Сколько электроэнергии потребляет чиллер: мощность и EER

Чиллер с воздушным конденсатором потребляет из сети примерно в три раза меньше электроэнергии, чем даёт холода: мощность компрессоров равна холодопроизводительности, делённой на холодильный коэффициент EER. Чиллер на 100 кВт в жару берёт около 35 кВт вместе с вентиляторами и насосом, в прохладную погоду меньше. Расход за год считают по часам работы, нагрузке и температуре воздуха.

Из чего складывается потребляемая мощность

Потребляемая мощность чиллера — сумма мощностей его электрических потребителей.

• Компрессоры — основная часть. Их мощность зависит от холодопроизводительности и от того, насколько вода холоднее наружного воздуха.
• Вентиляторы конденсатора — у чиллеров с воздушным охлаждением. Мощность указана в паспорте модели; в жару вентиляторы работают на полной скорости, в прохладную погоду контроллер их замедляет.
• Насос — если он встроен в чиллер или стоит в гидромодуле. Мощность зависит от расхода воды и напора контура.
• Подогревы и автоматика — подогрев картера компрессора, бака и испарителя, контроллер. Мощность небольшая, но подогревы работают и при остановленном компрессоре.

N = N_к + N_в + N_н

N_к = Q / EER

N_н = G × H / (367 × η)

N — потребляемая мощность чиллера, кВт; N_к, N_в, N_н — мощность компрессоров, вентиляторов и насоса, кВт; Q — холодопроизводительность, кВт; EER — холодильный коэффициент компрессоров, кВт холода на 1 кВт их мощности; G — расход воды, м³/ч; H — напор насоса, м; η — КПД насоса с двигателем, ориентировочно 0,4–0,6; 367 — пересчёт расхода в м³/ч и напора в м в киловатты для воды.

В каталогах EER обычно указывают по европейскому стандарту EN 14511: в потребляемую мощность там уже входят вентиляторы и часть мощности насоса, которая уходит на сопротивление самого чиллера. Такой EER ниже, чем у одних компрессоров, и сравнивать его надо с таким же каталожным.

Что такое EER и COP

EER (energy efficiency ratio) — холодильный коэффициент чиллера или кондиционера: сколько киловатт холода машина даёт на 1 кВт потребляемой электроэнергии. EER 3 означает, что на 100 кВт холода из сети уходит около 33 кВт. EER всегда указывают вместе с условиями: температурой воды или воздуха в помещении и наружного воздуха; без них числа разных машин сравнивать нельзя. COP — такой же коэффициент для нагрева у реверсивных машин и тепловых насосов: он выше EER, потому что к теплу добавляется мощность самого компрессора.

От чего зависит EER

EER тем выше, чем меньше разница между температурой воды и наружного воздуха. Компрессор поднимает давление хладагента от кипения в испарителе до конденсации в конденсаторе, и чем больше этот подъём, тем больше работы на каждый киловатт холода.

• Наружный воздух. В жару давление конденсации растёт, и EER падает; подробно — в справочнике о чиллере в жару.
• Температура воды. Чем холоднее вода на выходе, тем ниже кипение хладагента и тем ниже EER. Для гликоля с минусовой температурой он ещё ниже — об этом справочник о низкотемпературном чиллере.
• Нагрузка. При неполной нагрузке теплообменники работают с запасом, и чиллер со ступенями или частотным регулированием расходует на киловатт холода меньше. Это учитывают сезонные показатели ESEER, SEER и SEPR, которые указывают в каталогах. Больше всего на частичной нагрузке экономит чиллер с плавным регулированием — справочник об инверторном чиллере.

Значения посчитаны для идеального цикла на хладагенте R410A: кипение на 5 °C ниже температуры воды на выходе, конденсация на 15 °C выше температуры воздуха, КПД компрессора 0,7. Реальная машина отличается в обе стороны, поэтому для расчёта берут характеристики конкретной модели, а таблицу — для оценки и сравнения режимов. Когда воздух холоднее 20 °C, вентиляторы держат давление конденсации, и EER растёт уже медленнее.

Пример для чиллера на 100 кВт

Чиллер с воздушным конденсатором, 100 кВт, вода 12/17 °C, воздух 35 °C. Встроенный насос даёт напор 20 м, КПД насоса 0,5, вентиляторы по паспорту потребляют 3,0 кВт.

1. Компрессоры: по таблице EER = 3,3, N_к = 100 / 3,3 = 30,3 кВт.
2. Расход воды: G = 100 / (1,163 × 5) = 17,2 м³/ч.
3. Насос: N_н = 17,2 × 20 / (367 × 0,5) = 1,9 кВт.
4. Всего: N = 30,3 + 3,0 + 1,9 = 35,2 кВт — около трети холодопроизводительности.

Сколько чиллер потребляет за год

E = Σ (Q_i / EER_i × t_i) + N_н × t

E — расход электроэнергии компрессорами и насосом за год, кВт·ч; Q_i — средняя нагрузка в i-й период, кВт; EER_i — по средней температуре воздуха в этот период; t_i — часы работы в периоде; t — часы работы насоса за год. Вентиляторы добавляют по паспорту и часам работы.

Тот же чиллер работает 4000 часов в год со средней нагрузкой 70 кВт: 1000 летних часов при воздухе около 30 °C и 3000 часов прохладнее 25 °C. Для прохладных часов берут EER как при 25 °C — с запасом.

1. Лето: 70 / 3,9 × 1000 = 17 949 кВт·ч.
2. Остальное время: 70 / 4,7 × 3000 = 44 681 кВт·ч.
3. Насос: 1,9 × 4000 = 7600 кВт·ч.
4. Всего: 17 949 + 44 681 + 7600 = 70 230 кВт·ч в год, плюс вентиляторы.

Тот же расчёт с долей жарких часов, загрузкой и вентиляторами делает калькулятор расхода электроэнергии чиллера за год.

Если нагрузка круглый год, зимой компрессоры можно выключить: воду охлаждает наружный воздух через фрикулинг, и электроэнергию берут только вентиляторы и насос. Сколько это сберегает за год, считают в расчёте экономии от фрикулинга.

Электропитание

Кабель и автомат выбирают по наибольшему рабочему току из паспорта модели — при самом жарком воздухе, в котором чиллер должен работать. В примере при воздухе 40 °C компрессорам нужно 100 / 2,8 = 35,7 кВт против 30,3 кВт при 35 °C, почти на 20 % больше.

Пусковой ток компрессора без плавного пуска в несколько раз больше рабочего. Если компрессоров несколько, контроллер запускает их по очереди, и ввод рассчитывают на пуск последнего при работающих остальных; как по нему выбирают автомат, кабель и УЗО, разобрано в справочнике о пусковом токе чиллера.

Подогревы картера и испарителя зимой оставляют под напряжением, даже когда чиллер стоит: иначе хладагент растворяется в масле компрессора, а вода в испарителе может замёрзнуть. Требования к подключению — в справочнике о монтаже чиллера.

Что из этого следует для подбора

• Не задавать воду холоднее, чем нужно процессу. При воздухе 35 °C вода 7 °C вместо 12 °C требует 100 / 2,8 = 35,7 кВт компрессоров вместо 30,3 кВт. Холодопроизводительность и температуру воды считают по процессу, например в расчёте мощности по расходу и температурам.
• Сравнивать модели при одинаковых условиях. EER берут при тех же температурах воды и воздуха и по одному стандарту, а для работы круглый год — сезонные показатели.
• Не завышать напор насоса. Лишние метры напора — это мощность, которую насос берёт всё время работы; напор считают в расчёте насоса для чиллера.
• Указать электропитание в задании. Наибольшую температуру воздуха и мощность, которую можно взять на вводе, указывают при подборе — список характеристик есть в справочнике о подборе чиллера.