Два чиллера могут обеспечивать одинаковую холодопроизводительность и при этом заметно отличаться по эксплуатационным затратам. Более того, агрегат с лучшим паспортным EER не обязательно окажется экономичнее после установки на конкретном объекте.

Причина в том, что чиллер не работает изолированно. Для производства и передачи холода нужны насосы, вентиляторы, а в некоторых схемах – градирни, драйкулеры и дополнительные насосные контуры. К этому добавляются частичные нагрузки, реальные температуры холодоносителя и условия отвода тепла. В результате стоимость холода определяется не одной цифрой из каталога, а режимом всей системы.

Поэтому техническому специалисту полезнее задать другой вопрос: сколько электроэнергии объект фактически расходует, чтобы получить 1 кВт·ч полезного холода?

Почему EER чиллера недостаточно для оценки затрат

EER показывает отношение холодопроизводительности к потребляемой электрической мощности в определённой рабочей точке. Например, если чиллер выдаёт 500 кВт холода и при этом потребляет 125 кВт электроэнергии, его EER равен 4.

Это удобный показатель для сравнения оборудования, но только при сопоставимых условиях. Температура наружного воздуха или охлаждающей воды, температура холодоносителя на выходе из испарителя, нагрузка на компрессоры – всё это влияет на фактическую эффективность.

Особенно заметна разница при сезонной эксплуатации. Чиллер редко проводит весь год в номинальной точке. Значительную часть времени нагрузка может составлять 30–70%, наружная температура меняется, количество работающих компрессоров или их производительность регулируется, а насосы и вентиляторы переходят на другие режимы.

Поэтому номинальный EER отвечает на вопрос о характеристиках самого агрегата в заданной точке, но недостаточно для оценки стоимости холода за месяц или сезон.

Что на самом деле потребляет электроэнергию в системе холодоснабжения

Для расчёта нужно определить границу энергобаланса. Если требуется оценить именно чиллер, учитывается его собственное электропотребление. Если задача – понять стоимость холода, фактически доставленного потребителям, границу необходимо расширить на вспомогательное оборудование.

В зависимости от схемы в расчёт могут входить:

• компрессоры чиллера, вентиляторы воздушного конденсатора, насосы испарительного контура, насосные станции первичного и вторичного контуров;
• насосы конденсаторного контура, вентиляторы градирен или драйкулеров и другое оборудование, без работы которого заданное количество холода невозможно получить и передать потребителю.

Здесь легко получить ошибочный результат. Если сравнивать только потребление компрессоров одного варианта с полным потреблением другого, расчёт формально будет выглядеть убедительно, но сравниваться будут разные системы.

Поэтому ещё до сбора данных необходимо определить, где именно измеряется полезный холод и какие потребители электроэнергии относятся к его производству.

Как рассчитать стоимость 1 кВт·ч холода

Для короткого установившегося режима расчёт можно представить достаточно просто. Сначала определяется фактическая холодопроизводительность:

Q₀ = G × ρ × cp × ΔT

где G – объёмный расход холодоносителя, ρ – его плотность, cp – удельная теплоёмкость, ΔT – разница температур между входом и выходом испарителя или выбранной границы системы.

Затем суммируется электрическая мощность оборудования, необходимого для получения этого холода:

PΣ = Pчиллера + Pнасосов + Pвентиляторов + Pвспомогательного оборудования

Отношение полезной холодопроизводительности к общей потребляемой мощности даст фактический коэффициент эффективности системы:

EERсист = Q₀ / PΣ

Если тариф на электроэнергию составляет Cэл, ориентировочную стоимость 1 кВт·ч произведённого холода можно определить как:

Cхол = Cэл / EERсист

Для реального объекта правильнее считать не по мгновенной мощности, а по энергии за выбранный интервал:

Cхол = (Wэл × Cэл) / Wхол

где Wэл – фактически потреблённая электрическая энергия, а Wхол – количество произведённой полезной холодильной энергии за тот же период.

Именно второй вариант позволяет увидеть реальную картину за сутки, месяц или сезон.

Как насосы меняют экономику чиллера

Насосное оборудование часто воспринимается как второстепенная часть энергопотребления, особенно на фоне мощных компрессоров. Однако при круглосуточной эксплуатации даже сравнительно небольшая лишняя мощность насоса превращается в существенный годовой расход.

Характерный пример – система с избыточным расходом холодоносителя. Температурная разница между подачей и обраткой уменьшается, насосы прокачивают больше жидкости, чем действительно требуется, а их энергопотребление возрастает. Сам чиллер при этом может демонстрировать вполне приемлемые параметры.

Ещё сильнее результат зависит от способа регулирования. Насос, постоянно работающий с высокой частотой вращения и регулируемый дросселированием, и насос с корректно настроенным частотным управлением могут обеспечивать одну и ту же технологическую задачу с разными затратами электроэнергии.

Поэтому при подборе гидромодуля важна не только способность обеспечить расчётный расход и напор. Необходимо понимать, где будет находиться рабочая точка насосов при наиболее продолжительных режимах эксплуатации.

Почему температура конденсации напрямую влияет на цену холода

Компрессору необходимо поднять давление хладагента от уровня испарения до уровня конденсации. Чем тяжелее эти условия, тем больше работы требуется компрессору.

Для чиллера с воздушным охлаждением ситуация особенно хорошо заметна летом. Загрязнение конденсатора, высокая наружная температура, рециркуляция нагретого воздуха или неудачное размещение агрегата способны увеличить температуру и давление конденсации. Чиллер продолжит выдавать холод, но электроэнергии на это потребуется больше.

Получается важная для эксплуатации ситуация: холодопроизводительность практически не изменилась, аварий нет, заданная температура поддерживается, однако стоимость каждого произведённого кВт·ч холода уже выросла.

У водоохлаждаемых машин зависимость сохраняется, только причины следует искать в конденсаторном контуре – температуре охлаждающей воды, состоянии теплообменника, работе градирни и насосного оборудования.

Температура испарения тоже имеет свою цену

Иногда энергозатраты увеличивают сами требования системы. Чем более низкую температуру холодоносителя необходимо поддерживать, тем ниже должна быть температура кипения хладагента и тем тяжелее становится режим компрессора.

Поэтому привычная эксплуатационная логика «сделаем воду похолоднее, чтобы точно хватило» не всегда безобидна. Если потребителям достаточно, например, более высокого температурного графика, необоснованное снижение уставки может заставить чиллер весь сезон работать при менее выгодных условиях.

Это особенно важно учитывать при модернизации системы. До замены чиллера имеет смысл проверить, действительно ли объекту необходим существующий температурный график или он сохранился со времени первоначального проекта и больше не соответствует реальной нагрузке.

Частичная нагрузка может полностью изменить сравнение двух чиллеров

Представим два агрегата. У первого каталожный EER в номинальной точке немного выше, чем у второго. Если бы оба весь сезон работали со 100% нагрузкой при одинаковых условиях, сравнение было бы достаточно простым.

Но реальный объект большую часть года может требовать только половину установленной мощности. Тогда гораздо важнее становится то, как каждый чиллер регулирует производительность.

Многое зависит от количества компрессоров, диапазона регулирования, применения инверторных приводов, минимальной устойчивой производительности и логики ступенчатого включения. Если агрегат при малой нагрузке постоянно запускает и останавливает компрессоры, его сезонная эффективность окажется ниже, чем у машины, способной устойчиво работать в этой области.

Поэтому при подборе чиллера полезно сравнивать не одну паспортную точку, а несколько характерных режимов объекта.

Почему мгновенный EER тоже может ввести в заблуждение

Допустим, замеры провели в 11 часов утра, когда наружная температура умеренная и объект загружен на 60%. Получился хороший показатель эффективности. Но после обеда температура воздуха увеличилась, давление конденсации выросло, а нагрузка приблизилась к максимуму. Ночью ситуация снова изменилась.

Один замер показывает состояние системы только в конкретный момент. Для экономической оценки этого мало.

Гораздо полезнее собирать тренды. В течение выбранного периода фиксируются температуры подачи и обратки, расход холодоносителя, электрическая мощность оборудования, наружная температура, загрузка компрессоров и параметры конденсации. После этого можно определить не только среднюю эффективность, но и режимы, в которых система начинает расходовать непропорционально много энергии.

Иногда именно такой анализ показывает, что проблема находится вовсе не в чиллере. Например, значительная часть дополнительных затрат может приходиться на постоянно работающие насосы или вентиляторы.

Как найти режимы, в которых холод становится особенно дорогим

Само значение стоимости 1 кВт·ч холода полезно, но для технической диагностики важнее понять, почему оно изменяется.

Если стоимость заметно растёт вместе с наружной температурой, стоит проверить конденсацию и воздушную сторону. Если провал эффективности наблюдается преимущественно при малой нагрузке, нужно анализировать регулирование производительности и вспомогательное оборудование. Если потребление насосов почти не меняется при сильном снижении нагрузки, отдельного внимания требует гидравлика.

Так расчёт превращается из экономического показателя в инструмент диагностики системы.

Какие данные собрать перед модернизацией чиллера

Решение о замене оборудования только на основании возраста машины и паспортного EER редко даёт точное представление о потенциальной экономии. Сначала желательно получить профиль существующей системы хотя бы для характерных режимов эксплуатации.

Специалисту понадобятся фактическая холодопроизводительность, потребление чиллера и вспомогательного оборудования, температуры холодоносителя, расход, параметры конденсации, наружные условия и распределение нагрузки во времени.

На основе этих данных уже можно моделировать другой чиллер и сравнивать не каталожные коэффициенты, а ожидаемое потребление электроэнергии при том же профиле нагрузки.

При подборе и модернизации чиллеров специалисты «ПромВентХолод» могут учитывать не только требуемую пиковую мощность, но и реальные режимы объекта. Такой подход особенно важен для систем с большим количеством часов работы, где небольшая разница в эффективности на наиболее продолжительном режиме за год оказывается существеннее разницы паспортных показателей в номинальной точке.

Стоимость холода нужно считать для системы, а не для отдельного чиллера

Чиллер может быть полностью исправен и при этом производить неоправданно дорогой холод. Причиной необязательно будет низкая эффективность компрессоров. Лишние затраты могут появляться из-за высокой температуры конденсации, слишком низкой уставки холодоносителя, избыточного насосного расхода или неэффективной работы при частичной нагрузке.

Поэтому для оценки системы холодоснабжения показатель EER стоит рассматривать только как одну из исходных характеристик. Реальную картину даёт количество полезного холода, полученное на каждый потреблённый кВт·ч электроэнергии за репрезентативный период.

И уже этот показатель позволяет предметно решать, что действительно требуется объекту – другой чиллер, модернизация гидравлики, изменение алгоритмов управления или корректировка рабочих режимов.