Jak działa wytwornica wody lodowej i kiedy warto ją zastosować zamiast standardowej klimatyzacji?

​Wytwornica wody lodowej (chiller) schładza wodę lub roztwór glikolu w obiegu sprężarkowym, a następnie pompy rozprowadzają ten nośnik do odbiorników chłodu w budynku lub procesie. Takie rozwiązanie opłaca się zamiast standardowej klimatyzacji wtedy, gdy zapotrzebowanie przekracza kilkadziesiąt kilowatów, odbiorników jest wiele lub chłodzenie musi działać przez cały rok.

Spis treści

1. Czym jest wytwornica wody lodowej?
2. Jak działa wytwornica wody lodowej krok po kroku?
3. Jakie są rodzaje wytwornic wody lodowej?
4. Chiller czy klimatyzacja split i VRF? Porównanie
5. Kiedy warto zastosować wytwornicę zamiast klimatyzacji?
6. Jak przepisy F-gazowe i koszty energii wpływają na wybór?
7. Najczęściej zadawane pytania
8. Co zapamiętać?

Czym jest wytwornica wody lodowej?

Wytwornica wody lodowej to agregat chłodniczy, który odbiera ciepło z cieczy krążącej w zamkniętym obiegu i obniża jej temperaturę do poziomu potrzebnego w klimatyzacji lub procesie technologicznym. W branży funkcjonuje kilka nazw tego samego urządzenia: chiller, agregat wody lodowej, agregat ziębniczy.

Kluczowa różnica wobec klimatyzatora polega na nośniku chłodu. Klimatyzator typu split przesyła czynnik chłodniczy rurami bezpośrednio do jednostek wewnętrznych. Wytwornica zatrzymuje czynnik wewnątrz agregatu, a do budynku trafia wyłącznie woda lub glikol. Standardowe parametry pracy to 7°C na zasilaniu i 12°C na powrocie, choć w procesach przemysłowych stosuje się zarówno niższe, jak i wyższe temperatury.

Odbiornikami chłodu mogą być klimakonwektory, chłodnice w centralach wentylacyjnych, belki chłodzące, jednostki CRAH w serwerowniach oraz wymienniki płytowe zasilające maszyny. Dzięki temu jedno źródło obsługuje cały obiekt, od biura po linię produkcyjną.

Jak działa wytwornica wody lodowej krok po kroku?

Wytwornica wody lodowej działa w oparciu o sprężarkowy obieg chłodniczy, w którym czynnik kolejno paruje, jest sprężany, skrapla się i rozpręża. Ciepło odebrane z wody w parowniku zostaje oddane do otoczenia w skraplaczu.

1. Parowanie. Ciepła woda powracająca z instalacji, na przykład o temperaturze 12°C, przepływa przez parownik. Czynnik chłodniczy odparowuje w niskim ciśnieniu i odbiera od niej ciepło.
2. Sprężanie. Sprężarka zasysa pary czynnika i podnosi ich ciśnienie oraz temperaturę. To etap, który zużywa najwięcej energii elektrycznej.
3. Skraplanie. Gorący czynnik trafia do skraplacza, gdzie oddaje ciepło do powietrza zewnętrznego lub do wody chłodzącej i przechodzi w stan ciekły.
4. Rozprężanie. Zawór rozprężny obniża ciśnienie ciekłego czynnika, który wraca do parownika i cykl zaczyna się od nowa.
5. Dystrybucja. Schłodzona woda, na przykład o temperaturze 7°C, płynie do odbiorników, odbiera ciepło z pomieszczeń lub maszyn i wraca do agregatu.

Efektywność całego procesu opisują wskaźniki EER i SEER. Pierwszy mówi, ile kilowatów chłodu urządzenie daje z jednego kilowata energii elektrycznej w warunkach nominalnych. Drugi uwzględnia pracę przy zmiennym obciążeniu w ciągu roku, dlatego lepiej oddaje realne koszty eksploatacji.

Nowoczesne wytwornice mają też wymiennik odzysku ciepła. Ciepło ze skraplacza, które zwykle trafia do atmosfery, może podgrzewać ciepłą wodę użytkową lub wodę technologiczną. W zakładach z jednoczesnym zapotrzebowaniem na chłód i ciepło to jedna z najszybciej zwracających się opcji.

Jakie są rodzaje wytwornic wody lodowej?

Wytwornice wody lodowej dzieli się według sposobu chłodzenia skraplacza, typu sprężarki i źródła energii napędowej. Każdy z tych podziałów wpływa na koszt, efektywność i miejsce montażu.

Według sposobu oddawania ciepła wyróżnia się dwie grupy:

• chillery chłodzone powietrzem, montowane zwykle na dachu lub przy budynku, proste w instalacji, ale wrażliwe na wysokie temperatury zewnętrzne,
• chillery chłodzone wodą, ustawiane w maszynowni i współpracujące z wieżą chłodniczą lub dry coolerem, bardziej efektywne przy dużych mocach.

Według typu sprężarki stosuje się sprężarki spiralne (scroll) w mniejszych urządzeniach, śrubowe w średnich i dużych oraz odśrodkowe w instalacjach o najwyższej mocy. Osobną grupę tworzą sprężarki odśrodkowe na łożyskach magnetycznych, takie jak Danfoss Turbocor. Pracują bez oleju i z płynną regulacją prędkości, dzięki czemu osiągają wysoką sprawność przy częściowym obciążeniu, czyli w warunkach, w których chiller spędza większość roku.

Trzecim podziałem jest źródło energii. Obok chillerów sprężarkowych zasilanych prądem istnieją agregaty absorpcyjne, napędzane ciepłem: gorącą wodą, parą lub ciepłem odpadowym z procesu. Sprawdzają się w układach trigeneracji, gdzie silnik gazowy wytwarza prąd, a jego ciepło zamienia się w chłód.

Chiller czy klimatyzacja split i VRF? Porównanie

Chiller wygrywa przy dużych mocach, wielu odbiornikach i pracy całorocznej, natomiast klimatyzacja split i VRF przy mniejszych obiektach i krótkim sezonie chłodzenia. Zestawienie poniżej pokazuje najważniejsze różnice.

Porównanie nie oznacza, że klimatyzacja jest gorsza. W biurze o powierzchni kilkuset metrów kwadratowych system VRF bywa najrozsądniejszym wyborem. Problem pojawia się, gdy do biura dochodzi hala, serwerownia i proces technologiczny, a każda strefa dostaje osobne urządzenia.

Kiedy warto zastosować wytwornicę zamiast klimatyzacji?

Wytwornicę warto zastosować wtedy, gdy obiekt potrzebuje dużej mocy chłodniczej, ma wiele odbiorników, chłodzi procesy lub wymaga pracy przez cały rok. W takich warunkach wytwornica wody lodowej zastępuje dziesiątki rozproszonych klimatyzatorów jednym węzłem, który łatwiej serwisować, monitorować i rozbudowywać.

Najczęstsze sytuacje, w których chiller jest lepszym wyborem:

• zapotrzebowanie na chłód przekracza kilkadziesiąt kilowatów,
• w zakładzie są maszyny wymagające chłodzenia wodą, na przykład wtryskarki, prasy lub obrabiarki CNC,
• obiekt ma serwerownię lub centrum danych pracujące przez cały rok,
• chłód trzeba rozprowadzić na duże odległości, na przykład między halami,
• istnieje zapotrzebowanie na ciepłą wodę, którą może pokryć odzysk ciepła,
• inwestor chce ograniczyć ilość czynnika chłodniczego w budynku.

Dobrym przykładem jest przemysł spożywczy. Zakład przetwórczy chłodzi jednocześnie mleko lub napoje, magazyny, linie pakujące i pomieszczenia pracy. Jeden układ wody lodowej z buforem i free coolingiem obsługuje wszystkie te strefy, a różne temperatury uzyskuje się przez osobne obiegi i wymienniki.

Klimatyzacja pozostaje lepsza w małych obiektach, pomieszczeniach rozproszonych bez wspólnej maszynowni oraz tam, gdzie sezon chłodzenia trwa kilka tygodni w roku. Wtedy wyższy koszt instalacji wodnej po prostu się nie zwróci.

Jak przepisy F-gazowe i koszty energii wpływają na wybór?

Przepisy F-gazowe i rosnące koszty energii przesuwają rynek w stronę chillerów z czynnikami o niskim GWP, sprężarkami o płynnej regulacji i free coolingiem. Wybór urządzenia w 2026 roku powinien uwzględniać zakazy wchodzące w życie od 2027 roku.

Rozporządzenie (UE) 2024/573 wprowadza stopniowe zakazy wprowadzania do obrotu urządzeń z fluorowanymi gazami o wysokim GWP. Od 1 stycznia 2027 roku dla chillerów o mocy do 12 kW limit wynosi GWP 150, a dla większych urządzeń GWP 750. W praktyce oznacza to przejście na czynniki takie jak R1234ze, R513A czy naturalny propan R290 i amoniak.

Drugim czynnikiem jest energia. Według International Institute of Refrigeration chłodnictwo odpowiada za około 20% światowego zużycia prądu. W zakładzie, w którym chiller pracuje kilka tysięcy godzin rocznie, różnica sprawności między starszym a nowym urządzeniem przekłada się na dziesiątki tysięcy złotych rocznie. Dlatego przy porównaniu ofert liczy się koszt cyklu życia, a nie sama cena zakupu. Typowa żywotność agregatu wynosi 15 do 25 lat, więc koszty energii wielokrotnie przewyższają nakłady inwestycyjne.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka jest temperatura wody lodowej?

Standardowa temperatura wody lodowej wynosi 7°C na zasilaniu i 12°C na powrocie. W klimatyzacji stosuje się też parametry 6/12°C, a w serwerowniach i instalacjach z free coolingiem wyższe, na przykład 10/15°C lub więcej. W procesach przemysłowych nośnik z glikolem może mieć temperaturę ujemną.

Czym różni się chiller od pompy ciepła?

Chiller i pompa ciepła działają w tym samym obiegu sprężarkowym, ale wykorzystują inną stronę procesu. Chiller korzysta z chłodu powstającego w parowniku, a pompa ciepła z ciepła oddawanego w skraplaczu. Część urządzeń jest odwracalna i może pracować w obu trybach, a chillery z odzyskiem ciepła wykorzystują obie strony jednocześnie.

Czy wytwornica wody lodowej może pracować zimą?

Wytwornica wody lodowej może pracować zimą, jeśli instalacja jest zabezpieczona glikolem lub odpowiednio izolowana i ogrzewana. Zimą najczęściej przechodzi w tryb free cooling, w którym wodę schładza powietrze zewnętrzne, a sprężarki pozostają wyłączone. To typowy tryb pracy dla serwerowni i procesów całorocznych.

Ile prądu zużywa chiller?

Zużycie prądu przez chiller zależy od jego mocy chłodniczej i sprawności. Przy wskaźniku EER równym 3 urządzenie o mocy 300 kW pobiera około 100 kW energii elektrycznej przy pełnym obciążeniu. W skali roku decyduje jednak SEER, czyli sprawność przy częściowym obciążeniu, oraz liczba godzin pracy w trybie free cooling.

Gdzie montuje się wytwornicę wody lodowej?

Wytwornicę chłodzoną powietrzem montuje się na dachu lub na terenie przy budynku, z zapewnieniem swobodnego przepływu powietrza i dostępu serwisowego. Chillery chłodzone wodą ustawia się w maszynowni wewnątrz budynku. W obu przypadkach trzeba sprawdzić nośność konstrukcji, poziom hałasu i odległości od okien sąsiednich budynków.

Co zapamiętać?

• Wytwornica wody lodowej schładza wodę lub glikol, który pompy rozprowadzają do odbiorników chłodu.
• Standardowe parametry wody lodowej to 7°C na zasilaniu i 12°C na powrocie.
• Chiller opłaca się przy mocach od kilkudziesięciu kilowatów, wielu odbiornikach i pracy całorocznej.
• Od 2027 roku nowe chillery powyżej 12 kW nie mogą zawierać F-gazów o GWP 750 i wyższym.
• O kosztach eksploatacji decyduje sprawność przy częściowym obciążeniu, free cooling i odzysk ciepła.