Одиночный чиллер, покрывающий всю тепловую нагрузку объекта, создаёт три проблемы. Первая — надёжность: авария единственного чиллера полностью останавливает холодоснабжение. Вторая — энергоэффективность: чиллер оптимально работает при нагрузке 70–90% от номинала; при 30–40% нагрузки КПД падает существенно. Третья — обслуживание: плановое ТО требует останова оборудования.

Параллельная работа двух и более чиллеров решает все три задачи. При отказе одного оставшиеся поддерживают частичную нагрузку. При низкой суммарной нагрузке один чиллер работает в оптимальной зоне, другой отключён. Обслуживание каждой машины выполняется без останова системы.

Типовые схемы резервирования: N+1 (один резервный сверх необходимого) и 2×50% (каждый чиллер рассчитан на 50% нагрузки, при отказе одного система работает на половину мощности). Для критических объектов — ЦОД, фармацевтика, больницы — применяют N+1 или 2N (полное дублирование).

Frostsystems выполняет аварийный ремонт чиллеров в Москве и МО для торговых сетей, кондитерских цехов, мясоперерабатывающих предприятий и фармацевтических складов — считывание кодов ошибок контроллеров CH530, AdaptiView, UC800, замена компрессорного блока, устранение утечки хладагента R134a, R513A, R404A с последующей заправкой по массе.

Простая параллельная схема

Прямая параллельная схема — простейший вариант: несколько чиллеров подключены к общим коллекторам подачи и обратки; каждый имеет собственный насос испарителя.
Преимущества: минимум трубопроводов и арматуры, простое управление.

Недостатки: при останове одного чиллера его насос тоже останавливается — гидравлическое сопротивление контура меняется, баланс потоков нарушается. У работающих чиллеров расход через испаритель возрастает выше расчётного, что может привести к превышению максимальной скорости в трубках испарителя.

Прямая схема применима только при одинаковых чиллерах, коротких трассах и постоянном числе работающих машин. Для объектов с переменной нагрузкой и ротацией чиллеров она гидравлически нестабильна.

Первично-вторичная схема

Первично-вторичная (двухконтурная) схема — стандарт для многочиллерных установок. Гидравлическое кольцо разделено на два независимых контура.

Первичный контур (первичное кольцо): включает чиллеры и их насосы. Каждый чиллер оснащён собственным насосом постоянной производительности. Расход через испаритель каждого работающего чиллера фиксирован и равен расчётному. Это обязательное условие корректной работы: производители чиллеров нормируют минимальный и максимальный расход через испаритель, и нарушение этих пределов ведёт к неисправностям или повреждению.

Вторичный контур (вторичное кольцо): включает потребителей холода — фанкойлы, приточные установки, технологические теплообменники. Насосы вторичного контура оснащаются ВЧП (частотными преобразователями) и регулируют расход по перепаду давления в сети. При снижении нагрузки расход вторичного контура падает — насосы снижают обороты, экономя электроэнергию.

Связь контуров: первичный и вторичный контуры соединены перемычкой-байпасом — коротким трубопроводом между коллекторами. Через неё выравнивается дисбаланс расходов.

Перемычка-байпас: функция и размер

Перемычка (декаплер) соединяет подающий коллектор первичного контура с обратным коллектором. Она позволяет:

избыточному потоку первичного контура возвращаться обратно к чиллерам, когда вторичный контур требует меньше воды
вторичному контуру получать дополнительный поток из обратного коллектора, когда его потребность превышает первичный поток

Диаметр перемычки рассчитывается на полный расход одного чиллера: при запуске или останове крайнего чиллера весь его поток должен пройти через перемычку без значительного перепада давления. Скорость воды в перемычке — не более 0,3–0,5 м/с во избежание турбулентного смешения горячего и холодного потоков.

Размещение перемычки: как можно ближе к коллекторам, в точке гидравлической нейтрали. Длинная перемычка — источник проблем: потери давления в ней нарушают гидравлическое разделение контуров.

Направление потока в перемычке — ключевой диагностический признак:

поток из подачи в обратку — нормальный режим, первичный поток превышает вторичный (обычно при останове части потребителей)
поток из обратки в подачу — вторичный поток превышает первичный; температура подачи к потребителям растёт; необходимо включить дополнительный чиллер

Переменный расход в первичном контуре (VPF)

VPF (Variable Primary Flow, переменный расход в первичном контуре) — более современная схема: вторичного контура нет, насосы чиллеров оснащаются ВЧП и подают хладоноситель непосредственно к потребителям с переменным расходом.

Преимущества перед первично-вторичной схемой:

нет вторичных насосов — ниже затраты на оборудование и эксплуатацию
нет проблемы смешения горячей обратки с холодной подачей через байпас
насосная энергия экономится в первичном контуре напрямую

Ограничения:

каждый работающий чиллер должен получать расход не ниже минимально допустимого (обычно 20–25% от номинала) — требуется контроль потока
при снижении нагрузки управление должно переключать поток между чиллерами, не допуская попадания ниже минимума на любом из работающих
требуются расходомеры на каждом чиллере и сложный алгоритм управления

VPF поддерживается контроллерами Trane Tracer, Carrier i-Vu, Carel Boss, Danfoss AK-SC255. Чиллеры Trane серии RTHD, CVHF и Carrier серии 30XA конструктивно оптимизированы для работы в схемах VPF.

Гидравлическая балансировка

При параллельном подключении нескольких одинаковых чиллеров каждый должен получать одинаковый расход. Без балансировки чиллер с меньшим гидравлическим сопротивлением трубопровода получит больший поток, другой — меньший. Разбалансировка на 20–30% от номинала ведёт к снижению холодопроизводительности «обделённого» чиллера и неправильной работе его ЭРВ.

Методы балансировки:

Ручные балансировочные клапаны (РБК) — устанавливаются на подающем или обратном патрубке каждого чиллера; регулируются до достижения расчётного расхода
Автоматические балансировочные клапаны (AVBL, DPCV) — поддерживают постоянный расход через чиллер при изменении давления в сети
Расходомеры — ультразвуковые или электромагнитные; обязательны для систем VPF, рекомендуются для всех многочиллерных установок

Балансировка разнотипных чиллеров (с разной холодопроизводительностью): расход через каждый чиллер пропорционален его холодопроизводительности. Чиллер мощностью 400 кВт при ΔT = 6 °C требует: Q = 400 / (4,187 × 6) = 15,9 м³/ч. Чиллер 600 кВт — 23,9 м³/ч.

Ступенчатое управление: когда включать и выключать чиллер

Алгоритм включения (Stage Up) дополнительного чиллера:

температура подачи хладоносителя выше уставки на Δ = 0,5–1 °C в течение 5–10 мин
нагрузка на работающем чиллере превышает 85–90% от номинальной производительности
поток в байпасе стабильно направлен из обратки в подачу (вторичный поток превышает первичный)

Перед включением второго чиллера запускается его насос, подтверждается расход, затем через 30–60 с запускается компрессор чиллера.

Алгоритм выключения (Stage Down) лишнего чиллера:

температура подачи ниже уставки на Δ = 0,5 °C в течение 10–15 мин
суммарная нагрузка на все чиллеры менее 45–50% от суммарной номинальной мощности
один чиллер заведомо может покрыть текущую нагрузку с запасом

Минимальное время работы: не менее 15–20 мин после включения чиллера — защита от короткого цикла. Минимальное время до повторного включения после останова: 5–10 мин — защита компрессора от частых пусков.

Ротация чиллеров

Ротация — плановое чередование роли «ведущего» (lead) чиллера, который запускается первым. Цель — равномерное распределение наработки между машинами.
Без ротации один чиллер всегда запускается первым и работает значительно больше часов, чем остальные. К моменту плановой замены компрессоров один агрегат будет изношен, другие — в относительно свежем состоянии.

Периодичность ротации: еженедельно или при достижении разницы в наработке 100–200 ч. Контроллеры Carel, Danfoss и Trane поддерживают автоматическую ротацию по таймеру или по счётчику моточасов.

Принудительная ротация при отказе: если чиллер выходит из строя, контроллер должен автоматически переназначить следующий по списку агрегат ведущим. Ручная ротация допустима для простых двухчиллерных установок — достаточно переключать уставки приоритета в контроллере раз в неделю.

Синдром низкого ΔT

Синдром низкого ΔT (Low Delta-T Syndrome) — состояние, при котором фактическая разность температур хладоносителя на подаче и обратке значительно ниже проектной.

Проект: подача +7 °C, обратка +13 °C, ΔT = 6 °C. Факт: подача +7 °C, обратка +10 °C, ΔT = 3 °C. При той же холодовой нагрузке требуется вдвое больший расход хладоносителя. Для обеспечения расхода приходится включать больше чиллеров и насосов, чем при нормальном ΔT — энергозатраты растут.

Причины синдрома:

загрязнённые теплообменники вентиляционных установок и фанкойлов — воздух обходит трубки, ΔT снижается
трёхходовые клапаны вместо двухходовых на фанкойлах — при частичной нагрузке они подмешивают тёплый обратный поток
неправильная настройка автоматики — клапаны открыты больше, чем нужно
недостаточная изоляция трубопроводов — тепловые притоки снижают ΔT

Устранение: замена трёхходовых клапанов двухходовыми, чистка теплообменников AHU и фанкойлов, перенастройка контроллеров в сторону поддержания заданного ΔT, а не только температуры подачи.

Защитные блокировки

Блокировка насос-чиллер. Чиллер не может запуститься без подтверждённого потока через испаритель. Реле потока (flow switch) или расходомер с нижним порогом — сигнал разрешения пуска для каждого чиллера. При остановке насоса чиллер отключается через 15–30 с — время, необходимое контроллеру для фиксации отсутствия потока.
Защита от замерзания испарителя. Датчик температуры хладоносителя на выходе испарителя. При снижении температуры ниже +3 °C — аварийная сигнализация; ниже +2 °C — аварийный останов чиллера. Активация антифризной программы (встроена в контроллеры Carrier, Trane, Carel): при угрозе замерзания контроллер увеличивает уставку температуры или снижает производительность.
Минимальный расход испарителя. Слишком малый расход ведёт к расслоению хладоносителя в испарителе и аварийному снижению температуры. Расходомер на каждом чиллере с нижним порогом отсечки — обязательный элемент схем VPF.
Антициклинговая защита. Минимальный интервал между двумя пусками компрессора — 5–10 мин. Контроллер чиллера блокирует повторный пуск в течение этого времени. Для многочиллерных установок: координация пусков через центральный контроллер, чтобы не запускать два чиллера одновременно.

Диагностическая таблица

Температура подачи выше уставки при работе обоих чиллеров;Один чиллер получает недостаточный расход — плохая балансировка;Проверить расходы через каждый чиллер расходомером, сбалансировать клапанами Частое включение-отключение второго чиллера (hunting);Слишком близкие уставки включения и выключения — зона нечувствительности мала;Расширить гистерезис управления, увеличить минимальное время работы до 20 мин Поток в перемычке постоянно направлен из обратки в подачу;Вторичный насос прокачивает больше, чем первичный — работающих чиллеров недостаточно;Включить дополнительный чиллер или снизить расход вторичного насоса Фактический ΔT на системе 2–3 °C вместо расчётных 6 °C;Синдром низкого ΔT — загрязнённые теплообменники или неверные клапаны;Проверить и промыть теплообменники AHU, заменить трёхходовые клапаны двухходовыми Один чиллер наработал вдвое больше часов, чем второй;Ротация не настроена — один чиллер всегда ведущий;Настроить автоматическую ротацию по таймеру или по моточасам Чиллер уходит в аварию по низкому потоку при запуске;Насос чиллера запускается одновременно с компрессором — нет задержки;Настроить интерлок: насос пускается, пауза 30–60 с, затем компрессор при наличии потока

Типичные ошибки

Не устанавливают балансировочные клапаны на чиллеры. При одинаковых по номиналу чиллерах кажется, что балансировка не нужна. Но длина и диаметр трубопровода к каждому чиллеру различаются — расход распределяется неравномерно. Один чиллер перегружен, другой недогружен — оба работают неоптимально. Балансировочный клапан стоит несравнимо дешевле потерь в КПД и повышенного износа нагруженного чиллера.
Не настраивают антициклинговую защиту для системы. Центральный контроллер даёт команду на включение второго чиллера, но не координирует это с локальным контроллером первого — оба пытаются запуститься одновременно. Пиковый ток двух пусков совпадает, срабатывает вводной автомат. Последовательные пуски с задержкой 30–60 с между чиллерами — обязательный параметр алгоритма управления.
Используют трёхходовые клапаны на фанкойлах в системе с чиллерами. При частичной нагрузке клапан подмешивает обратную воду — ΔT на стороне потребителя снижается. Накопительный эффект по всей системе — синдром низкого ΔT, избыточное количество работающих чиллеров и насосов. Двухходовые клапаны в сочетании с ВЧП на вторичных насосах — правильная схема для энергоэффективных систем.

Frostsystems проектирует, монтирует и обслуживает многочиллерные установки с параллельной работой по первично-вторичной схеме и схемам VPF — гидравлическая балансировка, настройка ступенчатого управления, ротация и пуско-наладочные работы в Москве и Московской области.

Не знаете с чего начать?

Оставьте ваши контактные данные и инженер разберется в вашей проблеме и предложит пути решения.

Параллельная работа чиллеров: схемы, балансировка и управление

Зачем нужна параллельная работа чиллеров