Чиллер для аквариума и УЗВ: расчёт холодопроизводительности

Чиллер для аквариума или установки замкнутого водоснабжения (УЗВ) подбирают по теплу, которое попадает в воду: через стенки из тёплого помещения, от насосов и света, от рыбы и биофильтра. Калькулятор складывает эти притоки, добавляет запас и определяет температуру воды чиллера для промежуточного теплообменника.

Откуда берётся тепло

• Стенки и поверхность. Воздух в помещении теплее воды, и тепло идёт через стекло, пластик или бетон и через открытую поверхность. Приток пропорционален разнице температур, поэтому его считают по самому жаркому дню.
• Насосы и фильтры. Мощность насоса в итоге переходит в тепло трения воды о трубы и фильтры, погружной насос отдаёт воде ещё и тепло мотора; долю мощности, уходящую в тепло, считают в расчёте тепловыделений от электродвигателей. Сюда же относят УФ-стерилизаторы, флотаторы и аэрацию.
• Свет. Лампы над открытой водой нагревают её излучением; над рифовым аквариумом свет бывает главным источником тепла.
• Рыба и биофильтр. Рыба тратит корм на дыхание, бактерии биофильтра окисляют её отходы, и то и другое выделяет тепло. В УЗВ с плотной посадкой это заметная часть нагрузки.
• Подпитка. Свежая вода теплее воды в системе добавляет нагрузку, холоднее — снижает её. Калькулятор подпитку не учитывает; тёплую подпитку досчитывают в расчёте мощности по расходу и температурам.

Формула

A = 6 × V^2/3

Q_ст = U × A × (t_возд − t_в) / 1000

Q = (Q_ст + N + 1,5 × M / 1000) × 1,15

G = Q / (1,163 × 5)

A — площадь стенок, дна и поверхности воды, м², как у куба того же объёма; V — объём воды в системе, м³; U — коэффициент теплопередачи стенок, Вт/(м²·°C); t_возд — воздух в помещении в самый жаркий день, °C; t_в — вода в ёмкости, °C; Q_ст — приток через стенки, кВт, если воздух не теплее воды — ноль; N — мощность насосов, света и другого оборудования, кВт; M — масса рыбы, кг; 1,5 — тепло рыбы вместе с биофильтром, Вт на кг, ориентировочно; 1,15 — запас 15 %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды чиллера при нагреве на 5 °C, м³/ч.

Всю мощность оборудования считаем теплом в воду, а испарение с поверхности, которое воду охлаждает, не учитываем: так нагрузка получается с запасом.

Вода от чиллера идёт в промежуточный теплообменник, поэтому она холоднее воды в ёмкости: принимаем на 8 °C, но не теплее 15 °C — верхней границы серийных чиллеров. Если для этого нужна вода холоднее 5 °C, то есть вода в ёмкости ниже 13 °C, чиллер работает на гликоле, долю которого считают в расчёте концентрации гликоля, и его подбирают индивидуально.

Пример расчёта

УЗВ для форели: 20 м³ воды в пластиковых бассейнах, вода 16 °C, в цеху летом до 28 °C, насосы, аэрация и УФ-стерилизатор потребляют 2 кВт, в системе 1000 кг рыбы.

1. Площадь: A = 6 × 20^2/3 = 6 × 7,37 = 44,2 м².
2. Приток через стенки: Q_ст = 5 × 44,2 × (28 − 16) / 1000 = 2,65 кВт.
3. Рыба: 1,5 × 1000 / 1000 = 1,50 кВт; вместе с оборудованием 2 + 1,50 = 3,50 кВт.
4. Холодопроизводительность: Q = (2,65 + 3,50) × 1,15 = 7,07, округлённо 7,1 кВт.
5. Вода от чиллера: 16 − 8 = 8 °C, в пределах серийного ряда. Расход: G = 7,07 / (1,163 × 5) = 1,22 м³/ч.

Как выглядит установка на 7,1 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 7 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать только по объёму воды. Таблицы «ватт на литр» не знают про насосы, свет и рыбу, а в примере они дают больше половины нагрузки. Чиллер, подобранный по объёму, летом не удержит температуру.
• Брать среднюю температуру помещения. При 22 °C вместо летних 28 °C приток через стенки в примере выходит 1,33 кВт вместо 2,65 кВт, вдвое меньше, и в жару вода перегреется.
• Пускать воду системы прямо через испаритель. Медь паяного теплообменника ядовита для рыб и беспозвоночных, морская вода его разъедает. Нужен промежуточный теплообменник из титана, для пресной воды — из нержавеющей стали.
• Нагреватель и чиллер на одной уставке. Они включаются одновременно, и чиллер отводит тепло нагревателя: холодопроизводительности не хватает, электроэнергия уходит впустую; как разносят уставку и дифференциал — в справочнике о настройке чиллера.