Фрикулинг: когда чиллер можно выключить и охлаждать улицей

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:

1. Мощность холода, кВт, и расход, л/мин или м³/ч.
2. Температура подачи и возврата, °C, допуск по температуре подачи (по паспорту вашего оборудования).
3. Среда: вода или гликоль, тип и концентрация.
4. Регион, расчетная уличная температура (минимум и максимум), земля или крыша.
5. График: часов в сутки, дней в неделю, средняя загрузка, %.
6. Допустимые потери давления и напор действующего насоса.
7. Ограничения по шуму и площади.
8. 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

• Принцип работы чиллера: холодильный цикл простыми словами