Waterloop ("Водная петля") и традиционная централизованная холодильная система: различия в архитектуре
При проектировании холодоснабжения магазина или другого коммерческого объекта необходимо выбрать не только холодильное оборудование, но и архитектуру всей системы. От этого решения зависят расположение холодильных агрегатов, организация трубопроводов, способ отвода тепла, количество хладагента в системе, требования к монтажу и дальнейшему обслуживанию.
Один из вариантов такой архитектуры — WaterLoop, или «водная петля». В отличие от традиционной централизованной системы, где холодильные потребители подключаются к общему контуру хладагента от центральной холодильной машины, WaterLoop использует промежуточный контур теплоносителя.
В актуальном пособии «Стандартные холодильные машины» WaterLoop представлен отдельным разделом: схема №66 посвящена обвязке гликолевых потребителей при реализации WaterLoop, а схема №67 — обвязке гликолевых потребителей при охлаждении чиллером на R290.
Разница между этими подходами заключается прежде всего в распределении холодильного контура и архитектуре системы.
Что такое традиционная централизованная холодильная система
В централизованной системе несколько потребителей холода подключаются к общей холодильной машине или холодильному центру.
Упрощенно архитектура выглядит следующим образом:
компрессоры → конденсатор → ресивер → магистраль жидкого хладагента → расширительные устройства → потребители → всасывающая магистраль → компрессоры.
В качестве потребителей могут выступать:
- холодильные витрины;
- морозильные лари;
- холодильные камеры;
- воздухоохладители;
- технологическое оборудование.
При такой архитектуре хладагент циркулирует между центральной холодильной машиной и конечными потребителями.
Центральное оборудование может быть выполнено в виде многокомпрессорной холодильной машины. В пособии приведены различные варианты таких систем — с поршневыми или спиральными компрессорами, частотным и импульсным регулированием, экономайзерами, системами зимнего пуска, рекуперацией и оттайкой горячим газом.
Особенность архитектуры
Главная особенность централизованной системы заключается в том, что холодильный контур распределяется по объекту.
Это означает необходимость организации:
- жидкостных магистралей;
- всасывающих трубопроводов;
- трубопроводов нагнетания в соответствующих схемах;
- элементов регулирования;
- устройств защиты;
- систем возврата масла;
- организации оттайки;
- автоматики конечных потребителей.
Чем больше объект и чем больше расстояние между холодильным центром и потребителями, тем существеннее становятся требования к проектированию трубопроводной системы.
Что такое WaterLoop ("Водная петля")
WaterLoop — это архитектура холодоснабжения, в которой между локальными холодильными агрегатами и системой отвода тепла используется контур циркулирующего теплоносителя.
Вместо того чтобы отводить тепло от каждого локального холодильного агрегата непосредственно в окружающий воздух, конденсаторы подключаются к общей «водной петле».
Упрощенная логика системы выглядит так:
локальные холодильные агрегаты → теплоноситель WaterLoop → наружный теплообменник → охлажденный теплоноситель → локальные агрегаты.
Таким образом, в системе появляется дополнительный контур, который объединяет отдельные холодильные агрегаты.
В пособии WaterLoop рассматривается в разделе, посвященном этой архитектуре, отдельно от традиционных централизованных холодильных машин.
Главное архитектурное различие WaterLoop ("Водная петля") и централизованной системы
Основное отличие можно сформулировать следующим образом:
В централизованной системе к потребителям распределяется хладагент, а в WaterLoop между локальными холодильными агрегатами и системой отвода тепла циркулирует вторичный теплоноситель.
Это меняет структуру всей установки.
В традиционной архитектуре центральная холодильная машина производит холод для нескольких потребителей.
В WaterLoop отдельные холодильные агрегаты расположены непосредственно у потребителей, а общим для них становится контур отвода тепла.
Упрощенно:
| Параметр | Централизованная система | WaterLoop |
| Холодильные агрегаты | Сосредоточены в холодильном центре | Распределены возле потребителей |
| Хладагент | Циркулирует по магистралям к потребителям | Находится в локальных холодильных контурах |
| Общий контур | Холодильный | Контур теплоносителя |
| Отвод тепла | Центральный конденсатор/система | Общий наружный теплообменник |
| Основные магистрали | Хладагентопроводы | Трубопроводы теплоносителя |
| Регулирование | Центральная машина + потребители | Локальные агрегаты + гидромодуль |
| Архитектура | Централизованная | Распределенная |
Как устроена архитектура WaterLoop ("Водная петля")
В типовом решении WaterLoop можно выделить несколько основных элементов:
- локальные холодильные агрегаты;
- пластинчатые конденсаторы;
- контур теплоносителя;
- гидромодуль;
- насосное оборудование;
- трехходовой клапан;
- система управления;
- наружный воздушный теплообменник.
Гидромодуль обеспечивает циркуляцию теплоносителя и управление температурой контура.
В результате холодильные агрегаты не требуют индивидуальных наружных конденсаторов с вентиляторами: тепло передается в общий контур и затем отводится через наружный теплообменник.
Чем отличается расположение оборудования
В централизованной системе
Основное холодильное оборудование обычно сосредоточено в одном месте — например, в машинном отделении или технической зоне.
От холодильного центра к потребителям прокладываются холодильные трубопроводы.
Схематично:
[Холодильный центр] →→→ [Витрина]
[Холодильный центр] →→→ [Камера]
[Холодильный центр] →→→ [Морозильное оборудование]
Такой подход позволяет централизовать обслуживание компрессоров и основной холодильной автоматики.
В WaterLoop
Холодильные агрегаты располагаются непосредственно рядом с потребителями.
Например:
[Локальный агрегат] — [Холодильная витрина]
[Локальный агрегат] — [Морозильное оборудование]
При этом локальные агрегаты подключаются к общей гидравлической петле:
[Агрегаты] → [WaterLoop] → [Наружный теплообменник] → [WaterLoop] → [Агрегаты]
Таким образом, оборудование распределяется по объекту, а общий контур обеспечивает отвод тепла.
Как меняется система трубопроводов
Это одно из наиболее важных различий.
В традиционной централизованной холодильной системе необходимо проектировать разветвленную систему хладагентопроводов.
Для каждого потребителя необходимо обеспечить правильные условия циркуляции хладагента, расчет диаметров труб, возврат масла и корректную работу расширительных устройств.
В WaterLoop вместо распределения хладагента между центральной машиной и многочисленными потребителями создается гидравлический контур.
Следовательно, проектировщик работает уже не только с холодильной, но и с гидравлической архитектурой системы.
Необходимо учитывать:
- расход теплоносителя;
- гидравлическое сопротивление;
- балансировку;
- работу насосов;
- температурный график;
- концентрацию и свойства теплоносителя;
- работу системы при различных наружных температурах.
Роль гидромодуля в WaterLoop ("Водная петля")
Гидромодуль является одним из центральных элементов архитектуры WaterLoop.
Он обеспечивает циркуляцию теплоносителя между локальными агрегатами и наружным теплообменником.
В типовом решении используются два насоса. Резервный насос может подключаться при аварии основного либо использоваться для выравнивания моторесурса.
В состав гидромодуля также входит трехходовой клапан для поддержания необходимой температуры теплоносителя и система управления с датчиками.
Таким образом, гидромодуль выполняет функции, которые в централизованной холодильной системе распределены между холодильным центром, конденсаторами и соответствующей автоматикой.
Как отводится тепло
В традиционной централизованной системе тепло отводится через общий конденсатор холодильной машины.
Например:
компрессор → конденсатор → окружающая среда.
В WaterLoop процесс разделен на два этапа:
локальный холодильный агрегат → пластинчатый конденсатор → теплоноситель → наружный теплообменник → окружающая среда.
Таким образом, наружный теплообменник становится общим элементом системы.
Это принципиальное отличие архитектуры.
Почему WaterLoop ("Водная петля") может снижать уровень шума в торговом зале
При традиционной децентрализованной установке конденсаторное оборудование может располагаться непосредственно рядом с холодильной мебелью.
Если конденсатор оснащен вентилятором, источником шума становится каждый локальный агрегат.
В WaterLoop тепло от локальных агрегатов передается в общий контур теплоносителя, а его окончательный отвод осуществляется через наружный теплообменник.
За счет отсутствия вентиляторов на встроенных конденсаторах холодильной мебели такая архитектура может снижать уровень шума непосредственно в торговом зале.
Именно снижение шума в торговом пространстве указывается среди особенностей WaterLoop.
Как WaterLoop ("Водная петля") влияет на микроклимат торгового помещения
Еще одно отличие связано с местом отвода тепла.
В традиционной системе с локальными холодильными агрегатами тепло может выделяться непосредственно в помещении.
В WaterLoop тепло отводится через общий контур к наружному теплообменнику.
Это позволяет уменьшить тепловую нагрузку от холодильного оборудования непосредственно в торговом зале.
Для объекта это может иметь значение при проектировании вентиляции и кондиционирования.
Однако эффект необходимо оценивать расчетом с учетом всех источников теплопоступлений, режима работы оборудования и параметров помещения.
Хладагент в централизованной системе и WaterLoop ("Водная петля")
Архитектурное различие особенно заметно при сравнении объемов распределенного холодильного контура.
В традиционной централизованной системе один холодильный центр может обслуживать большое количество потребителей, поэтому хладагент распределяется по протяженной системе трубопроводов.
В WaterLoop холодильный контур каждого локального агрегата является более компактным, а между агрегатами и наружным теплообменником циркулирует теплоноситель.
Это позволяет разделить холодильный контур и контур отвода тепла.
При проектировании конкретной системы необходимо отдельно учитывать требования безопасности и допустимые условия применения выбранного хладагента.
WaterLoop ("Водная петля") и R290
В актуальном пособии «Стандартные холодильные машины» WaterLoop рассматривается также совместно с решением на R290.
Для такой архитектуры сочетание локальных холодильных агрегатов и общего контура теплоносителя позволяет разделить холодильные контуры отдельных агрегатов и систему отвода тепла.
Применение R290 требует учитывать свойства этого хладагента и соответствующие требования безопасности при проектировании и размещении оборудования.
Поэтому WaterLoop и R290 следует рассматривать не как отдельные независимые технологии, а как элементы единой архитектуры, параметры которой определяются конкретным объектом.
WaterLoop ("Водная петля") и централизованная система: различия в обслуживании
В централизованной системе основное холодильное оборудование сосредоточено в холодильном центре.
Это означает, что компрессоры, основная холодильная автоматика и часть сервисных операций сконцентрированы в одном месте.
В WaterLoop оборудование распределено по объекту.
С одной стороны, это меняет структуру сервисных работ: необходимо иметь доступ к локальным агрегатам.
С другой стороны, гидромодуль, насосы и наружный теплообменник образуют отдельный общий узел.
Поэтому при сравнении двух архитектур необходимо учитывать не только количество оборудования, но и его распределение по объекту.
Что происходит с автоматизацией
В централизованной системе значительная часть функций управления сосредоточена в холодильном центре.
Контроллер управляет компрессорами, регулирует производительность, контролирует давление и взаимодействует с автоматикой потребителей.
В WaterLoop появляется дополнительный уровень управления — гидравлический контур.
Необходимо контролировать:
- температуру теплоносителя;
- работу насосов;
- положение регулирующего клапана;
- состояние наружного теплообменника;
- аварийные состояния;
- параметры локальных холодильных агрегатов.
Поэтому WaterLoop — это не просто замена одного типа трубопроводов другим. Это изменение архитектуры системы управления.
Когда архитектура WaterLoop ("Водная петля") может быть интересна
WaterLoop имеет смысл рассматривать на этапе концептуального проектирования объекта, если необходимо:
- разместить холодильные агрегаты непосредственно возле потребителей;
- сократить количество локальных вентиляторов конденсаторов;
- организовать общий контур отвода тепла;
- уменьшить тепловыделения непосредственно в торговом помещении;
- использовать компактные локальные холодильные агрегаты;
- обеспечить заводскую готовность отдельных узлов системы.
При этом применимость решения необходимо подтверждать расчетом.
На официальной странице решения WaterLoop Ридан указывает оптимальность типового решения для объектов торговой площадью до 500 м²; для более крупных объектов требуется индивидуальный расчет и применение нетипового гидромодуля.
Когда рассматривают традиционную централизованную архитектуру
Централизованная система может рассматриваться, когда необходимо объединить большое количество потребителей под управлением единого холодильного центра.
При этом проектировщик получает возможность централизовать:
- компрессорное оборудование;
- регулирование холодопроизводительности;
- холодильную автоматику;
- обслуживание холодильной машины;
- часть систем безопасности.
Однако при большой протяженности сети возрастают требования к проектированию хладагентопроводов, возврату масла, регулированию и балансировке системы.
WaterLoop или централизованная система: что сравнивать при проектировании
Выбор архитектуры следует проводить не по одному параметру, а по совокупности характеристик объекта.
- Планировка. Где будут расположены холодильные потребители и где можно разместить основное оборудование?
- Длина коммуникаций. Насколько протяженными будут холодильные или гидравлические магистрали?
- Количество потребителей. Сколько холодильных единиц необходимо подключить?
- Тепловая нагрузка помещения. Куда будет отводиться тепло от холодильного оборудования?
- Требования к шуму. Допустим ли шум от локальных вентиляторов непосредственно в торговом зале?
- Хладагент. Какой хладагент предполагается использовать и какие требования предъявляются к его применению?
- Обслуживание. Где будет выполняться основная часть сервисных операций?
- Гидравлика. Если используется WaterLoop, необходимо дополнительно рассчитать гидравлический контур, насосы и балансировку.
- Масштаб объекта. Для небольшого объекта может применяться типовое решение, тогда как для крупного магазина требуется индивидуальное проектирование.
Сравнительная таблица WaterLoop ("Водная петля") и централизованной системы
| Характеристика | Традиционная централизованная система | WaterLoop |
| Архитектура | Центральный холодильный центр | Распределенные холодильные агрегаты + общий контур теплоносителя |
| Расположение компрессоров | В холодильном центре | Возле потребителей |
| Распределение хладагента | По объекту | В основном локально |
| Общая магистраль | Хладагентопроводы | Контур теплоносителя |
| Отвод тепла | Центральный конденсатор | Общий наружный теплообменник |
| Насосная система | Не является определяющей частью холодильного контура | Один из ключевых элементов |
| Гидравлическая балансировка | Не относится к основному контуру распределения холода | Важная часть проектирования |
| Шум в торговом зале | Зависит от расположения и типа оборудования | Может быть снижен за счет отказа от вентиляторов на встроенных конденсаторах |
| Теплопоступления в торговый зал | Зависят от расположения оборудования | Тепло отводится через общий контур наружу |
| Масштабирование | Через изменение центрального холодильного центра и сети | Через добавление/изменение локальных агрегатов и гидравлического контура |
| Сервис | Значительная часть оборудования сосредоточена в центре | Оборудование распределено по объекту |
| Основной объект расчета | Холодильный контур и трубопроводы хладагента | Холодильные контуры + гидравлический контур |
Как выглядит принципиальная разница
Если упростить архитектуру до двух схем, получаем:
Централизованная система
Холодильный центр
↓
магистраль хладагента
↓ ↓ ↓
потребитель 1 — потребитель 2 — потребитель 3
WaterLoop
локальный агрегат 1 ─┐
локальный агрегат 2 ─┼→ общий контур теплоносителя → наружный теплообменник
локальный агрегат 3 ─┘
В первом случае центр производства холода является главным узлом системы.
Во втором — главным связующим элементом между распределенными холодильными агрегатами становится контур теплоносителя.
Итоги
WaterLoop и традиционная централизованная холодильная система отличаются прежде всего архитектурой распределения холода и отвода тепла.
В централизованной системе компрессорное оборудование объединяется в холодильный центр, а хладагент распределяется по объекту к многочисленным потребителям.
В WaterLoop холодильные агрегаты распределяются непосредственно у потребителей, а тепло от них передается в общий контур теплоносителя и затем отводится через наружный теплообменник.
Это приводит к различиям в:
- размещении оборудования;
- структуре трубопроводов;
- объеме распределенного холодильного контура;
- гидравлике;
- автоматизации;
- обслуживании;
- тепловой нагрузке на помещение;
- акустике;
- требованиям к проектированию.
Поэтому WaterLoop нельзя рассматривать просто как «замену» традиционной централизованной холодильной машины. Это другая архитектура системы холодоснабжения, которая требует отдельной оценки гидравлики, холодильных контуров, размещения оборудования и условий эксплуатации.
Актуальное пособие «Стандартные холодильные машины» содержит отдельные типовые схемы WaterLoop, в том числе решение с гликолевыми потребителями и вариант с охлаждением чиллером на R290. При этом сами схемы в пособии имеют рекомендательный характер и не заменяют разработку окончательной принципиальной схемы конкретного объекта.
При выборе между архитектурами необходимо учитывать площадь и планировку объекта, количество и тип потребителей, температурные режимы, требования к шуму и микроклимату, выбранный хладагент, условия размещения оборудования, гидравлические параметры и требования к обслуживанию.
Похожие статьи