Фрикулинг: когда чиллер можно выключить и охлаждать улицей
Считаем порог фрикулинга по уличной температуре, часы в году для пяти городов и экономию для чиллера 100 кВт. Честно разбираем, где опция не окупится и почему не лечит летний недобор мощности.
Технологический контур 20/25 °C (станки, СОЖ, масло; лазерам по паспорту IPG YLR-500 нужна вода от 21 °C). В жару воздушный чиллер теряет мощность и может не держать уставку. А в мороз тот же чиллер на 100 кВт холода продолжает работать компрессором: при постоянной нагрузке и принятом для расчета EER 3,2 (условия номинала в карточках каталога не указаны) это около 31 кВт и порядка 274 МВт·ч в год (расчетный пример, на холоде реальное потребление ниже), хотя воду можно остудить уличным воздухом ценой работы вентиляторов. Вы платите дважды: недобором мощности летом и киловатт-часами в холодное время года. Это две разные проблемы. Фрикулинг (free cooling чиллер: охлаждение воды наружным воздухом без компрессора) лечит перерасход электроэнергии в холодное время года (расчетно до 6540 ч в год в Москве при подаче 20/25 и выносном охладителе), но не летний недобор. Ниже считаем экономию электроэнергии чиллера по часам для пяти городов.
Коротко
- Фрикулинг убирает работу компрессора, когда на улице холоднее порога. Летом он не помогает.
- Подходит контурам с подачей 20-25 °C (станки, СОЖ, масло); лазеру по паспорту IPG YLR-500 подача не ниже 21 °C. Для ледяной воды 7/12 °C и гликоля -5/0 °C максимум предохлаждение.
- Порог по воздуху для воды 20/25 °C: около +15 °C для выносного сухого охладителя и около +10,7 °C для встроенной секции. В Москве это 6540 и 5450 ч в году.
- Экономия для 100 кВт при 8760 ч и подаче 20/25: Москва 137-216 МВт·ч в год с выносным охладителем. При 5 днях по 16 ч и средней загрузке 60 % в 3-4 раза меньше (оценка модели).
- Сначала проверьте конденсатор действующей машины.
Чиллер не держит температуру в жару: фрикулинг тут не поможет, проверьте сначала конденсатор
При воздухе +28…+35 °C и воде +25 °C воздух теплее обратки, охлаждать им нечем. Купите секцию, и летний недобор мощности останется прежним. Недобор по прайсу одной модели: 32,5 кВт при +25 °C и 30,5 кВт при +30 °C, около 1,2 % на К. Если продлить эту линию до +35 °C, получится примерно на 12 % ниже, чем при +25 °C (линейная оценка, не паспортные данные; для своей машины смотрите паспорт при +35 и +40 °C). Грязный конденсатор: ламели поднимают температуру конденсации на 5-15 К (допущение). По расчетной модели (оценка) каждые +5 К дают -7 % холода, +7 % мощности, -13 % EER; при +10 К это -14 % холода и -24 % EER. Если температура конденсации поднялась на 10 К (середина допущения 5-15 К), грязная машина при +35 °C работает как чистая при +45 °C. Защита по высокому давлению у грязной машины может срабатывать при воздухе около +30-35 °C, у чистой около +40-45 °C (наша оценка, не паспортные данные; числа по вашей модели смотрите в паспорте).
Замерьте до покупок: разность температуры конденсации и воздуха на входе при 100 % нагрузки, чистоту ламелей, паспорт в своей точке (подача, концентрация гликоля, воздух +35 и +40 °C). Часов ≥28 °C за год: Москва 73, Новосибирск 58, Кемерово 64, Екатеринбург 90, Краснодар 713; ≥33 °C: 1 / 3 / 2 / 6 / 156. Часы ≤15 °C в июле: 129 / 97 / 118 / 166 / 1. Фрикулинг нужен следующим шагом, при круглогодичной нагрузке и допустимой подаче 20-25 °C.
Как работает фрикулинг и при какой температуре на улице выключается компрессор
Вода или гликоль идет через воздушный теплообменник, вентиляторы обдувают его уличным воздухом, компрессор стоит. Режимы: частичный (воздух на 1-2 К холоднее обратки, для 20/25 °C это около +23-24 °C), полный (компрессор выключен) и обычная работа чиллера. «До 80 %» экономии и 50-95 % годовой наработки у производителей это маркетинговые верхние границы, окупаемость по ним не считайте. От градирни отличается тем, что вода не испаряется.
Полный режим требует воздуха заметно холоднее подачи: у выносного охладителя около 5 К (по статье одного европейского производителя систем free cooling). У встроенной секции запас больше: по паспорту одного европейского чиллера (контур 16/10 °C, ΔT 6 К; полный режим при воздухе от -2,3 до +0,7 °C) около 9-12 К ниже подачи, по формуле ниже при ΔT 5 К и ε 0,35 это 9,3 К, то есть примерно на 4 К больше, чем у выносного. Пример паспорта одной модели на 602 кВт (вода 16→10 °C): при воздухе +5 °C 374 кВт (62 %) снимает змеевик без компрессора, остальные 228 кВт компрессоры.
Формулы (инженерная оценка, не каталог):
- ε = (Tвход - Tвыход)/(Tвход - Tвоздуха), эффективность змеевика; Tвход и Tвыход, °C, температуры воды на змеевике. Секция около 0,35, охладитель около 0,5; значения подобраны по паспорту одного чиллера (секция) и статье одного производителя (охладитель) и приняты постоянными, в реальности ε зависит от расхода воздуха и режима вентиляторов.
- Запас approach = ΔT × (1-ε)/ε, К; ΔT = Tобратка - Tподача, К.
- Полный фрикулинг при Tвоздуха ≤ Tподачи - ΔT × (1-ε)/ε.
- Доля частичного режима f = ε × (Tобратка - Tвоздуха)/ΔT; остальное (1-f) снимает компрессор.
Пример: 20/25, ΔT = 5 К, ε = 0,35: запас 5 × 0,65/0,35 ≈ 9,3 К, порог 20 - 9,3 ≈ +10,7 °C. Чем меньше ΔT контура, тем выше порог: в таблице подача 18 °C при ΔT 3 К дает те же +15,0 °C (ε 0,5), что и подача 20 °C при ΔT 5 К.
| Подача/обратка, °C | Порог, ε 0,5 (охладитель), °C | Порог, ε 0,35 (секция), °C |
|---|---|---|
| 18/21 | 15,0 | 12,4 |
| 20/25 | 15,0 | 10,7 |
| 25/30 | 20,0 | 15,7 |
| 15/20 | 10,0 | 5,7 |
| 7/12 | 2,0 | -2,3 |
| гликоль -5/0 | -10,0 | -14,3 |
Выносной охладитель дает больше часов (Москва, 20/25: 6540 против 5450 ч полного режима; пороги в таблице даны без добавки на пластинчатый теплообменник: в непрямой схеме они ниже примерно на 1-2 К, инженерная оценка), но стоит отдельно: место, обвязка, гликолевый контур, второй насос, трехходовой клапан. Секция компактнее, порог ниже примерно на 4 К при ΔT 5 К (по таблице). Прямая схема (вода через змеевик) проще и без добавки к подходу; в непрямой (гликоль в наружном контуре плюс пластинчатый теплообменник) гликоль не попадает в контур потребителя, но к подходу добавляется порядка 1-2 К (инженерная оценка). При минусе нужна непрямая или весь контур на гликоле. Вентиляторам на полной скорости нужно порядка 0,03-0,05 кВт на кВт сброса (инженерная оценка по паспорту сухого охладителя 200 кВт) против 0,31 кВт на кВт холода у чиллера в целом при EER 3,2; на частичной скорости вентиляторы потребляют меньше (по кубическому закону).
Для каких контуров фрикулинг подходит, а где он не окупится
Лазер (пример паспорта): вода 21 °C минимум, типично 22, максимум 25. Шпиндели станков (по статье КРИОТЕРМ, паспорта не вскрывались): GMN 20-25 °C, Fischer 20-24, Haas уставка 25 при диапазоне 20-30. У ТПА (по статье КРИОТЕРМ про пресс-формы) ΔT хладоносителя в форме 3-5 К; формы для ПК и АБС с высокой температурой это термостат. Сусло охлаждают до 6-8 °C водой 1-2 °C, молоко 35 → 4 °C требует хладоносителя около -3…+1 °C: это не фрикулинг, максимум предохлаждение тепловой стадии.
На фото: воздушный моноблок КРИО-AM 23 — смотреть в каталоге
| Контур | Порог (охладитель / секция) | Часов в год | Вердикт |
|---|---|---|---|
| 20/25: станки, СОЖ, масло (лазер IPG YLR-500 при подаче от 21 °C) | +15 / +10,7 °C | охладитель 6540-6970 (Москва, Новосибирск, Кемерово, Екатеринбург), секция 5450-5960 | полный и частичный режим |
| Ледяная вода 7/12 | +2 / -2,3 °C | для охладителя (порог +2 °C): Москва 3500, Новосибирск 4250, Кемерово 4260, Екатеринбург 4200, Краснодар 1090 | по формуле полный режим возможен только ниже порога; на практике считать предохлаждением, экономия не рассчитана |
| Гликоль -5/0 | -10 / -14,3 °C | Москва 530, Сибирь и Урал 1480-1770, Краснодар 34 | только предохлаждение |
Краснодар: при подаче 20/25 часов в 1,3-1,6 раза меньше, для ледяной воды 7/12 в 3-4 раза, для гликоля -5/0 в 16-52 раза (34 ч против 530-1770).
У нас: фрикулинг в карточках каталога не заявлен, выносных сухих охладителей в каталоге нет. Можно ли подобрать такую связку, какие мощности и сроки, подтверждает технолог после вашего запроса. Для ледяной воды и гликоля ниже нуля фрикулинг дает максимум предохлаждение.
Подача не должна падать ниже точки росы цеха (пример: при 30 °C и 60 % точка росы около 21 °C, расчет по формуле Магнуса) и ниже паспорта лазера: в мороз ограничивайте клапаном или скоростью вентиляторов. Уставку поднимайте только в паспортных границах: выше подача, больше часов.
Сколько часов в году, киловатт-часов и рублей: считаем для чиллера 100 кВт
Часы в году ниже порога (среднее 2015-2024, почасовые данные реанализа со сверкой по метеостанциям). Москва: ≤20 °C 7770, ≤15 6540, ≤10 5290, ≤0 2720, ≤-10 530. Для ≤15 °C: Новосибирск 6680, Кемерово 6770, Екатеринбург 6970, Краснодар 4890. Для +10,7 °C: Новосибирск 5770, Кемерово 5830, Екатеринбург 5960, Краснодар 3730 (Москва 5450). По годам число часов ≤15 °C в Москве колебалось от 6020 до 7000.
На фото: модульный чиллер КРИО-M 100 — смотреть в каталоге
Пример (оценка): 100 кВт, 20/25 °C, 8760 ч, EER 3,2, 31 кВт, 274 МВт·ч в год. Нижняя граница учитывает рост EER на холоде (+2,5 % на К ниже +35 °C, потолок ×1,5), верхняя берет EER постоянным 3,2. Проценты в скобках: для нижней границы это доля от потребления с растущим EER (оно ниже 274 МВт·ч), для верхней от 274 МВт·ч. Вентиляторы 5 кВт и насос 1 кВт учтены; гликоль, обвязка и ПНР нет. Тарифы малого бизнеса (август 2025, без НДС) допущение: подставьте свой.
| Город | Тариф, ₽/кВт·ч | Охладитель, МВт·ч/год | Охладитель, млн ₽/год | Секция, МВт·ч/год |
|---|---|---|---|---|
| Москва | 8,4 | 137-216 (73-79 %) | 1,15-1,8 | 119-193 (64-71 %) |
| Новосибирск | 7,5 | 140-220 | 1,05-1,65 | 125-200 |
| Кемерово | 9,6 | 142-222 | 1,35-2,1 | 126-202 |
| Екатеринбург | 10,4 | 144-225 | 1,5-2,3 | 128-206 |
| Краснодар | 12,1 | 105-167 (53-61 %) | 1,3-2,0 | 85-143 (44-52 %) |
Для секции рубли на 8-19 % меньше, в зависимости от города и границы вилки (по таблице МВт·ч). Для потребителей свыше 670 кВт цена другая, уточняйте у гарантирующего поставщика; тарифы взяты на август 2025 года, часы и вилка посчитаны по климату 2015-2024 годов. При 5 днях по 16 ч (4160 ч) и загрузке 60 % цифры в 3-4 раза ниже: считайте пропорционально. Считать «в лоб» от паспортной мощности (31 кВт на часы ниже порога) нельзя: EER на холоде растет, а вентиляторы и насос потребляют, поэтому ориентируйтесь на вилку, а не на ее верхнюю границу.
Допустимая доплата: ΔCAPEX_max = годовая экономия × желаемый срок. Пример арифметики, не прогноз: при экономии 1,0 млн ₽ в год и сроке 3 года доплата за опцию (обвязка, гликоль, ПНР) не должна превышать 3 млн ₽; формула не учитывает рост тарифа, обслуживание и замену гликоля. Один британский поставщик чиллеров заявляет наценку за free cooling до 30 % (заявление продавца); российских цен на опцию и сухой охладитель у нас нет, их дает только запрос поставщику. Срок окупаемости не обещаем. Один паспорт европейской серии 600-1476 кВт: EER 12,9-15,4 при воздухе +5 °C и воде 16 °C на входе (часть нагрузки снимает змеевик, часть компрессоры) против 2,3-3,05 при воздухе +35 °C. Условия разные, как коэффициент экономии это использовать нельзя.
Типовые ошибки: чем фрикулинг превращается в проблему
| Ошибка | Признаки | Что требовать |
|---|---|---|
| Вода без гликоля в змеевике | течь после первых морозов, падение расхода (лед рвет трубки при остановке насоса) | точку замерзания минимум на 3 °C ниже самой низкой ожидаемой наружной температуры (рекомендация производителя гликоля Dow); расчетную минимальную температуру для объекта уточните; слив и обогрев сами по себе не страхуют от отключения питания |
| Не пересчитали гидравлику | ΔT растет, подача «уезжает»: змеевик у европейских чиллеров 600-1476 кВт добавляет +39…+175 кПа (76→115, 97→159, 146→321 кПа), для 100 кВт цифр нет, запросите у поставщика; гликоль 30-40 % против воды при 10 °C и том же съеме тепла: потери ×1,5-1,8, расход +6-14 %, вязкость ×2,3-5,3 (расчет CoolProp) | рабочую точку насоса с гликолем на минимуме; трехходовой клапан для обвода летом; для справки: ASHRAE 90.1 (в пересказе, издание 2013, для систем ОВК зданий) ограничивает потери на змеевике предохлаждения 15 футами водяного столба, около 45 кПа, либо требует его обвода при выключенном фрикулинге; применимость этого требования к технологическому охлаждению мы не проверяли |
| Нет гистерезиса и пауз компрессора | скачки подачи, защита «частые пуски» (допустимое число пусков в час смотрите в паспорте компрессора) | привязку к температуре воды, плавные вентиляторы |
| Воздушные пробки | подход выше расчетного, змеевик работает не всей площадью | воздушники и слив на зиму |
| Грязные ламели, малая площадь | при загрязнении ε падает (условный пример 0,5 → 0,4; реальное падение для вашей машины неизвестно), запас растет с 5 до 7,5 К, порог в Москве снижается с +15 до +12,5 °C, а число часов оказывается между 5290 (≤10 °C) и 6540 (≤15 °C) | замер подхода (вода на выходе минус воздух на входе) при полных оборотах |
| Шум и место | 85 дБ(А) на 3 м по паспорту одного сухого охладителя 200 кВт (945 об/мин) | EC-вентиляторы, больше площади, шумовой режим в ТЗ |
| Простой зимой | замерзание воды в остановленном змеевике | гликоль нужной концентрации, проверка концентрации перед сезоном |
| Подача в мороз ниже точки росы цеха или паспортного минимума оборудования | конденсат на шпинделе и оптике | уставку подачи не ниже точки росы цеха и паспорта (у лазера IPG YLR-500 минимум 21 °C), ограничитель оборотов, смесительный клапан |
Пропиленгликоль (ПГ) по массе (Dow DOWFROST HD): 30 % замерзает при -12,7 °C, 40 % при -21,1, 50 % при -33,5, 55 % при -41,6; для -40 °C нужно около 55 % ПГ или 52-53 % этиленгликоля (ЭГ; по ЭГ только расчет CoolProp, второй источник не вскрыт). Минимумы 2015-2024: Москва -31, Новосибирск -43, Кемерово -44, Екатеринбург -39, Краснодар -25 °C. ПГ 50 % по объему (Dow DOWFROST HD) дает 73 мПа·с при -20 °C, поэтому для Сибири и Урала гидравлику и насос считайте на вязкость при минимальной температуре, а не при 10 °C. Тип гликоля (ПГ или ЭГ) выбирайте по требованиям своей отрасли и рекомендации поставщика гликоля.
Что спросить у поставщика и какие данные сообщить нам для расчета
В карточках каталога чиллеров со встроенной free-cooling секцией и сухих охладителей не найдено. Возможность поставки, мощности и сроки подтверждает технолог по вашему запросу. Базой для контура 20-25 °C служат воздушные чиллеры: КРИО-A 1,6-168 кВт (A-116: 116 кВт холода при потреблении 36,6 кВт, 69 дБ(А)), КРИО-AL 58,5-420 кВт и модульные КРИО-M 2,5-437 кВт с опциями гликолевого бака, зимнего пуска и уличного исполнения. Выше 168 кВт смотрите крупные воздушные чиллеры: КРИО-AL (до 420 кВт) и КРИО-M (до 437 кВт).
Что сообщить нам:
- Мощность холода, кВт, и расход, л/мин или м³/ч.
- Температура подачи и возврата, °C, допуск по температуре подачи (по паспорту вашего оборудования).
- Среда: вода или гликоль, тип и концентрация.
- Регион, расчетная уличная температура (минимум и максимум), земля или крыша.
- График: часов в сутки, дней в неделю, средняя загрузка, %.
- Допустимые потери давления и напор действующего насоса.
- Ограничения по шуму и площади.
- Тариф, ₽/кВт·ч, и желаемый срок окупаемости.
Если чиллер встает в жару, приложите фото конденсатора и температуру воздуха в момент отказа.
Поставщику для ТЗ: рабочую точку насоса с гликолем, разбивку мощности (компрессоры отдельно от вентиляторов и насосов), подход при полных оборотах, шум в дБ(А) по режимам.
Отправьте заявку на подбор и расчет: вернем порог по уличной температуре, число часов и вилку экономии электроэнергии; решение о покупке опции принимается по цене, которую даст поставщик.
Читайте также
Частые вопросы
Чиллер в жару не держит температуру. Поможет ли фрикулинг?
Нет. При воздухе +28...+35 °C и воде +25 °C воздух теплее обратки, и охлаждать им нечем. Фрикулинг лечит перерасход электричества в холодное время года, а не летний недобор. В жару чаще виноваты недобор по прайсу одной модели (32,5 кВт при +25 °C и 30,5 кВт при +30 °C, около 1,2 % на К; если продлить эту линию до +35 °C, получится примерно на 12 % ниже, чем при +25 °C: линейная оценка, не паспортные данные, для своей машины смотрите паспорт) и грязный конденсатор: ламели поднимают температуру конденсации на 5-15 К (допущение), и защита по высокому давлению у грязной машины может срабатывать при воздухе около +30-35 °C (наша оценка, не паспортные данные). Сначала замерьте разность температуры конденсации и воздуха на входе при 100 % нагрузки и очистите ламели.
При какой температуре на улице можно отключить компрессор для воды 20/25 °C?
Порог считается по формуле: Tвоздуха ≤ Tподачи - ΔT × (1-ε)/ε, где ε эффективность змеевика. Для выносного сухого охладителя (ε около 0,5) порог около +15 °C, для встроенной секции (ε около 0,35) около +10,7 °C. Частичный режим стартует раньше, при воздухе около +23-24 °C. В Москве воздух не выше +15 °C держится 6540 ч в год, не выше +10,7 °C 5450 ч. Это инженерная оценка, а не каталожные данные; чем меньше ΔT контура, тем порог выше.
Подходит ли фрикулинг для ледяной воды +7/+12 °C или гликоля -5 °C?
Почти нет, это максимум предохлаждение зимой. Для 7/12 порог по воздуху около +2 °C у выносного охладителя и около -2,3 °C у встроенной секции; часов в году у охладителя: Москва 3500, Новосибирск 4250, Кемерово 4260, Екатеринбург 4200, Краснодар 1090. Для гликоля -5/0 порог -10 °C и ниже: Москва 530 ч, Сибирь и Урал 1480-1770, Краснодар 34. Для подачи 4-8 °C и гликоля ниже нуля это только предохлаждение или ничего. Основная зона применения: контуры с подачей 20-25 °C (станки, СОЖ, масло; лазер IPG YLR-500 при подаче от 21 °C).
Сколько киловатт-часов и рублей в год экономит фрикулинг на чиллере 100 кВт в Москве, Новосибирске, Кемерове?
Для подачи 20/25 °C, 8760 ч, принятого для расчета EER 3,2 (31 кВт, 274 МВт·ч в год без фрикулинга) и выносного охладителя: Москва 137-216 МВт·ч (1,15-1,8 млн ₽ в год при тарифе 8,4 ₽/кВт·ч), Новосибирск 140-220 МВт·ч (1,05-1,65 млн ₽ при 7,5), Кемерово 142-222 МВт·ч (1,35-2,1 млн ₽ при 9,6). Для встроенной секции рубли на 8-19 % меньше, в зависимости от города и границы вилки (по таблице МВт·ч). Это оценка: нижняя граница учитывает рост EER на холоде (+2,5 % на К ниже +35 °C, потолок ×1,5), верхняя берет EER постоянным 3,2; тарифы малого бизнеса, август 2025, без НДС, часы и вилка посчитаны по климату 2015-2024 годов. При 5 днях по 16 ч и средней загрузке 60 % цифры в 3-4 раза ниже (оценка модели). Гликоль, обвязка и ПНР не учтены.
Что лучше: выносной сухой охладитель или чиллер со встроенной free-cooling секцией, и нужен ли гликоль, если контур на воде?
Выносной охладитель дает больше часов: в Москве при 20/25 °C полный режим 6540 ч против 5450 ч у секции, потому что порог выше примерно на 4 К (при ΔT 5 К). Платим площадью, обвязкой, вторым насосом и трехходовым клапаном. Секция компактнее, один агрегат. Гликоль, как правило, нужен, когда наружный змеевик может принять температуру воздуха ниже нуля: при остановке насоса вода замерзает и рвет трубки, а слив и обогрев сами по себе не страхуют от отключения питания. Рекомендация Dow: точка замерзания минимум на 3 °C ниже самой низкой ожидаемой наружной температуры. Для Новосибирска (-43 °C за 2015-2024) и Кемерова (-44 °C) это ниже -46...-47 °C, а 55 % ПГ по массе дает только -41,6 °C, то есть такого запаса не обеспечивает; нужную концентрацию и допустимую вязкость определяет поставщик гликоля.