Фрикулинг в промышленных чиллерах: как атмосферный воздух заменяет компрессор в межсезонье
Компрессор промышленного чиллера потребляет 20–35% от номинальной холодопроизводительности машины. Для чиллера 400 кВт это 80–140 кВт постоянной электрической нагрузки. Зимой, когда за окном минус двадцать, физика процесса позволяет получить ту же температуру хладоносителя без работы компрессора, охлаждая воду атмосферным воздухом через дополнительный теплообменник.
Этот режим называется фрикулингом (free cooling). В Москве для графика хладоносителя 12/7 °C он работает примерно 3000–3600 часов в год, в Екатеринбурге — около 4200–4600 часов, в Новосибирске — до 5000 часов. На объектах с круглогодичной охлаждающей нагрузкой (дата-центры, пластиковое производство, фармацевтика, технологические холодильные станции) это даёт годовую экономию 1,4–2,3 млн рублей электроэнергии для одной машины 400 кВт при тарифе 6,5 руб/кВт·ч.
Опция фрикулинга в чиллерах БРОСК — серии C-X FC и RFC-DX — окупается за 18–36 месяцев в типовых условиях; для дата-центров и круглогодичных производств в северных регионах срок сокращается до 12–24 месяцев. Дальше я разбираю принцип работы двух типов фрикулинга, методику расчёта применимости и условия, при которых опция действительно нужна.
Опция фрикулинга в чиллерах БРОСК — серии C-X FC и RFC-DX — окупается за 18–36 месяцев в типовых условиях; для дата-центров и круглогодичных производств в северных регионах срок сокращается до 12–24 месяцев. Дальше я разбираю принцип работы двух типов фрикулинга, методику расчёта применимости и условия, при которых опция действительно нужна.
Что такое фрикулинг и почему он не работает летом
Чиллер физически нужен только в одном случае: когда температура наружного воздуха выше температуры хладоносителя, который требуется получить на выходе. Летом в Москве воздух +28 °C, хладоноситель +7 °C — без сжатия фреона такой перепад не получить, нужен компрессорный цикл. Но осенью, когда воздух опускается до +5 °C, охладить воду до +7 °C можно прямой передачей тепла через теплообменник, без участия компрессора.
В этом и заключается принцип фрикулинга. Компрессор отключается полностью или работает на пониженной мощности; основную работу делают вентиляторы конденсатора и атмосферный воздух.
Условие включения фрикулинга формально записывается так:
T_воздуха ≤ T_возврата_хладоносителя − ΔT, где ΔT обычно равно 3–5 К — это температурный запас на эффективность теплообменника.
Для типовых температурных графиков пороги получаются следующие:
Чем выше график хладоносителя, тем больше часов в году доступен фрикулинг. Поэтому первое, что я анализирую при оценке применимости опции на объекте — температурный график технологического потребителя. Если у заказчика график 6/1 °C для технологии, окно фрикулинга в Москве сужается до 1500–2000 часов, и экономика становится зависимой от специальных режимов с низкотемпературным гликолем.
В этом и заключается принцип фрикулинга. Компрессор отключается полностью или работает на пониженной мощности; основную работу делают вентиляторы конденсатора и атмосферный воздух.
Условие включения фрикулинга формально записывается так:
T_воздуха ≤ T_возврата_хладоносителя − ΔT, где ΔT обычно равно 3–5 К — это температурный запас на эффективность теплообменника.
Для типовых температурных графиков пороги получаются следующие:
- График 12/7 °C — фрикулинг включается при T_воздуха ≤ +7…+9 °C
- График 15/10 °C — при T_воздуха ≤ +10…+12 °C
- График 10/5 °C — при T_воздуха ≤ +5…+7 °C
Чем выше график хладоносителя, тем больше часов в году доступен фрикулинг. Поэтому первое, что я анализирую при оценке применимости опции на объекте — температурный график технологического потребителя. Если у заказчика график 6/1 °C для технологии, окно фрикулинга в Москве сужается до 1500–2000 часов, и экономика становится зависимой от специальных режимов с низкотемпературным гликолем.
Важно не путать
Фрикулинг — это пассивный отвод тепла атмосферным воздухом через теплообменник. Он не работает летом и не производит нагрев. Тепловой насос — это активный обратный цикл, который работает круглый год и переносит тепло против градиента (см. отдельную статью о высокотемпературных тепловых насосах БРОСК). Это разные функции, иногда совмещённые в одном агрегате.
Летом фрикулинг физически невозможен: воздух теплее хладоносителя, второй закон термодинамики не обходится. Поэтому в южных регионах эффект кратно меньше — об этом в разделе про климатические зоны.
Два типа фрикулинга: жидкостный и фреоновый — в чём принципиальная разница
В промышленных чиллерах применяются две схемы фрикулинга. Они отличаются тем, что именно охлаждается атмосферным воздухом — хладоноситель в жидком контуре или сам фреон в холодильном цикле.
Жидкостный фрикулинг (схема C-X FC)
Воздух охлаждает не фреон, а сам хладоноситель: воду с гликолем или этиленгликолевый раствор. Чиллер дополнительно оснащается воздушным теплообменником, по сути второй секцией конденсатора, через которую прокачивается обратка с технологии.
Управление построено на байпасе компрессорного цикла. Когда на улице тепло, поток хладоносителяпроходит через испаритель стандартного фреонового контура. Когда воздух опускается на 3–5 К ниже температуры обратки, контроллер открывает клапан, и часть потока (а при глубоком холоде — весь поток) направляется через секцию фрикулинга в обход испарителя.
Применение: системы с водяным или гликолевым контуром — дата-центры, охлаждение пресс-форм и экструдеров в литье пластмасс, фармацевтика, технологические холодильные станции пищевых производств. Подходит и для модернизации действующих гликолевых сетей: фрикулинг встраивается без переделки потребителей.
Серия в линейке БРОСК: C-X FC, спиральные компрессоры на хладагенте R410A, медно-алюминиевый конденсатор с FREE-COOLING секцией, диапазон 150–1400 кВт, 14 типоразмеров.
Фреоновый фрикулинг (схема RFC-DX)
Атмосферный воздух работает напрямую с хладагентом, без промежуточного жидкостного контура. Используется дополнительный фреоновый теплообменник (free-cooling coil), включённый параллельно компрессору. Когда фреон в нём конденсируется атмосферным воздухом без сжатия, компрессор отключается.
Преимущество схемы — отсутствие потерь на промежуточный теплообменник «фреон → гликоль» и отсутствие циркуляционного насоса гликолевого контура. В режиме полного фрикулинга COP заметно выше, чем в жидкостной схеме.
Применение: системы прямого фреонового охлаждения (DX) — приточные установки с DX-секцией, технологические агрегаты с прямым испарением, объекты, где промежуточный жидкостный контур отсутствует.
Серия в линейке БРОСК: RFC-DX, диапазон 50–800 кВт.
Сравнительная таблица схем
Жидкостный фрикулинг (схема C-X FC)
Воздух охлаждает не фреон, а сам хладоноситель: воду с гликолем или этиленгликолевый раствор. Чиллер дополнительно оснащается воздушным теплообменником, по сути второй секцией конденсатора, через которую прокачивается обратка с технологии.
Управление построено на байпасе компрессорного цикла. Когда на улице тепло, поток хладоносителяпроходит через испаритель стандартного фреонового контура. Когда воздух опускается на 3–5 К ниже температуры обратки, контроллер открывает клапан, и часть потока (а при глубоком холоде — весь поток) направляется через секцию фрикулинга в обход испарителя.
Применение: системы с водяным или гликолевым контуром — дата-центры, охлаждение пресс-форм и экструдеров в литье пластмасс, фармацевтика, технологические холодильные станции пищевых производств. Подходит и для модернизации действующих гликолевых сетей: фрикулинг встраивается без переделки потребителей.
Серия в линейке БРОСК: C-X FC, спиральные компрессоры на хладагенте R410A, медно-алюминиевый конденсатор с FREE-COOLING секцией, диапазон 150–1400 кВт, 14 типоразмеров.
Фреоновый фрикулинг (схема RFC-DX)
Атмосферный воздух работает напрямую с хладагентом, без промежуточного жидкостного контура. Используется дополнительный фреоновый теплообменник (free-cooling coil), включённый параллельно компрессору. Когда фреон в нём конденсируется атмосферным воздухом без сжатия, компрессор отключается.
Преимущество схемы — отсутствие потерь на промежуточный теплообменник «фреон → гликоль» и отсутствие циркуляционного насоса гликолевого контура. В режиме полного фрикулинга COP заметно выше, чем в жидкостной схеме.
Применение: системы прямого фреонового охлаждения (DX) — приточные установки с DX-секцией, технологические агрегаты с прямым испарением, объекты, где промежуточный жидкостный контур отсутствует.
Серия в линейке БРОСК: RFC-DX, диапазон 50–800 кВт.
Сравнительная таблица схем
Базовое ограничение
Фрикулинг — это активное охлаждение, а не «бесплатный холод». Вентиляторы конденсатора потребляют электричество. Корректнее говорить, что опция заменяет 80–110 кВт компрессорной нагрузки на 8–15 кВт вентиляторной — это и даёт основную экономию.
Сколько часов в году работает фрикулинг — расчёт по климатическим зонам
Применимость фрикулинга на конкретном объекте определяется одним числом: количеством часов в году, когда наружный воздух холоднее температуры обратного хладоносителя минус 3–5 К. Это значение берётся из СП 131.13330 «Строительная климатология» или из почасовой статистики ближайшей к площадке метеостанции Гидрометцентра.
Ниже — оценочные значения для типового графика 12/7 °C (порог включения фрикулинга ≈ +7…+9 °C) для пяти крупных промышленных регионов России. В таблице учитываются и часы полного фрикулинга (компрессор полностью отключён), и часы частичного режима (компрессор работает с пониженной нагрузкой).
Ниже — оценочные значения для типового графика 12/7 °C (порог включения фрикулинга ≈ +7…+9 °C) для пяти крупных промышленных регионов России. В таблице учитываются и часы полного фрикулинга (компрессор полностью отключён), и часы частичного режима (компрессор работает с пониженной нагрузкой).
* Оценка для круглогодичной нагрузки 7500–8760 ч; учитывает суммарный эффект полного и частичного режимов. Точные значения проверяются по климатическим данным площадки конкретного объекта.
Расчётная формула для предварительной оценки:
Доля_фрикулинга = Часы_фрикулинга / Годовые_часы_работы × 100%
Для московского ЦОДа с круглогодичной работой и графиком 12/7 °C доля фрикулинга составляет 35–42%. Если поднять график до 15/10 °C (например, для технологии с менее жёсткими требованиями), доля растёт до 45–55%. Это даёт прямой инженерный рычаг: согласование графика хладоносителя с технологом часто стоит дешевле, чем рост мощности чиллера.
В южных регионах фрикулинг даёт менее 30% годовой экономии, и при невысоких тарифах окупаемость опции уходит за 3 года — поэтому решение в каждом случае принимается через расчёт экономики для конкретного объекта.
Расчётная формула для предварительной оценки:
Доля_фрикулинга = Часы_фрикулинга / Годовые_часы_работы × 100%
Для московского ЦОДа с круглогодичной работой и графиком 12/7 °C доля фрикулинга составляет 35–42%. Если поднять график до 15/10 °C (например, для технологии с менее жёсткими требованиями), доля растёт до 45–55%. Это даёт прямой инженерный рычаг: согласование графика хладоносителя с технологом часто стоит дешевле, чем рост мощности чиллера.
В южных регионах фрикулинг даёт менее 30% годовой экономии, и при невысоких тарифах окупаемость опции уходит за 3 года — поэтому решение в каждом случае принимается через расчёт экономики для конкретного объекта.
Расчёт экономии — что реально получает предприятие
Дальше я показываю методику оценки экономии на расчётном примере. Все цифры модельные, для понимания логики. Под объект расчёт делается по реальным графикам нагрузки и фактическим тарифам.
Исходные данные
Исходные данные
- Холодопроизводительность чиллера: 400 кВт
- EER на проектном графике 12/7 °C: 3,4 (типовое значение для серии C-X)
- Годовое время работы: 7500 ч
- Тариф на электроэнергию: 6,5 руб/кВт·ч
- Серия: BROSK C-X FC, жидкостный фрикулинг
Шаг 1. Электрическая мощность компрессора
P_компр = Q_охл / EER = 400 / 3,4 ≈ 118 кВт
Шаг 2. Часы фрикулинга
По таблице климата для Москвы при графике 12/7 °C — 3000–3600 часов в год. Для консервативной оценки и учёта частичных режимов берём 3000 часов.
Шаг 3. Экономия электроэнергии (теоретическая)
ΔE_теор = P_компр × t_фр = 118 × 3000 = 354 000 кВт·ч/год
Это теоретический максимум при условии, что в 3000 часов компрессор полностью отключён. На практике в режиме частичного фрикулинга компрессор работает с пониженной нагрузкой. Реальная экономия составляет 60–75% от теоретической, то есть 210 000–265 000 кВт·ч/год. Дальше считаю по консервативному значению 230 000 кВт·ч/год.
Шаг 4. Деньги
ΔС = 230 000 × 6,5 = 1 495 000 руб/год
При тарифе 8 руб/кВт·ч (промышленные сети с надбавками) экономия растёт до 1,84 млн руб/год. При работе чиллера 8760 ч/год (полный круглогодичный режим, дата-центр) — до 2,1–2,3 млн руб/год.
Шаг 5. Срок окупаемости
Опция фрикулинга — это вторая секция теплообменника, дополнительные клапаны и логика управления. Удорожание чиллера типоразмера 400 кВт находится в диапазоне 25–35% от базовой стоимости машины (точная цифра — в индивидуальном КП под спецификацию объекта).
При типовой годовой экономии 1,4–2,0 млн руб срок окупаемости опции FC для машины 400 кВт получается такой:
P_компр = Q_охл / EER = 400 / 3,4 ≈ 118 кВт
Шаг 2. Часы фрикулинга
По таблице климата для Москвы при графике 12/7 °C — 3000–3600 часов в год. Для консервативной оценки и учёта частичных режимов берём 3000 часов.
Шаг 3. Экономия электроэнергии (теоретическая)
ΔE_теор = P_компр × t_фр = 118 × 3000 = 354 000 кВт·ч/год
Это теоретический максимум при условии, что в 3000 часов компрессор полностью отключён. На практике в режиме частичного фрикулинга компрессор работает с пониженной нагрузкой. Реальная экономия составляет 60–75% от теоретической, то есть 210 000–265 000 кВт·ч/год. Дальше считаю по консервативному значению 230 000 кВт·ч/год.
Шаг 4. Деньги
ΔС = 230 000 × 6,5 = 1 495 000 руб/год
При тарифе 8 руб/кВт·ч (промышленные сети с надбавками) экономия растёт до 1,84 млн руб/год. При работе чиллера 8760 ч/год (полный круглогодичный режим, дата-центр) — до 2,1–2,3 млн руб/год.
Шаг 5. Срок окупаемости
Опция фрикулинга — это вторая секция теплообменника, дополнительные клапаны и логика управления. Удорожание чиллера типоразмера 400 кВт находится в диапазоне 25–35% от базовой стоимости машины (точная цифра — в индивидуальном КП под спецификацию объекта).
При типовой годовой экономии 1,4–2,0 млн руб срок окупаемости опции FC для машины 400 кВт получается такой:
- Оптимальные условия (северный регион, тариф 7+ руб/кВт·ч, круглогодичная работа): 12–24 месяца
- Типовой средний объект (Москва, 6,5 руб/кВт·ч, режим 7500 ч): 18–30 месяцев
- Сложные условия (южный регион, тариф ниже 5 руб/кВт·ч): 36–48 месяцев
Откуда диапазон 40–70%
В моей практике клиенты часто спрашивают: «Это правда 40–70% экономии?». Диапазон корректный, но крайние значения соответствуют разным условиям:
Для объектов с переменной нагрузкой также рассматриваем алгоритм автонастройки LOGE — он повышает фактическую долю фрикулинга на 5–8% за счёт точного управления переключением режимов (см. отдельную статью про алгоритм LOGE).
В моей практике клиенты часто спрашивают: «Это правда 40–70% экономии?». Диапазон корректный, но крайние значения соответствуют разным условиям:
- 40% — Москва, график 10/5 °C, тариф 5 руб/кВт·ч, режим работы 6000 ч/год
- 70% — Новосибирск, график 15/10 °C, тариф 8 руб/кВт·ч, круглогодичный ЦОД
Для объектов с переменной нагрузкой также рассматриваем алгоритм автонастройки LOGE — он повышает фактическую долю фрикулинга на 5–8% за счёт точного управления переключением режимов (см. отдельную статью про алгоритм LOGE).
Когда фрикулинг целесообразен, а когда — нет
Из практики проектов БРОСК выделяю четыре условия, при совпадении которых опция фрикулинга окупается стабильно.
Когда фрикулинг даёт результат
Когда фрикулинг даёт результат
- Чиллер работает круглогодично или с длительной зимней нагрузкой — от 5000 ч в год. Для сезонных объектов опция не окупается.
- Объект в средней или северной климатической зоне — Москва и севернее, Урал, Сибирь, Дальний Восток.
- Температурный график хладоносителя — выше +5 °C на обратке. Чем выше график, тем шире температурное окно фрикулинга.
- Тариф на электроэнергию — от 5,5 руб/кВт·ч. Чем дороже электричество, тем быстрее окупается опция.
Когда фрикулинг не даёт результата
- Чиллер работает только летом (бизнес-центр или торговый комплекс без круглогодичной серверной нагрузки).
- Температурный график ниже −5 °C — здесь нужен низкотемпературный антифриз, и выгода уходит на компенсацию усложнения схемы.
- Малые мощности до 50 кВт — стоимость дополнительного теплообменника плохо распределяется на единицу холодопроизводительности.
- Объект в южном регионе с тарифом ниже 4,5 руб/кВт·ч — окупаемость уходит за 4–5 лет, что для большинства заказчиков выходит за горизонт принятия решения.
Чтобы быстро прикинуть, имеет ли смысл идти в опцию FC по конкретному объекту, я обычно прошу у клиента три цифры: годовое время работы чиллера, температурный график технологии и текущий тариф электроэнергии. Дальше за 1–2 рабочих дня собирается консервативная оценка экономики — без обязательств для заказчика.
Серии чиллеров BROSK с фрикулингом
В линейке промышленных чиллеров БРОСК фрикулинг реализован в двух сериях, перекрывающих диапазон 50–1400 кВт.
BROSK C-X FC — чиллеры с жидкостным фрикулингом, спиральные компрессоры R410A, медно-алюминиевый конденсатор с FREE-COOLING секцией, диапазон 150–1400 кВт, 14 типоразмеров. Применяются на объектах с водяным или гликолевым контуром: дата-центры, пластиковая промышленность, фармацевтика, технологические холодильные станции пищевых производств. Подходят и для модернизации действующих систем — фрикулинг встраивается в стандартный гликолевый контур без переделки потребителей.
BROSK RFC-DX — чиллеры с фреоновым фрикулингом, диапазон 50–800 кВт. Используются в системах прямого расширения (DX): технологические агрегаты с фреоновыми потребителями, специализированные установки приточной вентиляции, объекты, где промежуточный жидкостный контур отсутствует. Дают более высокий COP в режиме фрикулинга по сравнению с жидкостной схемой за счёт отсутствия потерь на промежуточный теплообменник.
Обе серии могут быть подключены к платформе удалённого мониторинга SYMBIOT — это даёт онлайн-контроль доли фрикулинга, температур и потребления, а также автоматическую отправку алертов при отклонениях. Для объектов с переменной технологической нагрузкой подключается алгоритм автонастройки LOGE.
Подбор серии и мощности под объект делается по тепловому балансу, температурному графику технологии и климатическим данным площадки. Прайс-лист на сайте не публикуется — стоимость зависит от типоразмера, опций и условий поставки. Оценка экономики и техническое предложение готовится за 1–3 рабочих дня по техническому заданию.
BROSK C-X FC — чиллеры с жидкостным фрикулингом, спиральные компрессоры R410A, медно-алюминиевый конденсатор с FREE-COOLING секцией, диапазон 150–1400 кВт, 14 типоразмеров. Применяются на объектах с водяным или гликолевым контуром: дата-центры, пластиковая промышленность, фармацевтика, технологические холодильные станции пищевых производств. Подходят и для модернизации действующих систем — фрикулинг встраивается в стандартный гликолевый контур без переделки потребителей.
BROSK RFC-DX — чиллеры с фреоновым фрикулингом, диапазон 50–800 кВт. Используются в системах прямого расширения (DX): технологические агрегаты с фреоновыми потребителями, специализированные установки приточной вентиляции, объекты, где промежуточный жидкостный контур отсутствует. Дают более высокий COP в режиме фрикулинга по сравнению с жидкостной схемой за счёт отсутствия потерь на промежуточный теплообменник.
Обе серии могут быть подключены к платформе удалённого мониторинга SYMBIOT — это даёт онлайн-контроль доли фрикулинга, температур и потребления, а также автоматическую отправку алертов при отклонениях. Для объектов с переменной технологической нагрузкой подключается алгоритм автонастройки LOGE.
Подбор серии и мощности под объект делается по тепловому балансу, температурному графику технологии и климатическим данным площадки. Прайс-лист на сайте не публикуется — стоимость зависит от типоразмера, опций и условий поставки. Оценка экономики и техническое предложение готовится за 1–3 рабочих дня по техническому заданию.
Частые вопросы
Фрикулинг — режим работы чиллера, при котором охлаждение хладоносителя происходит за счёт холодного атмосферного воздуха без включения компрессора. Когда воздух опускается ниже температуры обратки хладоносителя на 3–5 К, компрессор отключается или снижает мощность, а вентиляторы обеспечивают теплосъём.
На 40–70% от годового объёма для машин с круглогодичной нагрузкой. Конкретное значение зависит от климатической зоны и температурного графика хладоносителя. В Москве для графика 12/7 °C число часов фрикулинга составляет 3000–3600 в год.
Жидкостный фрикулинг охлаждает хладоноситель через дополнительный воздушный теплообменник в обход компрессора (серия C-X FC). Фреоновый фрикулинг охлаждает сам хладагент напрямую атмосферным воздухом (серия RFC-DX) и подходит для систем с фреоновыми потребителями без промежуточного жидкостного контура.
Когда температура атмосферного воздуха опускается на 3–5 °C ниже температуры обратного хладоносителя. Для графика 12/7 °C фрикулинг начинает работать при T_воздуха ниже +7…+9 °C; при глубоком холоде компрессор отключается полностью.
Для объектов с круглогодичной потребностью в охлаждении: дата-центры, пластиковое производство, фармацевтика, лабораторные и испытательные комплексы. Чем выше годовое время работы чиллера и чем холоднее климатическая зона, тем быстрее окупается опция — обычно за 18–36 месяцев в типовых условиях и за 12–24 месяца в оптимальных.
При корректно настроенной системе управления фрикулинг обеспечивает стабильную температуру хладоносителя. Алгоритм плавно переключает режимы (компрессор → частичный фрикулинг → полный фрикулинг) без скачков температуры на технологическом потребителе.
Напишите свои контакты и мы свяжемся с вами
Подберем решение для вашей сферы