Проточная вода или чиллер: расчёт расхода воды и экономии

Охлаждение проточной водой из водопровода выглядит бесплатным, пока не посчитать, сколько кубометров уходит в канализацию: 50 кВт тепла при нагреве воды на 10 °C — это 4,3 м³ каждый час и больше 17 тысяч м³ за две смены в год. Калькулятор считает расход и стоимость воды на проток, электроэнергию чиллера на ту же нагрузку и разницу между ними, а также холодопроизводительность чиллера, который заменит проток.

Когда нужен этот расчёт

• Оборудование охлаждается водопроводной водой на слив. Сварочные аппараты, индукционные установки, лазеры, вакуумные насосы, маслоохладители, конденсаторы — всё, что подключили «временно» к крану, и вода идёт в канализацию годами.
• Вырос счёт за воду. Тарифы на воду и водоотведение растут, и статья «водоснабжение» в расходах цеха становится заметной — расчёт показывает, какая её часть уходит на охлаждение.
• Летом не хватает холода. Вода из сети летом 15–20 °C, и оборудование перегревается; чиллер даёт стабильные 10–15 °C круглый год.
• Нужно обосновать покупку. Экономия в рублях за год — цифра для сравнения со стоимостью чиллера и монтажа; срок окупаемости считают, разделив стоимость на экономию.

Формула

G = Q / (1,163 × Δt)

С_в = G × h × Т_в

С_э = Q × h × (d / EER_ж + (1 − d) / EER_п + 0,035) × Т_э

• G — расход воды на проток, м³/ч; Q — тепловая нагрузка, кВт; 1,163 — теплоёмкость кубометра воды, кВт·ч/(м³·°C); Δt — нагрев воды в оборудовании, °C;
• С_в — стоимость воды и стока за год, ₽; h — часов работы в год; Т_в — тариф на воду вместе с водоотведением, ₽/м³;
• С_э — стоимость электроэнергии чиллера за год, ₽; d — доля жарких часов, 0,2; EER_ж — EER чиллера в жару при его температуре воды: 3,0 × (1 + 0,03 × (t − 7)); EER_п — в прохладные часы, в 1,3 раза выше; 0,035 — насос и вентиляторы, доля холодо­производительности; Т_э — тариф, ₽/кВт·ч.

Чиллер в расчёте даёт воду той же температуры, что сеть, но не выше 15 °C — верхней границы серийного ряда; его холодо­производительность — нагрузка с запасом 15 %. Модель электроэнергии та же, что в расчёте расхода электроэнергии чиллера за год, при полной загрузке; если оборудование работает с перерывами, обе статьи расходов уменьшаются пропорционально.

Пример расчёта

Индукционная установка 50 кВт охлаждается водой из сети 15 °C с нагревом на 10 °C, работает две смены — 4000 ч в год. Вода вместе с водоотведением стоит 100 ₽/м³, электроэнергия 8 ₽/кВт·ч.

1. Расход воды: G = 50 / (1,163 × 10) = 4,299 м³/ч, за год 4,299 × 4000 = 17 197 м³.
2. Стоимость воды: 17 197 × 100 = 1 719 690 ₽ в год.
3. EER чиллера при воде 15 °C: 3,0 × (1 + 0,03 × 8) = 3,72 в жару, 4,836 в прохладные часы.
4. Электроэнергия: 50 × 4000 × (0,2 / 3,72 + 0,8 / 4,836 + 0,035) = 50 838 кВт·ч, 406 703 ₽ в год.
5. Экономия: 1 719 690 − 406 703 = 1 312 987 ₽ в год.
6. Холодо­производительность чиллера: 50 × 1,15 = 57,5 кВт, вода 15 °C.

Как выглядит установка на 57,5 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 55 кВт. Нагрузку конкретного оборудования считают его задачи: индукционный нагреватель, сварка, вакуумный насос.

Типовые ошибки

• Считать только воду, без стока. Водоотведение стоит почти столько же, сколько вода, и вся проточная вода уходит в канализацию: тариф в расчёте — сумма двух.
• Брать зимний расход. Зимой вода из сети 5–8 °C и её нужно вдвое меньше; годовой расход считают по летней воде или по счётчику за год.
• Забыть про требования к стокам. Тёплая вода с маслом или эмульсией в канализацию — повод для штрафа; замкнутый контур снимает и эту проблему.
• Переходить на чиллер с той же обвязкой. В замкнутом контуре нужны фильтр, расширительный бак и подготовленная вода — иначе накипь из сети, которую раньше смывало протоком, осядет в теплообменниках. Что заливать в контур, сказано в справочнике о воде для чиллера; оценка срока службы и затрат на годы — в расчёте стоимости владения.