Схема холодоснабжения с чиллерами: почему станция гоняет лишние машины

Схему холодоснабжения с чиллерами выбирают до подбора машин: от неё зависит, сколько машин работает и сколько электричества тянут насосы. Если вода возвращается на станцию с перепадом 3 К вместо расчётных 5 К, расход растёт в 1,67 раза, мощность насосов — до 4,6 раза, а чиллеры работают на 40–50 % загрузки.

Одна и та же пара чиллеров работает ровно или тактует, держит 7 °C или отдаёт 9 °C — в зависимости от того, как соединены насосы, перемычка и клапаны потребителей. Чиллер схему не выбирает, но расплачивается за неё. Статья — для директора и главного инженера завода со станцией на две и больше машины. Как устроена сама машина, я разбирал в статье «Чиллер: что это и как работает», а ошибки при её выборе — в «13 самых дорогих ошибках».

Что такое схема холодоснабжения и почему её выбирают раньше чиллера?

Схема холодоснабжения — это способ соединить чиллеры, насосы и потребителей: сколько контуров, где насосы, какие клапаны и как станция решает, сколько машин включить. Её выбирают первой, потому что от схемы зависят расход через каждую машину, число насосов и вся логика автоматики.

Начинают с трёх вопросов к объекту:

• Как регулируются потребители? Трёхходовым клапаном (расход постоянный) или двухходовым (расход меняется с нагрузкой).

• Сколько машин и одинаковы ли они? Одна, несколько одинаковых или разные по мощности.

• Насколько может меняться расход через машину? Это паспорт: минимальный и максимальный расход, допустимая скорость изменения. Одни машины выдерживают изменение расхода на 30 % в минуту, другие — только на 2 %.

Расход считают по формуле G = Q / (1,163 · ΔT), где Q — холод в киловаттах, ΔT — перепад температур в кельвинах. Для машины 500 кВт на графике 7/12 °C это 86 м³/ч, для 1000 кВт — 172 м³/ч.

Какие бывают схемы холодоснабжения с чиллерами?

Рабочих семейств схем четыре: постоянный расход в одном контуре, первичный–вторичный контур, переменный первичный расход и развязка через теплообменник. Отдельно решают, ставить машины параллельно или последовательно: последовательно — при перепаде больше 9 К и малом расходе.

Критерий	Постоянный расход	Первичный–вторичный	Переменный первичный	Развязка теплообменником
Клапаны у потребителей	Трёхходовые	Двухходовые	Двухходовые	Любые
Число машин	1, реже 2 одинаковые	2 и больше, в том числе разные	2 и больше, с широким окном расхода	Любое
Сложность автоматики	Низкая	Средняя	Высокая	Средняя
Энергия насосов	Высокая на частичной нагрузке	Средняя	Низкая	Выше: второй насос
Риск низкого перепада	Высокий	Средний	Средний	Средний
Когда выбирать	Малые станции, постоянная нагрузка	2–5 машин, комфорт и технология	Одинаковые машины, есть время на наладку	Разные среды, грязная или пищевая вода, высокая статика

На станциях с 2–5 машинами многие проектировщики сознательно выбирают первичный–вторичный контур: он прощает разные машины и не требует долгой наладки. Любую другую схему проектировщик должен обосновать в пояснительной записке цифрами.

У самой простой схемы с постоянным расходом две ловушки. Первая — трёхходовые клапаны: на 30 % нагрузки обратка возвращается около 8,5 °C вместо 12 °C. Вторая — два чиллера на одном общем насосе без отсечных клапанов: вода идёт и через выключенную машину, и при обратке 12,2 °C и выходе работающей машины 6,7 °C потребители получают смесь 9,45 °C. Лечится это на стадии проекта: у каждой машины свой насос или отсечной клапан с приводом.

Как работает первичный–вторичный контур и зачем нужна перемычка?

Первичный–вторичный контур (primary-secondary, «первичка–вторичка») разделяет производство холода и его раздачу. Машины работают на своих насосах с постоянным расходом, потребители — на своих, с частотным преобразователем и двухходовыми клапанами. Разницу расходов забирает перемычка.

Правила перемычки из мировой практики, которые мы дали в руководстве для проектировщиков:

• расчётный расход — 110–115 % расхода самой большой машины;

• длина — не меньше 5–10 диаметров, чтобы подача и обратка не перемешивались;

• обратного клапана и запорной арматуры в перемычке нет: обратный клапан ставит первичные и вторичные насосы последовательно и гонит через машины больше расчётного расхода;

• в перемычке — расходомер или пара датчиков температуры.

Для машины 1000 кВт на графике 7/12 °C это перемычка на 198 м³/ч — труба Ду200 длиной 1,5–2 м.

Направление потока в перемычке — главный сигнал для автоматики. Поток из подачи в обратку значит, что машин включено больше, чем нужно. Поток из обратки в подачу — дефицит: тёплая обратка подмешивается к потребителям, пора включать следующую пару «машина + насос».

Что такое синдром низкого перепада и сколько он стоит?

Синдром низкого перепада (low delta-T syndrome) — это когда вода возвращается на станцию холоднее расчётной. Машины не догружаются, ради расхода автоматика включает лишние машины, насосы качают больше воды, чем нужно. На проекте 12/7 °C объект живёт на 10/7 °C — и для той же мощности расход растёт в 1,67 раза, а мощность насосов по законам подобия — в 1,67³ = 4,6 раза.

Пример: три машины по 500 кВт, нагрузка 1500 кВт, расчётный перепад 5 К, фактический — 3,5 К.

1. Нужный расход: 1500 / (1,163 · 5) = 258 м³/ч — ровно три машины.

2. Фактический расход потребителей: 1500 / (1,163 · 3,5) = 369 м³/ч.

3. Через перемычку в подачу подмешивается 369 − 258 = 111 м³/ч обратки с температурой 10,5 °C.

4. Потребители получают (258 · 7 + 111 · 10,5) / 369 = 8,05 °C вместо 7 °C.

Чтобы вернуть 7 °C, станции нужны ещё одна-две пары «машина + насос» при трёх недогруженных. Если вторичные насосы из-за синдрома работают на 30 кВт вместо 15, а лишняя пара добавляет 5 кВт, за 2000 часов это 40 000 кВт·ч в год только на насосах, около 400 тыс. ₽ при 10 ₽/кВт·ч. Синдром сам себя усиливает: при подаче 8 °C клапаны открываются шире, перепад падает дальше.

Как найти причину низкого перепада на работающей станции?

Причину низкого перепада находят по архиву температур и расходов станции за двое-трое суток. Провал перепада на частичной нагрузке указывает на клапаны и байпасы, провал по утрам — на загрязнённые теплообменники.

Причины проверяют по порядку: трёхходовые клапаны, открытые байпасы, грязные теплообменники, завышенные клапаны, потребители на меньший перепад, чем станция. Лечат причину: убирают трёхходовые клапаны, ставят клапаны, не зависящие от давления, чистят фильтры и теплообменники, включают следующую машину только после полной загрузки предыдущей. Обратный клапан в перемычке причину не устраняет.

Если архива нет, цифры снимают на месте: наш инженер-обследователь с накладными расходомерами и датчиками температуры и давления за день-два снимает реальную картину объекта. Решение, которое заказчик придумал себе сам, почти всегда оказывалось дороже того, что получалось после замеров.

Когда выгоден переменный расход через чиллеры?

Переменный первичный расход (variable primary flow) выгоден, когда машины одинаковые, у них широкое паспортное окно расхода и есть время на проект и пусконаладку. Одна группа насосов с частотниками обслуживает и машины, и потребителей.

Грубая оценка на станции 2 × 1000 кВт: два первичных насоса по 10 кВт, половину из 4000 часов нагрузка 75 %. В эти часы первичный–вторичный контур тянет 20 кВт, переменный — около 0,75³ = 42 %, то есть 8,4 кВт. Экономия — 23 200 кВт·ч в год, около 232 тыс. ₽.

Цифра завышена: насосы переменной схемы крупнее. А слабое место схемы — переходный режим: при открытии клапана второй машины расход через первую может упасть ниже паспортного минимума, и обе отключатся по протоку. Поэтому обязательны отсечной клапан на каждой машине, байпас минимального расхода, расходомер и медленные клапаны с ходом 30–60 секунд.

Когда нужна развязка через теплообменник и во что она обходится?

Развязка через промежуточный теплообменник нужна, когда контуры нельзя соединять напрямую: гликоль у машины на улице и вода у потребителя, грязная или пищевая технологическая вода, неподходящий температурный график, высокая статика здания. Цена развязки — недогрев: чтобы у потребителя было 7 °C, машина должна дать воду холоднее.

По данным производителей снижение температуры холодной воды на градус увеличивает мощность компрессора на 1,8–4,0 %. Машина 1000 кВт с компрессорами 200 кВт и теплообменником, который требует подачи на 2 К холоднее, тратит на 3,6–8,0 % больше — 7,2–16 кВт. За 2000 часов это 14 400–32 000 кВт·ч в год, или 144–320 тыс. ₽. Поэтому развязку ставят, только когда без неё нельзя, с недогревом не больше 2 К.

Зато развязка открывает дорогу бесплатному холоду. На заводе порошковой металлургии мы поставили комплекс на 4,6 МВт холода с водой +7/+12 °C: абсорбционную машину Thermax, три градирни NCT и насосную группу NCT. Летом градирни отводят тепло от машины, а в холодный сезон две градирни охлаждают воду с +12 до +7 °C и через теплообменники отдают её прямо на производство — холодильная машина в этой цепочке не участвует. Подробнее — в статье «Фрикулинг в чиллере».

Как резервировать насосы, чтобы отказ одного не снял холод с объекта?

Резерв насосов закладывают так, чтобы отказ любого насоса не останавливал охлаждение. Малым и средним контурам хватает схемы 1 + 1 — рабочий и резервный насос на полный расход. Крупным контурам с переменным расходом ставят 2 + 1, первичному контуру нескольких машин — насос на каждую машину плюс общий резервный. Резерв включается автоматически, по аварии рабочего насоса и по отсутствию перепада на группе. Насосные группы NCT мы выпускаем на 16–1560 м³/ч и напор 10–100 м водяного столба, с резервом 1 + 1 и щитом автоматического ввода резерва.

Отдельные деньги прячутся в настройке вторичного насоса. Если датчик перепада перенести от насоса к дальнему потребителю и сбрасывать уставку по положению клапанов, обороты насоса 30 кВт можно опустить, например, с 85 до 70 %, а мощность — с 18,4 до 10,3 кВт. Разница 8,1 кВт, за 6000 часов это 48 600 кВт·ч в год на одном насосе, около 486 тыс. ₽. Другие меры экономии собраны в статье «Как снизить затраты на охлаждение предприятия».

Что в итоге

1. Схему холодоснабжения выбирают до подбора чиллеров: она определяет расход через каждую машину, число насосов и логику автоматики.

2. Перепад 3 К вместо 5 К увеличивает расход в 1,67 раза, а мощность насосов — до 4,6 раза; машины при этом работают на 40–50 % загрузки.

3. На станции 1500 кВт синдром низкого перепада стоит около 40 000 кВт·ч в год только на насосах и не даёт держать 7 °C при трёх недогруженных машинах.

4. Перемычку первичного–вторичного контура рассчитывают на 110–115 % расхода крупнейшей машины и не ставят в неё обратный клапан.

5. Каждый градус недогрева в теплообменнике развязки стоит 1,8–4,0 % мощности компрессора.

Частые вопросы

Какую схему холодоснабжения выбрать для двух–пяти чиллеров?

Чаще всего — первичный–вторичный контур с перемычкой или гидрострелкой: он допускает машины разной мощности и не требует долгой наладки. Переменный первичный расход дешевле по насосам, но требует одинаковых машин и опытной пусконаладки.

Почему чиллеры работают недогруженными, а холода не хватает?

Почти всегда это синдром низкого перепада: обратка холоднее расчётной, и ради расхода включаются лишние машины. Первые подозреваемые — трёхходовые клапаны, открытые байпасы и грязные теплообменники.

Нужен ли обратный клапан в перемычке между контурами?

Нет. Обратный клапан ставит первичные и вторичные насосы последовательно, контуры перестают быть независимыми, и через машины идёт больше расчётного расхода.

Что такое гидрострелка в системе холодоснабжения?

Гидрострелка (гидравлический разделитель) — это перемычка между первичным и вторичным контурами в одном корпусе большого диаметра. За счёт низкой скорости в ней заодно отделяются воздух и шлам. Подбирают её так же, как перемычку: не меньше 110–115 % расхода крупнейшей машины, без обратного клапана.

Источники

• ASHRAE Handbook — HVAC Applications 2023; ASHRAE Guideline 22 «Instrumentation for Monitoring Central Chilled-Water Plant Efficiency».

• ANSI/HI 9.6.3 «Rotodynamic Pumps — Guideline for Operating Regions».

• СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

• Максим Краснов, Telegram-канал: пост о комплексе 4,6 МВт с фрикулингом на заводе порошковой металлургии, 23 октября 2026 г.; пост об обследовании объекта с накладными расходомерами, 19 мая 2026 г.

• Опыт и расчёты «Энергии холода»: руководства для инженеров «Чиллеры NCT» и «Автоматика и щиты NCT» (октябрь 2026 г.), каталог насосных групп NCT, тариф 10 ₽/кВт·ч.

Подобрать схему холодоснабжения под ваш объект — получить консультацию