Чиллер для ледяного душа: расчёт охлаждения воды и бака

Чиллер для ледяного душа охлаждает водопроводную воду до 5–10 °C и держит её запас в баке, поэтому его мощность зависит от того, сколько холодной воды уходит в душ за самый загруженный час и насколько её нужно охладить. Калькулятор считает холодопроизводительность по числу душей, их расходу и времени работы, а также объём бака, из которого вода идёт в душ.

Откуда берётся тепло

• Водопроводная вода. Вся вода, ушедшая в душ, заменяется водопроводной, и чиллер охлаждает её с 15–20 °C летом до температуры душа. Это почти вся нагрузка.
• Бак и трубы. Холодная вода нагревается от воздуха помещения: в бане или СПА это 25–30 °C. Теплопритоки небольшие при утеплённом баке и трубах, их покрывает запас.
• Насос подачи. Насос, который поднимает давление перед душем, отдаёт часть мощности воде; при небольших душевых это доли киловатта, тоже в пределах запаса.

Бак нужен потому, что душ потребляет воду рывками: полторы минуты под душем, потом пауза. Без бака чиллер пришлось бы брать на мгновенный расход всех душей, и большую часть времени он бы простаивал. Так же устроен расчёт холодной воды для теста с баком, а объём бака в общем случае считает расчёт объёма бака-аккумулятора.

Формула

V = n × g × m

Q = V × 4,187 × (t₁ − t₂) / 3600 × (1 + k)

• V — вода, которая уходит в душ за пиковый час, л; n — число душей; g — расход одного душа, л/мин; m — сколько минут душ открыт за этот час;
• Q — холодо­производительность чиллера, кВт; 4,187 — теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C), литр воды принят за 1 кг; t₁ — вода из водопровода, °C; t₂ — вода в душ, °C; k — запас, доля.

Бак берут не меньше V, округлив вверх до 10 л: тогда в самый загруженный час душ работает из запаса, а чиллер восстанавливает температуру за час. Температуру воды в водопроводе берут летнюю — зимой она ниже, и чиллер работает с запасом.

Ведро-обливатель удобно пересчитать в минуты: ведро 15 л, которое опрокидывают 20 раз в час, — это 300 л в час, как душ 10 л/мин, открытый 30 минут.

Пример расчёта

Баня с двумя ледяными душами по 9 л/мин; в пиковый час каждый открыт в сумме 12 минут. Вода из водопровода 18 °C, в душ нужна 8 °C, запас 15 %.

1. Вода за пиковый час: V = 2 × 9 × 12 = 216 л.
2. Охлаждение воды: 216 × 4,187 × (18 − 8) / 3600 = 2,51 кВт (точнее 2,512).
3. Холодо­производительность с запасом: 2,512 × 1,15 = 2,889 кВт, округлённо 2,9 кВт.
4. Бак: 216 л, округлённо вверх 220 л.
5. Если открыть оба душа сразу, они берут 2 × 9 = 18 л/мин — столько должен пропускать насос подачи.

Мощность в пределах серийных чиллеров для купелей до 20 кВт, а сам душ часто ставят рядом с купелью — её нагрузку считает задача о чиллере для купели и бассейна. Если душ и купель питаются от одного чиллера, нагрузки складывают.

Типовые ошибки

• Чиллер на мгновенный расход без бака. Два душа по 9 л/мин непрерывно — это 1080 л/ч и 12,6 кВт при охлаждении на 10 °C, впятеро больше, чем с баком. Чиллер работает короткими пусками и дорог в покупке.
• Бак меньше часовой воды. К концу загруженного часа бак выбран, а водопроводная вода идёт в душ почти неохлаждённой.
• Неутеплённые трубы и бак. В бане при 25–30 °C на холодных трубах выпадает конденсат, а вода к душу приходит на несколько градусов теплее. Толщину изоляции считает расчёт теплоизоляции трубопроводов.
• Зимняя температура водопровода. Зимой вода из сети 5–8 °C и охлаждать почти не нужно, а летом 15–20 °C. Чиллер, посчитанный по зимней воде, летом не даст ледяного душа.