Экономия инверторного чиллера: расчёт по загрузке и часам работы

Экономия инверторного чиллера зависит не от его паспортного EER, а от того, сколько часов в году он работает не на полную: на нагрузке 50 % инверторный компрессор тратит примерно на треть меньше электроэнергии, чем ступенчатый той же мощности, а при полной нагрузке разницы почти нет. Калькулятор считает расход электроэнергии ступенчатого и инверторного чиллера за год по средней загрузке, температуре воды и числу часов работы и показывает экономию в рублях.

Расчёт экономии инверторного чиллера

Холодопроизводительность, кВт

EER по паспорту Вода на выходе, °C

Средняя загрузка за год 30 % — нагрузка редко, в основном простой 50 % — переменная нагрузка 70 % — ровная нагрузка с паузами 90 % — почти полная Электроэнергия, ₽/кВт·ч Работа в год 2000 ч — одна смена 4000 ч — две смены 6000 ч — три смены 8000 ч — круглосуточно Выносной конденсатор

Инверторный компрессор — исполнение по запросу: укажите его в заявке после подбора.

Экономия инвертора в год

153 710

₽

Ступенчатый, МВт·ч/год

54,0

Инверторный, МВт·ч/год

34,8

Экономия, МВт·ч/год

19,2

Доля экономии

36 %

Подобрать чиллер на 100,0 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Оборудование не укладывается в калькулятор? Опишите задачу словами — ассистент посчитает нагрузку и подберёт чиллер

Что охлаждаете, сколько и при какой температуре Посчитать и подобрать

Когда нужен этот расчёт

• Нагрузка переменная. Термопластавтоматы с длинным циклом, лазеры в ожидании, холодильные камеры с редкой загрузкой: чиллер подобран по пику, а большую часть года работает на 30–60 %.
• Чиллер работает круглый год в две-три смены. Экономия пропорциональна часам: при 2000 ч в год разница небольшая, при 6000–8000 ч она окупает надбавку за инверторное исполнение за один-два сезона.
• Нужно обосновать надбавку. Инверторный компрессор ставят по запросу и он дороже ступенчатого. Цифра экономии в рублях за год делится на разницу в цене — получается срок окупаемости.
• Чиллер пускается слишком часто. Если в частых пусках компрессора виновата недогрузка, инвертор убирает их вместе с потерями на пусках; буферный бак решает ту же задачу дешевле, но электроэнергию не экономит.

Почему инверторный компрессор экономит при частичной нагрузке

У ступенчатого чиллера компрессор или работает на полную, или стоит. Нагрузку 50 % он отрабатывает пусками: половину времени включён, половину выключен. Каждый пуск — это несколько десятков секунд, пока давление в контуре выравнивается и испаритель выходит на режим, и в это время компрессор потребляет ток, но почти не даёт холода. Стандарт AHRI 550/590 описывает эти потери коэффициентом деградации C_d: при C_d = 0,25 расход электроэнергии на нагрузке 50 % выше расчётного на 14 %.

Инверторный компрессор снижает обороты и держит 50 % производительности непрерывно. Пусков нет, а испаритель и конденсатор, рассчитанные на полную мощность, работают с половинным тепловым потоком: температурный напор на них падает, давление нагнетания ниже, давление кипения выше, и компрессор сжимает хладагент на меньший перепад. Поэтому EER инверторного чиллера при частичной нагрузке выше паспортного, а не ниже. Как устроен такой чиллер и чем отличается от ступенчатого — в справочнике об инверторном чиллере.

Ниже примерно 30 % нагрузки преимущество пропадает: обороты компрессора ограничены снизу, и инверторный чиллер тоже начинает работать пусками. Поэтому для чиллера, который большую часть года стоит без нагрузки, экономия меньше, чем подсказывает средняя загрузка.

Формула

Расход электроэнергии компрессоров за год у ступенчатого чиллера:

E_ст = Q × a × h × m / K_ст

K_ст = 1 − C_d × (1 − a)

У инверторного:

E_ин = Q × a × h × m / K_ин

K_ин = (1 + k_и × (1 − a)) × η_пч

Экономия:

ΔE = E_ст − E_ин; С = ΔE × Т

• Q — холодопроизводительность чиллера, кВт.
• a — средняя загрузка за год, доля от единицы: 0,5 для 50 %.
• h — часов работы в год.
• m — удельный расход электроэнергии на киловатт-час холода при полной нагрузке, кВт·ч/кВт·ч; считается по EER с поправкой на температуру воды и долю жарких часов, как в расчёте расхода электроэнергии чиллера за год: m = 0,2 / EER_ж + 0,8 / (1,3 × EER_ж), где EER_ж = EER × (1 + 0,03 × (t − 7)), t — температура воды на выходе, °C.
• C_d — коэффициент деградации ступенчатого чиллера при циклической работе, принят 0,25 по AHRI 550/590.
• k_и — рост EER инверторного чиллера на единицу недогрузки, принят 0,8: при загрузке 50 % EER выше паспортного в 1,4 раза. При загрузке ниже 30 % инверторный чиллер считается как ступенчатый.
• η_пч — КПД преобразователя частоты, принят 0,97.
• Т — тариф на электроэнергию, ₽/кВт·ч.

Насос и вентиляторы конденсатора у обоих чиллеров одинаковы, в разницу не входят и в формуле не учтены. EER берут из паспорта при воде 7 °C и наружном воздухе +35 °C; откуда он берётся и как связан с потребляемой мощностью чиллера, разобрано отдельно.

Таблица показывает главное: инвертор нужен недогруженному чиллеру. Если чиллер подобран точно и работает на 90 %, он экономит 7 %, и надбавка за инверторное исполнение окупается долго.

Пример расчёта

Чиллер 100 кВт, EER по паспорту 3,0, вода на выходе 12 °C, средняя загрузка 50 %, две смены — 4000 ч в год, тариф 8 ₽/кВт·ч.

1. EER при воде 12 °C: EER_ж = 3,0 × (1 + 0,03 × (12 − 7)) = 3,45.
2. Удельный расход: m = 0,2 / 3,45 + 0,8 / (1,3 × 3,45) = 0,05797 + 0,17837 = 0,23634 кВт·ч/кВт·ч.
3. Холод за год: Q × a × h = 100 × 0,5 × 4000 = 200 000 кВт·ч.
4. Ступенчатый: K_ст = 1 − 0,25 × 0,5 = 0,875; E_ст = 200 000 × 0,23634 / 0,875 = 47 269 / 0,875 = 54 021 кВт·ч, округлённо 54,0 МВт·ч.
5. Инверторный: K_ин = (1 + 0,8 × 0,5) × 0,97 = 1,358; E_ин = 47 269 / 1,358 = 34 808 кВт·ч, округлённо 34,8 МВт·ч.
6. Экономия: ΔE = 54 021 − 34 808 = 19 214 кВт·ч, округлённо 19,2 МВт·ч, или 36 % от расхода ступенчатого.
7. В деньгах: С = 19 214 × 8 = 153 710 ₽ в год (при неокруглённом ΔE = 19 213,8 кВт·ч).

Кнопка ведёт на подбор чиллера на 100 кВт при воде 12 °C: инверторный компрессор — исполнение по запросу, его указывают в заявке после подбора. Если такой чиллер заменяет проточную воду, экономию на воде считают отдельно в расчёте проточной воды и чиллера.

Типовые ошибки

• Считать экономию по паспортному EER. У двух чиллеров с одинаковым EER при полной нагрузке разница в расходе появляется только на частичной. Экономия инвертора — это выигрыш при недогрузке, и без средней загрузки за год её не посчитать.
• Брать загрузку по установленной мощности оборудования. Чиллер подобран с запасом 15 % по пику, а оборудование работает с паузами: реальная средняя загрузка часто 40–60 %, а не 85 %. Заниженная недогрузка занижает экономию в разы.
• Ждать экономии от чиллера, который стоит. При загрузке ниже 30 % инвертор работает пусками так же, как ступенчатый. Для такой задачи выгоднее чиллер меньшей мощности или бак-аккумулятор, который сглаживает пуски.
• Забыть про воду 12–15 °C вместо 7 °C. Чем теплее вода, тем выше EER у обоих чиллеров и тем меньше абсолютная экономия в киловатт-часах при той же доле. Температуру воды в калькуляторе задают ту, что нужна оборудованию, а не паспортные 7 °C.