде связано с массовым расходом воздуха:

Q = ṁ × cp × ΔT

Здесь принципиален именно массовый расход. Вентилятор перемещает определённый объём воздуха, но один кубический метр воздуха на разных высотах имеет разную массу.

С увеличением высоты атмосферное давление снижается, вслед за ним уменьшается плотность воздуха. Поэтому одинаковый объёмный расход через конденсатор уже не означает одинаковый массовый расход. Через теплообменник за единицу времени проходит меньшая масса воздуха, способная принять тепло от хладагента.

Именно в этом заключается одна из причин, по которой паспортные характеристики чиллера нельзя механически переносить на любой объект.

Что происходит с чиллером при снижении плотности воздуха

Допустим, два одинаковых чиллера работают при одинаковой наружной температуре. Один установлен относительно близко к уровню моря, второй – на значительной высоте. Вентиляторы обоих агрегатов вращаются с одинаковой скоростью, но условия на воздушной стороне конденсатора уже различаются.

У высокогорного объекта меньшая плотность воздуха изменяет работу системы «вентилятор – теплообменник». Фактический массовый расход воздуха через конденсатор и способность потока отводить тепло необходимо определять для конкретных высотных условий, а не только по номинальному объёмному расходу вентилятора.

Если отвод тепла ухудшается, холодильный контур должен приспосабливаться к новым условиям. Рабочая температура и давление конденсации могут увеличиваться, компрессору приходится работать при другом перепаде давлений, а фактическая холодопроизводительность способна отличаться от каталожного значения.

Причём автоматика при этом не обязательно выдаст аварию. Чиллер может продолжать штатно работать, но уже в другой рабочей точке.

Почему одинаковые +35 °C для двух объектов – не одинаковые условия

При подборе воздушного чиллера наружная расчётная температура действительно является одним из главных параметров. Но сама по себе она не описывает состояние воздуха полностью.

Если на двух объектах термометр показывает +35 °C, но один находится на небольшой высоте, а другой – высоко в горах, плотность воздуха будет различаться. Следовательно, будут различаться и условия теплоотдачи на конденсаторе.

Это особенно важно в жаркий период. При повышении наружной температуры уменьшается температурный напор между конденсирующимся хладагентом и наружным воздухом. Если одновременно снижена плотность воздуха, воздушная сторона конденсатора получает дополнительное ограничение.

Поэтому высокогорный объект нельзя рассчитывать как обычный объект с единственной поправкой на температуру наружного воздуха.

Как меняются параметры воздуха с высотой

Для понимания масштаба достаточно посмотреть на стандартную атмосферу. Значения ниже приведены ориентировочно: фактическая плотность зависит не только от высоты, но также от температуры и атмосферных условий.

Эту таблицу нельзя использовать как готовый коэффициент снижения холодопроизводительности. Если плотность воздуха уменьшилась на определённый процент, это не означает, что мощность чиллера снизится ровно на тот же процент. В холодильной машине одновременно меняются параметры конденсации, работа вентиляторов, компрессора и системы управления.

Именно поэтому корректирующий коэффициент должен определяться по расчётным данным конкретного производителя и конкретной модели чиллера.

Почему нельзя просто увеличить обороты вентиляторов

На первый взгляд решение кажется очевидным: если воздух стал менее плотным, нужно пропустить через конденсатор больший его объём. В некоторых системах регулирование вентиляторов действительно частично компенсирует изменение условий, но возможности такой компенсации ограничены.

Если вентиляторы уже приблизились к максимальной частоте вращения, дополнительного резерва практически нет. Кроме того, изменение скорости отражается на потребляемой мощности, шуме и рабочей точке вентилятора.

Есть и другой нюанс. Сам вентилятор также работает в воздухе с изменившейся плотностью. Поэтому нельзя считать, что увеличение управляющего сигнала автоматически обеспечит требуемый массовый расход и полностью восстановит характеристики конденсатора.

На практике нужно оценивать агрегат целиком: теплообменник, вентиляторы, холодильный контур и алгоритм регулирования давления конденсации.

Как высота отражается на компрессоре и энергопотреблении чиллера

Если конденсатору сложнее отводить тепло, последствия не заканчиваются на воздушной стороне. Изменение режима конденсации отражается на всём холодильном цикле.

При неблагоприятном сочетании высоты, наружной температуры и нагрузки компрессор может работать при более тяжёлых условиях, а энергетическая эффективность агрегата – снижаться. При этом пользователю может быть заметен только конечный результат: чиллер дольше работает на высокой ступени производительности или не обеспечивает ожидаемую температуру холодоносителя в пиковые часы.

Особенно важно проверить такие режимы для объектов, где оборудование подбирается практически без запаса. Чиллер, который уверенно закрывает расчётную нагрузку в одних климатических условиях, на высокогорном объекте может оказаться слишком близко к пределу своих возможностей.

Какие данные нужны для подбора чиллера на высоте

Высота над уровнем моря должна появляться в исходных данных ещё до выбора модели, а не после поставки оборудования. Для расчёта необходимо одновременно учитывать:

• высоту размещения объекта и расчётные параметры наружного воздуха;
• требуемую холодопроизводительность и температурный график холодоносителя;
• допустимые режимы конденсации конкретного агрегата;
• характеристики вентиляторов и воздушного конденсатора;
• режимы полной и частичной нагрузки;
• ограничения и высотные поправки производителя.

Отдельного внимания требуют объекты, где чиллер устанавливается ещё выше основной площадки – например, на кровле здания, расположенного в горной местности. Для оборудования важна фактическая отметка его размещения.

Почему паспортной холодопроизводительности недостаточно

Паспортная мощность всегда относится к определённым условиям испытаний или расчёта. Значение, указанное крупным шрифтом в каталоге, нельзя воспринимать как постоянную величину, которую чиллер выдаёт при любой температуре, высоте и температурном графике воды.

Поэтому сравнивать модели только по номинальным киловаттам неправильно даже для обычного объекта. Для высокогорного проекта риск ошибки становится ещё выше.

Например, требуемая нагрузка объекта составляет 500 кВт, а выбранная модель номинально обеспечивает немного больше. На бумаге запас присутствует. Но после пересчёта для фактической наружной температуры, высоты и требуемой температуры холодоносителя доступная производительность может измениться. Именно полученное значение, а не номинальная цифра из каталога, должно использоваться при проверке подбора.

Что происходит, если высоту не учли при проектировании

Ошибка часто обнаруживается не сразу. Весной или при умеренной летней температуре чиллер способен работать без заметных проблем, поскольку конденсатор располагает достаточным резервом.

Сложности проявляются ближе к расчётной точке: возрастает наружная температура, объект выходит на максимальную тепловую нагрузку, вентиляторы конденсатора приближаются к предельному режиму. Именно тогда выясняется, что агрегат не обеспечивает ожидаемую производительность.

После монтажа исправить такую ошибку значительно сложнее. Возможности зависят от конструкции конкретной системы: иногда помогает изменение режима эксплуатации, в других случаях требуется вмешательство в воздушную часть или увеличение установленной холодильной мощности. Поэтому высотную поправку намного дешевле учесть при подборе, чем компенсировать после запуска.

Подбор чиллера для высокогорного объекта должен начинаться с реальных условий

При проектировании систем холодоснабжения специалисты «ПромВентХолод» подбирают чиллеры с учётом условий конкретного объекта, а не только номинальной мощности оборудования. Для площадок на значительной высоте важно заранее передать производителю или использовать в программе подбора фактическую высоту, расчётную температуру наружного воздуха и температурный график системы.

В результате проектировщик получает характеристики агрегата для требуемой рабочей точки и может проверить, обеспечивает ли выбранный чиллер необходимую холодопроизводительность, а также какой запас остаётся в наиболее тяжёлом режиме.

Высота должна учитываться до выбора модели чиллера

Высота над уровнем моря – не второстепенная характеристика объекта. Для чиллера с воздушным охлаждением конденсатора она непосредственно связана с условиями отвода тепла.

Снижение плотности воздуха изменяет массовый расход через теплообменник и работу воздушной стороны конденсатора. В сочетании с высокой наружной температурой это может изменить давление конденсации, фактическую холодопроизводительность и энергетические показатели агрегата.

Поэтому чиллер для высокогорного объекта необходимо подбирать по реальной рабочей точке и данным производителя. Тогда оборудование будет рассчитано не на условные каталожные условия, а на ту высоту и климат, в которых ему действительно предстоит работать.