Фрикулинг в чиллере: когда компрессор стоит и сколько это экономит

Фрикулинг (свободное охлаждение) — режим, в котором чиллерная система охлаждает воду наружным воздухом через драйкулер или градирню, а компрессор стоит. В средней полосе России это около 4500 часов в год. На нагрузке 1000 кВт круглый год с водой 12/18 °C фрикулинг экономит до 1,78 млн кВт·ч — около 17,8 млн ₽ в год при тарифе 10 ₽/кВт·ч.

Половину года в России холод можно брать с улицы. Звучит очевидно, но большинство заводов круглый год гоняют холодильные машины, даже когда за окном минус. При этом фрикулинг окупается не везде: он добавляет теплообменник, клапаны, гликоль и автоматику, и на объекте без зимней нагрузки эти деньги не вернутся.

Статья для тех, у кого холод нужен круглый год: дата-центры, технологические линии, серверные. Фрикулинг без расчёта — одна из 13 ошибок, которые я разбираю в статье «Как выбрать промышленный чиллер»; остальные материалы — в разделе «Чиллеры».

Как работает фрикулинг в чиллере?

Фрикулинг работает так: когда на улице холоднее воды, которую просит потребитель, вода остывает в наружном аппарате без компрессора, а машина добирает только остаток нагрузки или стоит в резерве. Это не отдельная машина, а теплообменник, гликолевый контур и клапаны с электроприводом. В проектах встречаются три схемы.

	А. Встроенный фрикулинг или теплообменник перед испарителем	Б. Градирня и пластинчатый теплообменник	В. Драйкулер конденсатора, переключаемый на теплообменник
Работает от	сухого термометра	мокрого термометра	сухого термометра
Вода на улице	нет, гликоль	да, нужен зимний режим градирни	нет, гликоль
Что добавляется в проект	секция или теплообменник, клапан на гликоле	теплообменник, клапаны, зимняя обвязка градирни	два трёхходовых клапана, теплообменник холодной воды

Схема А — моноблок со встроенным фрикулингом. Теплее уставки работают компрессоры. Холоднее гликоля трёхходовой клапан переводит поток через секцию свободного охлаждения, а в мороз секция берёт всю нагрузку. Для чиллеров NCT с выносным конденсатором серии NCSA фрикулинг заявлен в каталоге.

Схема Б — водяной чиллер с градирней. Зимой градирня охлаждает воду до температуры, при которой через пластинчатый теплообменник можно охлаждать контур потребителя в обход машины.

Схема В — чиллер водяного охлаждения с драйкулером (сухим охладителем жидкости). Летом драйкулер отводит тепло конденсатора, зимой трёхходовые клапаны переключают его на теплообменник холодной воды: один аппарат делает две работы.

При какой температуре на улице включается фрикулинг?

Фрикулинг включается, когда наружная температура ниже температуры воды на сумму недоохлаждений в теплообменниках. Частичный режим начинается, когда на улице холоднее обратной воды минус Δ, полный — когда холоднее подающей воды минус Δ. Здесь Δ — недоохлаждение драйкулера или градирни плюс промежуточного теплообменника.

Пример. Холодная вода 7/12 °C, недоохлаждение драйкулера 5 К, теплообменника 2 К, итого Δ = 7 К (учебные цифры, рабочие дают подборы аппаратов). Частичный фрикулинг начинается ниже 12 − 7 = 5 °C, полный — ниже 7 − 7 = 0 °C.

При графике 12/18 °C, типовом для современных дата-центров, пороги поднимаются на 6 К: частичный режим ниже 11 °C, полный ниже 5 °C. Отсюда главное правило: температура холодной воды — основной рычаг фрикулинга. Каждый градус подачи вверх сдвигает порог на градус и добавляет часы без компрессора.

Сколько часов в году чиллер может работать без компрессора?

Часы фрикулинга считают по климату площадки: сколько часов в году на улице холоднее порогов включения. В Москве мокрый термометр ниже 5 °C держится 4696 часов в год, в Петербурге — 4756, это 54 % года. Ниже 0 °C — 3207 и 2874 часа.

Мокрый термометр ниже	Москва, ч/год	Петербург, ч/год
0 °C	3207 (37 %)	2874 (33 %)
5 °C	4696 (54 %)	4756 (54 %)
10 °C	5971 (68 %)	6086 (70 %)
15 °C	7591 (87 %)	7746 (88 %)

Это наша оценка по реанализу ERA5 за 2015–2024 годы, 87 672 часа; по Пулково ряд практически совпал с ASHRAE Climatic Design Conditions 2021. Схема с градирней работает от мокрого термометра, и часы берут из таблицы напрямую. Драйкулер работает от сухого термометра, он всегда не ниже мокрого, поэтому для схем А и В таблица — верхняя оценка.

Для Москвы и схемы с градирней при Δ = 7 К на графике 7/12 °C полный фрикулинг идёт 3207 часов, частичный — 1489, только машина — 4064 часа. На графике 12/18 °C полный режим — 4696 часов, а машина работает одна не больше 2789 часов в год. Для ЦОД мы ориентируемся на 4500 часов свободного охлаждения в средней полосе, около 3000 на юге и около 6000 на севере.

Сколько экономит фрикулинг на нагрузке 1000 кВт?

На нагрузке 1000 кВт круглый год в Москве фрикулинг с графиком 12/18 °C экономит около 1,78 млн кВт·ч в год из 2,92 млн, то есть 61 % электричества компрессоров. При тарифе 10 ₽/кВт·ч это около 17,8 млн ₽ в год.

Расчёт из нашей методички для проектировщиков, схема с градирней, Δ = 7 К, компрессорная машина с COP 3,0 потребляет 333 кВт.

1. Полный фрикулинг: 4696 ч × 333 кВт = 1,56 млн кВт·ч, компрессоры стоят.

2. Частичный режим: 1275 ч, фрикулинг снимает в среднем половину нагрузки: 1275 × 167 = 0,21 млн кВт·ч.

3. Итого: около 1,78 млн кВт·ч в год.

4. Тот же объект на графике 7/12 °C: 3207 × 333 + 1489 × 167 = 1,32 млн кВт·ч, около 13,2 млн ₽.

5. Переход с 7/12 на 12/18 °C добавляет около 0,46 млн кВт·ч — 4,6 млн ₽ в год на каждый мегаватт нагрузки.

Из экономии вычитают то, что добавляет сама система. Если теплообменник и гликоль добавляют насосам 5 кВт круглый год, это 0,044 млн кВт·ч, меньше 3 % экономии; плюс вентиляторы в зимнем режиме. Зимой COP машины выше 3,0, поэтому расчёт на постоянном COP даёт верхнюю оценку.

На дата-центре 5000 кВт моноблоки с фрикулингом дают около 4500 часов свободного охлаждения в год, и сезонный COP растёт с 3,0 до 5,5. Электричества уходит в 1,8 раза меньше, чем у схемы без фрикулинга, — минус 46 млн ₽ в год. Сравнение с другими схемами — в статье «Охлаждение ЦОД: пять схем на 5000 кВт».

Встроенный фрикулинг, драйкулер или градирня: что выбрать?

Схему фрикулинга выбирают по тому, есть ли на площадке вода и какая машина уже стоит. Моноблок со встроенным фрикулингом берут, когда воды нет, нужен быстрый ввод и наращивание модулями. Градирня с пластинчатым теплообменником работает от мокрого термометра и даёт больше часов, но требует водоподготовки и зимнего режима градирни.

Драйкулер в режиме фрикулинга тратит мало энергии. Чтобы выработать 1000 кВт холода, чиллеру нужно около 300 кВт электричества, драйкулеру, где крутятся только вентиляторы, — около 30 кВт, в 10 раз меньше.

Пример с нашего объекта. На заводе порошковой металлургии, на линии производства хрома, нужно 4,6 МВт холода с водой +7/+12 °C. Летом работает абсорбционная машина Thermax, три градирни NCT охлаждают её контур с +32 до +25 °C. Зимой машина отдыхает: две градирни охлаждают воду с +12 до +7 °C и через теплообменники отдают её прямо на производство.

Когда фрикулинг не окупается?

Фрикулинг не окупается там, где в холодные часы нет нагрузки. Комфортное кондиционирование, которое зимой стоит, почти не имеет холодных часов с нагрузкой, и насосам с клапанами фрикулинг добавит больше, чем сэкономит.

Окупаемость считают в двух вариантах: машина работает круглый год или машина работает летом, а зимой охлаждает драйкулер. Мы стараемся выходить на окупаемость 2–3 года. Заказчики приходят и с уже установленным фрикулингом, и мы насчитываем 20 лет: столько не проживёт ни чиллер, ни сам фрикулинг. Если опция стоит условно 15 млн ₽, а экономит миллион в год, она в лучшем случае окупится через 15 лет.

Вторая причина потерь — автоматика. В Петербурге бывает минус 2, выглянуло солнце — плюс 3, и система то включает фрикулинг, то выключает. Переходы делают с гистерезисом (зоной нечувствительности) и минимальным временем в каждом режиме; схемы на трёхходовых смесительных клапанах в межсезонье работают неустойчиво. Уставка перехода по умолчанию съедает до трети бесплатных часов.

И третья: фрикулинг экономит киловатт-часы, но не снижает пик. Летом все компрессоры работают, и техприсоединение оплачивают по этому пику. Если упирается в мощность, решение другое, а не фрикулинг; как это считать — в статье «Стоимость владения чиллером».

Даёт ли адиабатика экономию летом?

В Москве и Петербурге адиабатическое охлаждение конденсатора (распыление воды в воздух перед теплообменником) даёт не годовую экономию, а мощность и надёжность в самые жаркие часы. По данным NCT оно снижает температуру воздуха на входе на 5–15 °C в зависимости от климата.

Расчёт для чиллера NASA43 в Москве: минус 5 К на входе снижает конденсацию примерно на 5 К и потребление компрессоров около 16 %, то есть на 7,7 кВт. Часов с сухим термометром выше 28 °C — около 88 в год, экономия — около 0,7 тыс. кВт·ч. Зато машина с базовым диапазоном до +35 °C держится в рабочей зоне при абсолютном максимуме 38 °C и не уходит в аварию по высокому давлению.

Что в итоге

1. Фрикулинг — охлаждение воды наружным воздухом без компрессора; в средней полосе это около 4500 часов в год.

2. Порог фрикулинга — температура воды минус недоохлаждения в аппаратах: на графике 7/12 °C полный режим ниже 0 °C, на 12/18 °C — ниже 5 °C.

3. На нагрузке 1000 кВт круглый год в Москве фрикулинг экономит до 1,78 млн кВт·ч в год — около 17,8 млн ₽ при тарифе 10 ₽/кВт·ч.

4. Переход с графика 7/12 на 12/18 °C добавляет около 0,46 млн кВт·ч экономии в год на каждый мегаватт нагрузки.

5. Без зимней нагрузки фрикулинг не окупается, а пиковую мощность и плату за техприсоединение он не снижает.

Частые вопросы

Нужен ли гликоль для фрикулинга?

В схемах с драйкулером наружный контур работает только на гликоле: вода в нём зимой замёрзнет. В схеме с градирней вода остаётся на улице, и градирне нужен зимний режим с защитой от льда. Концентрацию гликоля считают по самой низкой температуре контура.

Можно ли добавить фрикулинг к работающему чиллеру?

Проще заложить его на стадии проекта вместе с машиной: теплообменник, клапаны с электроприводом и гликоль меняют схему. У водяного чиллера с драйкулером фрикулинг добавляют двумя трёхходовыми клапанами и теплообменником холодной воды. Окупаемость в любом случае считают по часам и нагрузке объекта.

Сколько часов фрикулинга в Петербурге?

По нашей оценке по реанализу ERA5 за 2015–2024 годы мокрый термометр в Петербурге ниже 5 °C 4756 часов в год, ниже 0 °C — 2874 часа. Для драйкулера, который работает от сухого термометра, часов меньше: их считают по почасовому ряду площадки.

Снижает ли фрикулинг пиковую электрическую мощность?

Нет. Пик приходится на летнюю жару, когда фрикулинг не работает и компрессоры несут всю нагрузку. Фрикулинг снижает годовые киловатт-часы, а мощность техприсоединения считают по летнему пику.

Источники

• СП 131.13330 «Строительная климатология».

• ASHRAE Climatic Design Conditions, издание 2021.

• Open-Meteo, исторические данные погоды на основе реанализа ERA5: почасовой ряд 2015–2024 для Москвы и Петербурга.

• Каталоги и технико-коммерческие предложения NCT 2026: фрикулинг, адиабатическое охлаждение.

• Опыт и расчёты «Энергии холода»: вебинары «13 критических ошибок при выборе чиллера» (февраль 2026 г.) и по охлаждению ЦОД (6 августа 2026 г.), тариф 10 ₽/кВт·ч.

Посчитать фрикулинг для вашего объекта — получить консультацию