У багатьох комерційних будівлях холод потрібен не тільки влітку. Офіс, бізнес-центр або торговий об’єкт може вимагати охолодження навесні, восени і навіть у прохолодні дні. Люди працюють. Освітлення гріє. Комп’ютери, серверні, скляний фасад і внутрішні теплопритоки нікуди не зникають.

При цьому зовні може бути +8…+16 °C. І тоді виникає дуже просте інженерне питання: навіщо запускати компресор, якщо холод уже є на вулиці?

Free cooling — це не “безкоштовний холод”. Це години, коли будівля може охолоджуватись без компресора або з меншим його навантаженням.

Вентилятори, приводи заслінок, автоматика, датчики і диспетчеризація все одно працюють. Тому free cooling не є нульовою вартістю. Але найдорожча частина охолодження — компресорний цикл — у цей момент може бути зупинена або відкладена.

Де free cooling має сенс

Free cooling працює там, де будівля має внутрішні теплопритоки і багато годин експлуатації протягом року. Це не тільки дата-центри і технологічний холод. У комерційній нерухомості він також може мати реальну економіку.

• офісні центри та бізнес-центри
• торгові площі
• фітнес-клуби
• навчальні будівлі
• громадські простори
• об’єкти з великими open space
• будівлі зі скляними фасадами
• комерційні об’єкти з великою вентиляцією.

Головна умова проста: будівлі потрібен холод у той момент, коли зовнішнє повітря може дати цей холод дешевше, ніж компресор.

Що саме економить free cooling

Free cooling економить не “холод” як такий. Він економить електроенергію, яку компресор витратив би на виробництво цього холоду.

Якщо будівлі потрібно 100 кВт холоду, а система охолодження працює з COP 3,2, компресор витратить приблизно:

100 / 3,2 = 31 кВт електроенергії

Якщо ці 100 кВт холоду можна частково або повністю отримати зовнішнім повітрям, компресор не споживає ці кіловати. Саме тому економіка free cooling рахується через дуже зрозумілу логіку:

кВт холоду × години роботи / COP × тариф

Але є важлива поправка. Потрібно враховувати додаткову роботу вентиляторів. Якщо для free cooling треба сильно підняти витрату повітря, частина економії компресора буде витрачена на вентилятори. Тому правильна економіка — це не “компресор мінус нуль”, а компресор мінус додаткові витрати вентиляції.

Два різні режими free cooling

У комерційній будівлі free cooling має два різні сценарії. Їх не можна змішувати в одну абстрактну функцію.

1. Денний free cooling

Це режим, коли холод потрібен прямо зараз. У будівлі є люди, техніка, освітлення, сонце, внутрішня температура росте, а зовні достатньо прохолодно.

У такому режимі вентиляційна установка відкриває bypass, зменшує або зупиняє рекуперацію, збільшує частку зовнішнього повітря і використовує його для охолодження приміщень.

Денний free cooling відповідає на питання: чи може вулиця прямо зараз замінити частину компресорного холоду?

2. Нічний free cooling

Це зовсім інший режим. Вночі людям холод зазвичай не потрібен, бо будівля порожня або майже порожня. Але сама будівля після робочого дня залишається теплою.

Тепло накопичується у перекриттях, стінах, меблях, внутрішніх зонах, повітрі, шахтах, open space і технічних приміщеннях. Якщо ніч прохолодна, вентиляцію можна примусово увімкнути на підвищену витрату, щоб винести це тепло назовні.

Зранку кондиціонери стартують не з перегрітої будівлі, а з об’єкта, який уже частково охолоджений.

Нічний free cooling не створює комфорт уночі. Він зменшує ранковий пік охолодження.

Розрахунковий приклад

Візьмемо умовний офісний центр площею 10 000 м². Це не універсальна обіцянка економії, а робоча модель, яка показує порядок цифр.

Для повітряного free cooling можна орієнтовно рахувати:

кВт холоду = витрата повітря × 0,000335 × різниця температур

Де 0,000335 — спрощений коефіцієнт для повітря при розрахунку в м³/год і °C.

Денний free cooling на стандартній витраті

Припустимо, вентиляція подає 30 000 м³/год, а різниця між внутрішнім і зовнішнім повітрям становить 8 °C.

Потужність охолодження:

30 000 × 0,000335 × 8 = 80 кВт холоду

Якщо таких годин за сезон 700 год/рік, отримуємо:

80 × 700 = 56 000 кВт·год холоду

При COP 3,2 це відповідає економії електроенергії компресора:

56 000 / 3,2 = 17 500 кВт·год

При тарифі 13 грн/кВт·год:

17 500 × 13 = 227 500 грн/рік

Тобто денний free cooling на стандартній витраті вентиляції дає приблизно:

≈ 230 000 грн/рік або ≈ 23 грн/м² на рік

Денний free cooling на підвищеній витраті

Якщо система може в режимі free cooling підняти витрату повітря до 60 000 м³/год, потужність охолодження зростає:

60 000 × 0,000335 × 8 = 161 кВт холоду

За 700 годин:

161 × 700 = 112 700 кВт·год холоду

Економія електроенергії компресора:

112 700 / 3,2 = 35 219 кВт·год

У грошах:

35 219 × 13 = 457 847 грн/рік

Тобто при підвищеній витраті:

≈ 450 000 грн/рік або ≈ 45 грн/м² на рік

Але тут уже обов’язково потрібно рахувати електроенергію вентиляторів. Якщо аеродинаміка погана, фільтри забруднені, а вентилятори працюють на межі, частина цієї економії буде втрачена.

Нічний free cooling

Тепер інший сценарій. Вночі вентиляція працює не для людей, а для попереднього охолодження будівлі.

Беремо витрату 60 000 м³/год, різницю температур 8 °C і тривалість нічного режиму 6 годин.

Потужність нічного охолодження:

60 000 × 0,000335 × 8 = 161 кВт холоду

За одну ніч:

161 × 6 = 966 кВт·год холоду

Але не весь цей холод перетворюється в економію. Частина йде на охолодження конструкцій, частина втрачається, частина не збігається з ранковим навантаженням. Тому для обережного розрахунку можна прийняти 50% корисного ефекту.

Корисний холод за одну ніч:

966 × 50% = 483 кВт·год холоду

За 80 ночей:

483 × 80 = 38 640 кВт·год холоду

Економія електроенергії компресора:

38 640 / 3,2 = 12 075 кВт·год

У грошах:

12 075 × 13 = 156 975 грн/рік

Тобто нічний free cooling може дати:

≈ 150 000–300 000 грн/рік

Розкид залежить від кількості холодних ночей, витрати повітря, інерції будівлі, ранкового навантаження, графіка роботи і того, наскільки автоматика вміє використовувати нічну температуру.

Загальна економіка для офісного центру 10 000 м²

Якщо скласти денний і нічний режими, для офісного центру 10 000 м² правильно налаштований free cooling може давати приблизно:

≈ 400 000–750 000 грн на рік

або:

≈ 40–75 грн/м² на рік

Це порядок цифр. В одній будівлі економіка буде меншою. В іншій — значно більшою. Особливо якщо компресорне охолодження часто вмикається у перехідний сезон, будівля має великі внутрішні теплопритоки, а автоматика реально вміє працювати з нічним охолодженням.

Коли економіка буде більшою

• будівля має великі внутрішні теплопритоки
• офіс працює довше стандартного графіка
• є багато open space
• є скляні фасади
• вентиляційні установки мають запас по витраті
• автоматика вміє піднімати витрату повітря саме в режимі free cooling
• є нічне попереднє охолодження
• компресор часто запускається навесні та восени
• BMS бачить і рахує години без компресора.

Коли економіка буде нижчою

• будівля має малу вентиляцію
• немає bypass
• рекуператор продовжує гріти приток у режимі охолодження
• вентиляція не може змінювати витрату повітря
• немає датчиків температури, вологості і CO₂
• система запускає компресор занадто рано
• режими не налаштовані сезонно
• додаткова енергія вентиляторів “з’їдає” частину економії.

Головна помилка: free cooling є, але його ніхто не рахує

Найчастіше проблема не в тому, що free cooling неможливий. Проблема в тому, що він формально є, але не працює як економічний режим.

У проєкті написано: bypass є. В автоматиці режим передбачений. У презентації виробника функція була. Але власник не бачить головного:

• скільки годин компресор не працював
• скільки кВт холоду дала вентиляція
• скільки кВт·год електроенергії не було спожито
• скільки гривень це дало за сезон
• скільки додатково витратили вентилятори
• чому компресор запустився саме в цей момент
• чи правильно система використала нічну температуру.

Без вимірювання free cooling легко перетворюється з економічного режиму на красиву галочку в обладнанні.

Що вбиває економіку free cooling

• відсутність bypass або неправильна логіка його відкриття
• ротор або рекуператор продовжує повертати тепло тоді, коли будівлі потрібне охолодження
• автоматика порівнює тільки температуру і не бачить вологість або ентальпію
• компресор запускається раніше, ніж використано потенціал зовнішнього повітря
• нічний режим не передбачений або вимкнений диспетчером
• немає сезонних налаштувань
• забруднені фільтри збільшують витрати вентиляторів
• BMS не показує економіку режиму
• ніхто не аналізує тренди після запуску будівлі.

Як потрібно проєктувати free cooling

Free cooling потрібно проєктувати не як “додаткову функцію”, а як окрему режимну стратегію будівлі.

Ще на етапі проєкту потрібно визначити:

• при якій зовнішній температурі режим дозволений
• при якій вологості або ентальпії режим обмежується
• коли відкривається bypass
• коли зупиняється або сповільнюється ротор
• коли компресор має право стартувати
• яка мінімальна і максимальна витрата повітря
• чи є нічне попереднє охолодження
• скільки годин на рік очікується для цього режиму
• як система переходить між рекуперацією, free cooling і компресорним охолодженням
• що саме бачить диспетчеризація
• як власник бачить економіку.

Free cooling має бути не просто можливим. Він має бути керованим, вимірюваним і видимим у грошах.

Що має бачити власник

У нормальній системі диспетчеризації власник або керуюча компанія має бачити не тільки температуру в приміщеннях. Потрібно бачити економіку режиму.

• години роботи free cooling
• години без компресора
• розрахунковий холод від зовнішнього повітря
• зекономлені кВт·год компресора
• додаткові кВт·год вентиляторів
• чисту економію в гривнях
• нічне зниження температури будівлі
• ранковий пік охолодження до і після нічного режиму.

Висновок

Free cooling — це не магія і не безкоштовне охолодження. Це грамотне використання годин, коли зовнішнє повітря може працювати замість компресора.

У нього є два різні сценарії: денний free cooling, коли холод потрібен прямо зараз, і нічний free cooling, коли вентиляція заздалегідь виносить накопичене тепло, щоб зранку кондиціонери не стартували з піку.

Питання не в тому, чи є bypass у вентиляційній установці. Питання в тому, скільки годин компресор реально не працював і скільки гривень це повернуло власнику будівлі.

Якщо режим спроєктований, налаштований і вимірюється, він стає частиною економіки будівлі. Якщо ні — він залишається красивим словом у специфікації.