Зимой на улице -10. А в дата-центре в это же время серверы исправно греются и просят холода. Внутри здания — +24, теплоноситель в системе кондиционирования нужно охлаждать до +7. Логика подсказывает: на улице же мороз, неужели нельзя как-то использовать этот халявный холод вместо того, чтобы гонять компрессор? Можно. И называется эта технология — фрикулинг.
Что такое фрикулинг простыми словами
Фрикулинг (от англ. free cooling — «свободное охлаждение») — это режим работы чиллера, при котором холод производится за счёт уличного воздуха, без работы компрессора. Или с его минимальным участием.
Идея простая до гениальности. Если на улице холоднее, чем нужная температура теплоносителя — зачем тратить электричество на компрессор? Достаточно прогнать теплоноситель через теплообменник, который обдувают вентиляторы, и он сам остынет.
А компрессор — главный пожиратель электричества в чиллере. Когда он не работает, машина потребляет в 5–10 раз меньше энергии.
Когда фрикулинг включается
Тут важный нюанс: фрикулинг работает не круглый год, а только когда уличная температура ниже температуры обратного теплоносителя на определённую дельту. Обычно это «уличная температура минимум на 4–5 градусов ниже температуры воды на входе в чиллер».
Пример. У вас система с теплоносителем, который возвращается в чиллер с температурой +12. Значит, фрикулинг сможет работать при уличной температуре +7 и ниже. На +5 — уже частичный фрикулинг (компрессор помогает). На -5 — полный фрикулинг (компрессор может вообще стоять).
Чем холоднее на улице — тем больше доля бесплатного холода. В средней полосе России фрикулинг работает в той или иной форме 5–6 месяцев в году. В Сибири — до 8–9 месяцев.
Три режима работы чиллера с фрикулингом
В современных машинах фрикулинг работает не как отдельная кнопка «включить/выключить», а как плавный переход между тремя режимами:
1. Полный механический режим. Лето. На улице жарко, фрикулинг невозможен. Работает только компрессор, как в обычном чиллере.
2. Смешанный режим (частичный фрикулинг). Межсезонье. Уличный воздух охлаждает теплоноситель, но не до нужной температуры. Компрессор включается, но работает на пониженной мощности — добирает остаток. Экономия электричества — 30–60%.
3. Полный фрикулинг. Зима. Теплоноситель охлаждается до нужной температуры одним только уличным воздухом. Компрессор стоит. Работают только насос и вентиляторы. Экономия — 80–90%.
В среднем за год фрикулинг даёт экономию 30–50% электроэнергии. На круглосуточных объектах вроде дата-центров — до 60–70%.
Как это устроено технически
Есть два основных решения, как добавить фрикулинг к чиллеру.
Встроенный фрикулинг (интегрированный)
Чиллер изначально спроектирован с дополнительным теплообменником фрикулинга. Когда уличный воздух достаточно холодный, теплоноситель перенаправляется через этот теплообменник, минуя испаритель.
Плюсы: компактно, всё в одном корпусе, автоматика заводская. Минусы: дороже базового чиллера, при поломке теплообменника фрикулинга нужно лезть внутрь машины.
Внешний фрикулинг (через сухой охладитель)
Рядом с чиллером ставится отдельный аппарат — сухой охладитель (драй-куллер). Это, по сути, большой радиатор с вентиляторами. Когда фрикулинг возможен, теплоноситель идёт через драй-куллер. Когда нет — через чиллер.
Плюсы: гибкая компоновка, можно модернизировать существующую систему. Минусы: занимает больше места, нужна более сложная обвязка трубопроводов и автоматика.
В обоих случаях нужен водно-гликолевый раствор вместо чистой воды — иначе зимой всё разморозится.
Где фрикулинг даёт максимальный эффект
Не везде он одинаково полезен. Чем больше объект работает в году и чем холоднее климат — тем сильнее экономия.
Идеальные кандидаты на фрикулинг:
- Дата-центры и серверные. Работают 24/7, тепловая нагрузка стабильная, температура теплоносителя относительно высокая (+12...+18). Фрикулинг тут — это не опция, а обязательное решение. Без него ЦОД будет банкротом по счетам за электричество.
- Промышленные предприятия с непрерывным циклом. Молочные заводы, химпром, металлургия — везде, где охлаждение нужно круглосуточно круглый год.
- Логистические комплексы и холодные склады.
- Большие торговые и бизнес-центры в холодном климате — особенно если есть круглогодичная нагрузка от серверной, кухонь ресторанов и так далее.
Где фрикулинг не очень полезен:
- Объекты с летней работой. Школы, кинотеатры с сезонным графиком, выставочные центры. Зимой холод не нужен — экономить нечего.
- Объекты в жарком климате. Если фрикулинг сможет работать только пару месяцев в году — окупаемость растягивается надолго.
- Малые мощности. Чем меньше чиллер, тем меньше экономия в абсолютных рублях, и тем дольше окупается переплата за фрикулинг.
Сколько это экономит в деньгах
Грубая прикидка для средней полосы. Чиллер 500 кВт холода, работает круглосуточно весь год. Без фрикулинга он потребляет примерно 130–150 кВт электричества при работе.
С фрикулингом средневзвешенное потребление за год падает где-то на 35–40%. В абсолюте — это около 400–500 МВт·ч в год экономии. По текущим тарифам для бизнеса (8–10 рублей за киловатт) — это 3–5 миллионов рублей в год.
Переплата за чиллер с фрикулингом — обычно 15–25% от стоимости базовой машины. То есть на чиллере условной ценой 8 миллионов это +1,5–2 миллиона. Окупаемость — меньше года при круглосуточной работе. На объектах с дневным графиком — 2–3 года.
При нынешних тарифах на электроэнергию это, наверное, одно из самых быстро окупаемых решений в инженерных системах вообще.
Подводные камни
Технология не серебряная пуля. Есть нюансы, о которых забывают на этапе проекта и потом удивляются.
Гликоль обязателен. При фрикулинге теплоноситель в любой момент может оказаться при минусовой температуре. Чистая вода размёрзнется и разорвёт всё. Поэтому в системе с фрикулингом всегда водно-гликолевый раствор — обычно 30–40% этиленгликоля. Это снижает теплоотдачу и удорожает теплоноситель, и менять его нужно каждые 3–5 лет.
Площадь для драй-куллера. Если фрикулинг внешний, нужно место под сухой охладитель. На крыше, на земле, на отдельной площадке. На тесных объектах это становится проблемой.
Грамотный проект. Дельта температур должна быть рассчитана правильно. Если в системе не «+12/+7», а, скажем, «+8/+3» — фрикулинг будет работать заметно меньше времени в году. Иногда выгоднее повысить рабочую температуру в системе, чтобы выжать максимум из фрикулинга.
Шум. Драй-куллер — это вентиляторы. Зимой при низких температурах они часто работают тихо или даже стоят (тепло отводится за счёт естественной конвекции), но в межсезонье шумят прилично.
Качественная автоматика. Переключение между режимами должно быть плавным и точным. Дешёвая автоматика будет либо гонять компрессор без нужды, либо наоборот не успевать включить его при потеплении. Здесь экономить нельзя.
Что в итоге
Фрикулинг — это бесплатный зимний холод, который грех не использовать в наших широтах. Технология особенно хорошо работает на круглосуточных объектах в холодном климате — окупается за год-два. Главное — правильно спроектировать систему: учесть гликоль, рабочие температуры, место под драй-куллер и не сэкономить на автоматике.
В следующей статье поговорим о том, что бывает, когда чиллер ломается. Разберём типичные поломки, их причины и порядок цен на ремонт. Информация, которая может уберечь от большой беды, если вы вдруг отвечаете за чиллер на объекте.
А у вас в системе фрикулинг есть? Если внедряли — расскажите в комментариях, как считалась окупаемость и насколько в итоге сошлись с расчётом.