Экономия от фрикулинга: расчёт по городу и температуре воды

Экономия от фрикулинга зависит от трёх величин: сколько дней в году воздух холоднее воды, насколько тёплую воду допускает процесс и какая нагрузка остаётся на чиллере зимой. Калькулятор считает по климату города, сколько холода за год снимет фрикулинг и сколько электроэнергии не потратят компрессоры.

Когда нужен этот расчёт

Расчёт нужен, когда решают, ставить ли чиллер с фрикулингом или добавить фрикулинг к работающему. Такое исполнение дороже обычного, и окупает его только сбережённая электроэнергия: экономия, умноженная на тариф, даёт сумму в год, а разница в стоимости, делённая на эту сумму, — срок окупаемости.

Расчёт показывает и зависимость от климата и воды: в Краснодаре экономия почти вдвое меньше, чем в Новосибирске, а при воде 7/12 °C заметно меньше, чем при 10/15 °C; при тёплой воде 25–30 °C для жидкостного охлаждения GPU-серверов компрессор стоит большую часть года, как и у лиофильных сушилок с водой 15 °C на конденсаторы или красильных машин с той же водой на теплообменники. Устройство и режимы фрикулинга — в справочнике о фрикулинге.

Формула

Долю нагрузки, которую снимает фрикулинг, определяет температура наружного воздуха:

k = (t_обр − t_в − Δt_н) / (t_обр − t_под)

t_обр и t_под — вода в обратке и на подаче, °C; t_в — наружный воздух, °C; Δt_н — температурный напор охладителя, принят 6 °C для контура, целиком заполненного гликолем. k ограничивают пределами от 0 до 1: при воздухе ниже t_под − Δt_н фрикулинг полный, выше t_обр − Δt_н его нет.

Климат — по СП 131.13330.2025 (табл. 5.1): число дней со среднесуточной температурой не выше 0 °C, их средняя температура и число дней не выше 10 °C. Зимние дни считают по средней температуре. Дни от 0 до 10 °C приходятся на весну и осень и распределены по полосе почти равномерно, поэтому для них берут среднюю долю. Дни теплее 10 °C не учитываются: при обратке выше 16 °C экономия будет больше расчётной. Для города не из списка берут ближайший с похожей зимой.

N = n₀ × k(t₀) + (n₁₀ − n₀) × k_ср

k_ср = (a₁ + a₂ × k(t_с)) / 10

Q_ф = N × 24 × (h / 168) × Q × z / 1000

Э = Q_ф / ε

N — дней полного фрикулинга в пересчёте; n₀ и t₀ — дней не выше 0 °C и их средняя температура, °C; n₁₀ — дней не выше 10 °C; k_ср — средняя доля в полосе 0–10 °C; a₁ и a₂ — части полосы ниже порога полного фрикулинга и между порогами, °C; t_с — середина второй части, °C; h — часов работы в неделю; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; z — загрузка зимой, доля; Q_ф — холод, который даёт фрикулинг, МВт·ч в год; Э — экономия электроэнергии, МВт·ч в год; ε — холод на 1 кВт·ч электроэнергии в холодный период, ориентировочно 4–6, в расчёте 5; как он зависит от погоды — в справочнике о потребляемой мощности.

Формула не вычитает энергию вентиляторов охладителя, которые при фрикулинге работают на полных оборотах, и дополнительного напора насоса. При работе днём в одну-две смены воздух теплее среднесуточного. Поэтому реальная экономия немного ниже расчётной.

Пример расчёта

Москва, чиллер 100 кВт, вода 10/15 °C, загрузка зимой 75 %, работа круглосуточно.

1. Пороги: полный фрикулинг при воздухе ниже 10 − 6 = 4 °C, фрикулинг начинается ниже 15 − 6 = 9 °C.
2. Зима: 130 дней не выше 0 °C при средней −4,8 °C. k = (15 + 4,8 − 6) / (15 − 10) = 2,76, то есть 1: все 130 дней фрикулинг полный.
3. Весна и осень: 220 − 130 = 90 дней от 0 до 10 °C. Часть 0–4 °C даёт a₁ = 4; часть 4–9 °C — a₂ = 5 с серединой 6,5 °C, k = (15 − 6,5 − 6) / 5 = 0,5; выше 9 °C фрикулинга нет. k_ср = (4 + 5 × 0,5) / 10 = 0,65.
4. N = 130 × 1 + 90 × 0,65 = 188,5 дня.
5. Q_ф = 188,5 × 24 × (168 / 168) × 100 × 0,75 / 1000 = 339,3 МВт·ч в год.
6. Э = 339,3 / 5 = 67,86, округлённо 67,9 МВт·ч в год.

Полный фрикулинг длится 130 + 90 × 4 / 10 = 166 дней: всё это время компрессоры стоят.

Типовые ошибки

• Считать по летней нагрузке. Зимой часть оборудования стоит или недогружена; сколько чиллер потребляет без фрикулинга, показывает расчёт расхода электроэнергии за год. С загрузкой 100 % вместо реальных 75 % расчёт пообещает 90,5 МВт·ч вместо 67,9 — на треть больше.
• Брать воду холоднее, чем нужно процессу. При воде 7/12 °C экономия в том же примере падает до 58,1 МВт·ч: полный фрикулинг наступает только ниже 1 °C. Каждый допустимый градус по воде добавляет дни фрикулинга.
• Забыть о промежуточном теплообменнике. Если гликоль оставляют только в уличной части, а потребителю идёт вода, напор охладителя растёт на 2–3 °C. Лишние 3 °C действуют как вода на 3 °C холоднее: при 10/15 °C экономия будет 58,1 вместо 67,9 МВт·ч.
• Уменьшать чиллер в расчёте на фрикулинг. В жару фрикулинг не работает, и компрессоры снимают всю нагрузку. Холодопроизводительность считают на лето — по оборудованию или в расчёте мощности по расходу и температурам; гликоль для уличной части — в расчёте концентрации гликоля.