Утилизация тепла чиллера: расчёт горячей воды и экономии

Утилизация тепла чиллера даёт на каждый киловатт холода 1,2–1,5 кВт тепла на конденсаторе: чиллер 100 кВт с EER 3 отдаёт в воздух 133 кВт, которыми можно греть воду. Пароохладитель снимает около 15 % этого тепла и даёт воду до 60 °C, полная утилизация через водяной конденсатор — всё тепло, но с водой не горячее 40 °C. Калькулятор считает полезное тепло, объём горячей воды за год и экономию в рублях при вашей цене тепла.

Когда нужен этот расчёт

• На заводе одновременно нужны холод и горячая вода. Пищевые производства, текстиль, гальваника, фармацевтика, прачечные гостиниц: летом чиллер выбрасывает в воздух тепло, а котельная греет воду для мойки и технологии.
• Есть потребитель низкотемпературного тепла. Подогрев приточного воздуха, тёплый пол склада, обратка котельной, подпитка ГВС до 40 °C — им хватает полной утилизации.
• Нужно обосновать исполнение. Утилизация — дополнительный теплообменник, арматура и место в контуре; расчёт показывает, окупится ли она при вашей цене тепла и часах работы.
• Проектируется чиллер в помещении. Водяной конденсатор на утилизацию снимает вопрос, куда девать тепло моноблока в цеху.

Два способа утилизации

Пароохладитель — теплообменник на нагнетании компрессора, перед конденсатором. Газ после сжатия перегрет до 70–90 °C, и, пока он остывает до температуры конденсации, можно нагреть воду до 55–65 °C. Это только теплота перегрева — ориентировочно 10–20 % тепла конденсатора, в калькуляторе 15 %. Зато чиллер работает как обычно: холодопроизводительность и EER не меняются, вода нужна для ГВС и мойки.

Полная утилизация — водяной конденсатор вместо воздушного или параллельно с ним. Вода забирает всё тепло конденсатора, но её температура ограничена температурой конденсации: при 40 °C на выходе чиллер работает примерно как при воздухе +35 °C, выше — холод и EER падают, по 2–3 % на градус. Поэтому полную утилизацию применяют там, где нужно много тепла низкого потенциала: подогрев притока, тёплые полы, предварительный нагрев воды перед котлом. Как устроен реверс и чем он отличается от утилизации, объяснено в справочнике о чиллере и тепловом насосе.

Формула

Q_к = Q × (1 + 1 / EER)

Q_п = Q_к × k

E = Q_п × a × h; С = E × Ц; V = E / (1,163 × Δt)

• Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; EER — паспортный, при воде 7 °C и воздухе +35 °C; откуда берётся это число, разобрано в справочнике о потребляемой мощности чиллера.
• Q_к — тепло конденсатора при полной нагрузке, кВт: холод плюс мощность компрессоров.
• k — доля тепла, которую забирает вода: пароохладитель 0,15, полная утилизация 1,0.
• a — средняя загрузка чиллера за год, доля; h — часов в год, когда тепло есть кому отдавать: если горячая вода нужна только в смену, берут часы смены, а не часы работы чиллера.
• Ц — цена тепла, которое вы сейчас покупаете или производите, ₽/кВт·ч (таблица ниже); Δt — нагрев воды в утилизаторе: 10 → 60 °C для пароохладителя, 10 → 40 °C для полной утилизации.

Для газа 1 м³ даёт около 9,45 кВт·ч тепла, 1 л дизеля — около 10 кВт·ч, 1 Гкал = 1163 кВт·ч. Именно поэтому утилизация окупается быстро там, где воду греют электричеством или дизелем, и медленно — там, где есть дешёвый газ: разница в цене тепла почти десятикратная.

Пример расчёта

Чиллер 100 кВт, EER 3,0, пароохладитель; средняя загрузка 50 %, горячая вода нужна две смены — 4000 ч в год; воду сейчас греет газовый котёл с учётом обслуживания — 1,2 ₽/кВт·ч.

1. Тепло конденсатора: Q_к = 100 × (1 + 1/3) = 133,3 кВт.
2. Полезное тепло пароохладителя: Q_п = 133,3 × 0,15 = 20,0 кВт.
3. Тепло за год: E = 20,0 × 0,5 × 4000 = 40 000 кВт·ч = 40,0 МВт·ч.
4. Экономия: С = 40 000 × 1,2 = 48 000 ₽ в год.
5. Горячей воды 10 → 60 °C: V = 40 000 / (1,163 × 50) = 687,9, округлённо 688 м³ в год — около 1,4 м³ за смену.

При полной утилизации те же условия дают 133,3 × 0,5 × 4000 = 266 667 кВт·ч и 320 000 ₽ в год, но водой 40 °C: её нужно куда-то деть — на подогрев притока или в обратку котельной. Сколько сам чиллер тратит электроэнергии за те же часы, показывает расчёт расхода электроэнергии чиллера; если тепла нужно больше, чем даёт утилизация, и зимой тоже, это уже задача для теплового насоса.

Типовые ошибки

• Ждать от пароохладителя всё тепло конденсатора. Он снимает только перегрев — 10–20 %. Если нужны 100 кВт горячей воды, нужен водяной конденсатор, а вода будет не горячее 40–45 °C.
• Поднимать температуру воды «для ГВС» на полной утилизации. Вода 55 °C на водяном конденсаторе — это конденсация 60 °C и потеря 20–30 % холода; при жаре чиллер уйдёт в аварию по высокому давлению. Температуру утилизации берут не выше, чем нужно потребителю тепла.
• Считать по часам чиллера, а не по часам потребителя тепла. Чиллер работает круглосуточно, а мойка — одну смену: без бака горячей воды утилизируется только тепло этой смены. Объём бака считают по расчёту времени охлаждения воды в баке — для нагрева формула та же.
• Добавлять утилизацию к готовому чиллеру. Пароохладитель врезают в контур хладагента, водяной конденсатор меняет схему — это заводское исполнение, его записывают в задание при подборе; что ещё входит в задание, собрано в справочнике о характеристиках и опросном листе.