Калькулятор тепла и холода: 4 схемы с АБХМ и чиллерами на 10 лет

Калькулятор сравнивает четыре схемы тепло- и холодоснабжения одного объекта: АБХМ прямого сгорания, котлы с турбочиллером, котлы с АБХМ на горячей воде и котлы с моноблочными чиллерами. Он считает годовой расход газа, электричества и воды, вложения и стоимость владения за 10 лет. На объекте по умолчанию — 3000 кВт тепла и 2300 кВт холода в Петербурге — лучшая и худшая схемы расходятся на 16,1 млн ₽ за 10 лет.

Я сделал его для тех, кто выбирает схему на стадии концепции: инженеров заказчика, проектировщиков, технических директоров. Спор «газ или электричество» обычно идёт на ощущениях. Здесь каждая цифра раскрывается: наведите курсор или нажмите на число, и увидите, из чего оно сложилось. Подробно о самих схемах — в статье «Охлаждение ЦОД: пять схем на 5000 кВт» и в разборе «Что такое АБХМ».

Как пользоваться

1. Выберите город. Подставятся среднемесячные температуры и расчётная наружная температура. В списке восемь городов: Санкт-Петербург, Москва, Казань, Екатеринбург, Новосибирск, Красноярск, Владивосток, Краснодар.

2. Задайте тепловую и холодильную мощность объекта, температуру внутри, пороги включения отопления и холода, среднюю загрузку холода, часы в сутки и дни в неделю.

3. Откройте блок «Тарифы и деньги» и поставьте свои цены на газ, электричество, воду и техприсоединение. Все цены с НДС — так, как их видит заказчик в счёте.

4. Если есть свои цифры, поправьте цены оборудования, параметры градирни, коэффициенты машин и котлов. Расчёт пересчитывается сразу.

5. Смотрите вердикт сверху и карточки схем. Они отсортированы по стоимости владения за 10 лет, лидер помечен «дешевле всех».

6. Таблица «Когда выгоднее станет другая схема» показывает порог: при каком тарифе второе место обгонит лидера.

7. Кнопка «Сохранить в PDF» выгружает результат и все исходные данные — удобно приложить к протоколу или техзаданию.

Что заложено в расчёт

Потребность объекта одна для всех схем, различается только способ её закрыть.

Тепло. Для каждого месяца пиковая мощность умножается на отношение «температура внутри минус среднемесячная» к «температура внутри минус расчётная наружная», затем на часы месяца. Отопление работает круглые сутки в месяцах со средней температурой ниже 8 °C. Результат делится на КПД распределения (0,96), регулирования (0,97) и отдачи (0,98) — вместе 0,913.

Холод. Номинальная мощность × средняя загрузка (0,8) × часы работы. Холод включается в месяцах со средней температурой от 12 °C, 10 часов в сутки, 6 дней в неделю. Для Петербурга это июнь — август, 789 часов в год. На те же КПД делится и холод.

Мокрая градирня. Тепло, которое она снимает, — это холод плюс подведённая к машине энергия: холод × (1 + 1 ÷ COP). Расход воды через конденсатор — по перепаду 5 °C (режим 32/27), насосы — по расходу и напору 18 м при КПД 0,72, вентиляторы — 8,5 Вт на кВт отвода. Подпитка с продувкой — 2,1 л/ч на кВт отвода, к цене воды добавляется 20 % на химводоподготовку.

Расход газа = тепло ÷ КПД котла (или машины) ÷ теплота сгорания газа 9,59 кВт·ч/м³. Для АБХМ на горячей воде летом добавляется газ на генератор: холод ÷ 0,72 ÷ КПД котла на 90 °C.

Стоимость владения за 10 лет = вложения + эксплуатация каждого года с ростом тарифов 8 % в год, приведённая к сегодняшним деньгам по ставке 18 %.

Вложения = оборудование + монтаж и обвязка (25 % для схем с градирней, 12 % для моноблока) + плата за техприсоединение: заявляемая электрическая мощность × 36 000 ₽ за кВт.

АБХМ прямого сгорания покупается на большую из двух мощностей — тепловую или холодильную, отдельной котельной в этой схеме нет. В схеме с АБХМ на горячей воде котельная должна покрыть и отопление, и генератор машины, поэтому её мощность тоже берётся по большей из двух потребностей. Откуда взята каждая цена, видно в подсказке «Откуда цены» в карточке схемы.

Пример расчёта

Объект по умолчанию: Петербург, 3000 кВт тепла, 2300 кВт холода. За год ему нужно 7 843 МВт·ч тепла и 1 590 МВт·ч холода, градусо-сутки — 4 374.

Лидер — котлы с АБХМ на горячей воде. Котельная нужна на 3 194 кВт: генератору АБХМ требуется 2300 ÷ 0,72 = 3 194 кВт, это больше отопительной нагрузки. Градирня снимает 2300 × (1 + 1 ÷ 0,72) = 5 494 кВт. Оборудование стоит 75,3 млн ₽, монтаж — 18,8 млн ₽, техприсоединение 145 кВт — 5,2 млн ₽. Всего вложить 99,3 млн ₽.

Газ за год: 771 569 м³ на отопление (7 843 МВт·ч ÷ 1,06 ÷ 9,59) и 250 294 м³ на холод (1 590 МВт·ч ÷ 0,72 ÷ 0,92 ÷ 9,59), итого 12,1 млн ₽. Электричество — 178 418 кВт·ч, 1,9 млн ₽. Вода — 9 099 м³, 0,55 млн ₽ с химией. Эксплуатация — 14,5 млн ₽ в год.

Турбочиллер дешевле в эксплуатации на 1,1 млн ₽ в год, но на входе дороже на 17,5 млн ₽, и при ставке 18 % за 10 лет эта разница не отбивается. Калькулятор показывает пороги: турбочиллер выйдет вперёд, если газ подорожает выше 19,42 ₽/м³ или электричество подешевеет ниже 1,23 ₽/кВт·ч.

Климат меняет расклад. При тех же исходных в Москве и Новосибирске лидер тот же, а в Краснодаре вперёд выходит АБХМ прямого сгорания: 196,6 млн ₽ против 199,6 у схемы с АБХМ на горячей воде.

Ограничения

Расчёт годится для сравнения схем между собой, а не для сметы.

• Не учтены помещения под оборудование, дымоходы, газопровод и лимиты газа, резервирование, сервис, ремонты и запчасти. Эти позиции считаются отдельно под объект.

• Модель помесячная. Внутри месяца нагрузка средняя: жаркие дни мая и сентября в холод не попадают, ночное снижение отопления не учитывается.

• Коэффициенты машин постоянные. Зависимость COP от наружной температуры и частичной загрузки, фрикулинг в расчёт не входят.

• Цена турбочиллера принята по ближайшему классу оборудования: в открытых каталогах такие машины идут «по запросу». Цена АБХМ на горячей воде оценочная.

• Ставка техприсоединения по регионам отличается в разы, а именно здесь схемы расходятся сильнее всего. Поставьте свою.

• Потери распределения применяются и к теплу, и к холоду одинаково.

Частые вопросы

Почему схема с коэффициентом 0,72 обходит турбочиллер с COP 6?

Потому что сравнивается не эффективность, а деньги за 10 лет. АБХМ на горячей воде тратит больше газа, но схема требует 145 кВт электрической мощности против 453 у турбочиллера, а сама машина дешевле. На входе экономия 17,5 млн ₽, а годовой проигрыш в эксплуатации — 1,1 млн ₽.

Что значит «стоимость владения за 10 лет»?

Это вложения плюс эксплуатация за 10 лет, где каждый будущий год приведён к сегодняшним деньгам. Тарифы растут на 8 % в год, ставка дисконтирования — 18 %. Обе цифры меняются в панели слева. Подробнее о том, из чего складывается стоимость владения, — в статье «Стоимость владения чиллером».

Почему моноблок проигрывает, хотя у него нет ни градирни, ни водоподготовки?

У моноблока с воздушным конденсатором COP 3,0 — вдвое ниже, чем у турбочиллера. Заявляемая мощность на объекте по умолчанию — 782 кВт, техприсоединение — 28,1 млн ₽, электричество — 6,4 млн ₽ в год. Экономия на градирне и монтаже это не перекрывает.

Можно ли посчитать объект, где холод нужен круглый год?

Приблизительно — да: поставьте порог включения холода ниже самой холодной среднемесячной температуры, 24 часа в сутки и 7 дней в неделю. Но фрикулинг калькулятор не учитывает, поэтому для дата-центров схемы со свободным охлаждением лучше смотреть в статье «Охлаждение ЦОД: пять схем».

Посчитать точно под ваш объект — получить консультацию