Гидромодуль – что это?

Как известно, тепловая нагрузка не является стабильной величиной и может изменяться в зависимости от сезона или времени суток. В тех случаях, когда холодопроизводительность чиллера начинает значительно превышать существующую потребность, холодильный агрегат начинает работать в импульсном режиме – включаясь и выключаясь через короткие промежутки времени. Все это со временем может привести к износу и выходу из строя компрессора.

Для того чтобы этого избежать в систему монтируется накопительный бак. Его объем зависит от возможного количества теплоносителя в чиллере и предполагаемых тепловых нагрузок. Аккумулирующий бак помогает увеличить теплоемкость, а также объем теплоносителя, что, в итоге, приводит к увеличению интервалов между включением-выключением компрессора. Необходимое давление воды в трубопроводе обеспечивается циркуляционным насосом. Эффективность работы гидромодуля обеспечивается путем правильного расчета его емкости и количества насосов.

Немаловажным элементом чиллера также является запорная арматура, которая используется, в первую очередь, во время сервисного обслуживания системы, когда необходим, к примеру, выпуск воздуха или залив/слив теплоносителя.

Также каждый чиллер имеет систему управления и предохранители, отвечающие за бесперебойность рабочего процесса. Система управления контролирует режимы работы, для того чтобы в случае выявления неисправности или опасной ситуации, вовремя отключить систему.

Выбор и правильное размещение гидромодуля (насосной станции) в системах холодоснабжения

Гидромодуль (или насосная станция) системы холодоснабжения – это устройство для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости. Как правило, в составе таких устройств применяются циркуляционные насосы центробежного типа, один из которых рабочий, а второй резервный.

Основная цель данной статьи — рассказать читателю про особенности выбора типа и места расположения насосной станции на объекте в ходе проектирования системы холодоснабжения. При этом нужно ответить на три главных вопроса:

1. Какой гидромодуль выбрать, встроенный или внешний
2. Где установить насосы — до чиллера или после
3. Где установить насосы — в нижней точке системы или в верхней

Встроенный гидромодуль или внешний

В системах холодоснабжения применяется два вида насосных станций:

• Внешняя (подбирается и проектируется отдельно),
• Встроенная (как правило, входит в комплект поставки чиллера).

Внешний гидромодуль

Гидромодуль устанавливаемый отдельно от чиллера проектируется в составе системы холодоснабжения вместе с насосами, трубопроводами, запорной арматурой, расширительным баком, фильтрами, устройствами удаления воздуха, средствами автоматизации и энергообеспечения, что дает возможность индивидуального подбора компонентов, учитывая возможности и требования потребителя (рисунок 1).

Рисунок 1. Внешний гидромодуль на крыше здания

В отдельных случаях в качестве внешнего гидромодуля может использоваться заводская укомплектованная насосная станция со средствами автоматизации (рисунок 2), но купленная отдельно от чиллера.

Рисунок 2. Насосная станция в заводском блоке

К преимуществам внешней насосной станции относят:

1. Низкая стоимость. Самостоятельно подобранная станция всегда заметно дешевле готовых заводских изделий.
2. Гибкость подбора. Безусловно, встроенный гидромодуль тоже можно подобрать под заданные условия, но разнообразие их не так велико.

Среди недостатков выделяют следующие:

1. Необходимость подготовки отдельного помещения (помещения Насосной) или площадки для размещения всех элементов обвязки.
2. Увеличение времени монтажа и наладки оборудования (сборка, монтаж модуля на объекте, интеграция в систему автоматизации).

Встроенный гидромодуль

Встроенный гидромодуль изготавливается на производстве, поставляется в комплекте с чиллером и средствами автоматизации прошедшими заводские испытания, что исключает необходимость проектирования и позволяет уменьшить время монтажных работ, предотвращая скрытые затраты на пусконаладочные работы и эксплуатационное обслуживание.

В то же время встроенные гидромодули имеют ограниченную мощность, которая является препятствием в развитии системы холодоснабжения, одновременно с высокой стоимостью в отличие от внешнего гидромодуля.

Рисунок 3. Встроенный в чиллер гидромодуль

Где лучше установить насосы — до чиллера или после него

Место установки циркуляционных насосов выбирается при проектировании системы охлаждения воздуха. При этом часто возникает вопрос, где их лучше запроектировать — перед чиллером или после него. Рассмотрим обе ситуации.

Установка насоса перед чиллером

Размещение насосной станции перед чиллером обеспечивает избыточное давление на входе в испаритель и унос пузырьков воздуха из него. Также испаритель оказывается под защитой фильтра, установленного перед насосом. Благодаря ему в испаритель не попадает грязь и окалины из сети трубопроводов.

Отметим еще пару важных преимуществ:

1. Насос мало-мальски нагревает холодосноситель, и если он установлен после чиллера, то в фанкойлы или промежуточный теплообменник попадет слегка подогретый холодосноситель. Это снижает эффективность их работы, поэтому насосу лучше установить до чиллера.
2. С понижением температуры повышается вязкость жидкости, плюс температура теплого потока хладоносителя ближе к оптимальным параметрам работы насосы. Эти пункты также за то, чтобы насос был установлен перед чиллером.

Рисунок 4. Установка гидромодуля перед чиллером

Установка насоса после чиллера

При размещении насоса после чиллера в испарителе возникают условия (высокая температура и самое низкое давление в системе) для возникновения пузырьков воздуха в верхней части испарителя. Это отрицательно влияет на интенсивность теплообмена и приводит к закупорке каналов с последующим их размораживанием. Кроме того, снижение подпора жидкости на входе в насос может вызвать процесс кавитации.

Рисунок 5. Установка насосов после чиллера

Итак, установка насосов после чиллера не рекомендуется. Однако такую схему иногда применяют в высотных зданиях, для которых характерно высокое избыточное давление от столба жидкости.

Где лучше установить насосную группу — в верхней точке системы или в нижней

Строгих требований, где именно установить насосную группу, в подвале здания или на чердаке (техническом этаже) — нет. Но стоит учитывать следующие требования:

• Значение максимального и минимального подпора на входе в насос согласно заводской документации (обычно не менее 2 метров),
• Расположение насоса позволяет обеспечить свободный доступ для осмотра, технического обслуживания и ремонта,
• Температурный режим помещения с гидромодулем предотвращает замерзание жидкости в случае остановки системы с рабочей средой (круглогодично отапливаемое помещение),
• Давление и температура рабочей среды обеспечивает работу без кавитации,
• Поддержание низкого уровня шума в помещениях с постоянным пребыванием людей.

Необходимо отметить, что на место установки насосов могут повлиять дополнительные требования установленные нормативными документами. К примеру в СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003» указаны требования к отводу охлаждающей воды в систему канализации. Это означает необходимость проектирования дополнительных коммуникаций, которые может быть затруднительно сделать на верхних этажах.

И ещё один момент. Место установки насоса (в нижней или верхней точке) не влияет на расчет насоса. Иногда проектировщики стараются установить насосы в верхней точке, чтобы сэкономить на напоре насоса, то есть чтобы насос “не поднимал холодоноситель наверх”.

Эти рассуждения в корне не верны: давление для поднятия жидкости наверх нивелируется давлением при спуске жидкости вниз. Перепад между нижней и верхней точкой системы не влияет на напор насоса. В расчете учитывается только сопротивление труб и арматуры.

Обвязка насосов

Обвязка насосов определяется техническими требованиями к системе и, как правило, включает в себя:

• Циркуляционный насос – обеспечивает перекачку охлаждающей жидкости в контуре циркуляции (подробнее читайте в статье подбор насоса),
• Расширительный бак – компенсирует температурные изменения рабочей среды при увеличении или уменьшении объема жидкости,
• Обратный клапан – предотвращает обратный поток жидкости в системе,
• Затвор (краны, задвижки) – перекрывает поток жидкости в системе, дисковые затворы дополнительно выполняют функцию регулирования объема жидкости,
• Фильтр – предотвращает попадание загрязнений в элементы системы,
• Виброкомпенсатор – выполнят функцию снижения вибрации, шума и осевых смещений трубопроводов,
• Предохранительный клапан – защищает систему от превышения давления,
• Шкаф управления – запускает и останавливает насосы в ручном и автоматическом режиме, а также является средством коммутации электрических цепей.

Виды и порядок подбора элементов, входящих в обвязку насоса, будут рассмотрены в отдельной статье.

Заключение

Итак, при проектировании насосной станции проектировщик должен задать себе два основных вопроса: какой гидромодуль выбрать и где его установить. В рамках этой статьи мы рассмотрели преимущества и недостатки встроенных и внешних гидромодулей, а также различных мест установки — до чиллера или после; в нижней точке системы или в верхней.

Гидромодули чиллеров

Гидромодуль в системе кондиционирования — это один из элементов идравлической обвязки чиллера. Это вспомогательный модуль, предназначен он для централизованной системы обвязки, подающей теплоноситель от чиллера к фанкойлам или другим потребителям холода. Он создает напор теплоносителя для движения его от одного узла к другому. Подавая теплоноситель в чиллер, он забирает назад отработанную в цикле жидкость, и регулирует ее давление. Гидромодуль позволяет чиллеру экономить электроэнергию, оптимизируя условия для работы системы кондиционирования.

Основное назначение гидромодуля

Тепловая нагрузка объекта — это нестабильная величина, которая может колебаться по разным причинам: например, от смены сезона или времени суток. Скачки тепловой нагрузки вызывают повышение производительность чиллера. Холодильная машина работает в нестабильном режиме, это может привести к износу или поломке компрессора.

Чтобы компенсировать скачки тепловой нагрузки, необходим гидравлический модуль, состоящий из бака, насоса и других деталей. Контроллер с датчиком мониторит температуру теплоносителя и сигнализирует циркуляционному насосу об ее изменении. После подачи и принятия такого сигнала, расход теплоносителя увеличивается до возвращения температуры к требуемой уставке. Накопительный бак гидромодуля увеличивает тепловую емкость, что позволяет увеличить интервалы между включением и выключением компрессора.

Составляющие гидромодуля

Промышленный гидромодуль — это не один-два элемента, это целая система, состоящая из таких частей:

— два насоса: циркуляционный и резервный;

— запорная арматура — предназначена для регулировки давления;

— фильтры для очистки хладагента.

Кроме этого, модуль обычно комплектуется различными соединительными деталями, рамами для крепления, датчиками давления и температурами, трубами и шлангами. Управляет всем этим специальный электроблок.

Покупка гидромодуля

Для корректной работы гидромодуля необходим определенный запас жидкости, замедляющей циркуляцию, при необходимости. Поэтому, важно грамотно рассчитать емкость и количество насосов в гидромодуле. Для каждой охладительной системы составляющие подбираются индивидуально. Баки и наносы могут быть разной мощности. Параметры работы блока управления тоже будет особыми.

Современный гидравлический модуль может быть выполнен в двух форм-факторах: выносной и встроенный. Первые конструкции могут устанавливаться не только в помещениях. Обычно, они комплектуются резервными насосами. Такой модуль имеет неограниченную мощностью. Он оформляется в виде небольшой наносной станции с автоматической системой управления. Встроенный вариант является более компактным, что повышает удобство его использования и не вызывает трудностей при установке. В нем применяется бак-расширитель. Его лучше не ставить на улице, т. к. вязкость теплоносителя моет увеличиться, что негативно скажется на работе всей системы. Стоимость промышленного оборудования для системы «чиллер-фанкойл» варьируется в зависимости от комплектации и требуемой мощности.

Гидромодуль в системах охлаждения

Гидромодуль — устройство, благодаря которому устанавливается баланс теплообмена за счет стабильной циркуляции хладагента между системой охлаждения и непосредственно чиллером.

Гидромодуль самой простой конструкции представляет собой циркуляционный насос, соединенный трубками с теплообменником, установленным в чиллере. В его задачи входит изменение температуры хладагента.

Принцип работы гидромодуля

Более подробно описать принцип взаимодействия гидромодуля и теплообменника можно следующим образом:

• имеется чиллер, устройство для обмена теплом с окружающей средой через конденсатор;
• охлажденный в конденсаторе хладагент или рабочая жидкость перетекает по трубкам к объекту, который следует охладить;
• происходит новый обмен теплом, и хладагент снова поступает в конденсатор;
• при нарушении баланса этой системы возникают ситуации, когда температура хладагента по разным причинам не соответствует требуемой — для предотвращения или изменения этой ситуации требуется ускорить циркуляцию с помощью насоса;

смонтированный в системе гидромодуль контролирует температуру хладагента, подает сигнал на двигатель циркуляционного насоса и запорную арматуру, после чего скорость циркуляции изменяется, и температурный режим возвращается к требуемым значениям.

Приведенное выше описание не содержит технических подробностей и перечня частей гидромодуля. Для его стабильной работы требуется оперативный запас жидкости, которая позволит замедлять циркуляцию. В подобных системах используется бак-расширитель и бак-накопитель с запасом хладагента, который при необходимости подает дополнительную жидкость или отсекается клапаном под автоматическим управлением.

Компоненты гидромодуля

Гидромодули, используемые в системах промышленного охлаждения, состоят из следующих элементов:

• бака-накопителя;
• циркуляционного и резервного насоса;
• запорной арматуры для регулирования давления;
• труб, шлангов и деталей соединения;
• фильтров очистки хладоносителя;
• устройства для отвода воздуха из системы;
• предохранительного клапана;
• корпуса или рамы для крепления узлов;
• соединительных деталей ввода и вывода хладоносителя;
• блока управления системой и датчиков давления и температуры.

Для бесперебойной работы системы охлаждения требуется баланс теплообмена и обеспечение слаженного взаимодействия его частей и элементов. Для каждой системы параметры и состав гидромодуля рассчитывается и подбирается индивидуально. Он может оснащаться баком-расширителем и насосами разной мощности, от чего зависит комплектация и режимы работы блока электронного управления. Для стабилизации давления в системе может использоваться редуктор давления.

Типы гидромодулей

Гидромодуль может быть выполнен в виде встроенного или выносного блока.

• Встроенный гидромодуль. Насосы для гидромодулей данного типа изготавливают разного уровня мощности. В большинстве случаев используется расширительный бак. Моноблочные чиллеры со встроенным гидромодулем отличаются компактностью, но и при установке на улице демонстрируют замедленную работу зимой. Это связано с повышением вязкости теплоносителя. Но, это, пожалуй, единственный недостаток встроенных систем. Встроенная насосная система не требует отдельного места установки и подбора индивидуальной комплектации, а также упрощает использование автоматики.
• Выносной гидромодуль. Насосные станции этого типа используются в случае невозможности установки встроенного гидромодуля. Ее комплектация может подбираться индивидуально и корректироваться в зависимости от специфики использования. Как правило, в таких конструкциях предусмотрены резервные насосы. Мощность такой системы неограниченна. В качестве выносного гидромодуля может использоваться полностью укомплектованная в опорную раму насосная станция, предусматривающая расширительный бак и автоматическую систему управления.

Использование гидромодуля позволяет наиболее эффективно эксплуатировать систему охлаждения и предотвращать ее переход в импульсный режим — ситуацию, когда подающий хладагент компрессор начинает включаться и выключаться слишком часто.