Использование холодного окружающего воздуха в осенне-зимний период года в системах кондиционирования воздуха все чаще находит применение, так как связано с существенной экономией электроэнергии. В случаях, когда необходимо эффективное охлаждение в осенне-зимний период либо круглогодичное охлаждение, альтернативой парокомпрессорному охлаждению являются чиллеры с системой естественного охлаждения.
Моноблочный чилллер с системой Free Сooling дополнительно укомплектован 3-ходовым вентилем в контуре хладоносителя и дополнительным теплообменником естественно охлаждения , встроенным в теплообменник конденсатора. В холодное время года охлаждение хладоносителя происходит в теплообменнике Free Сooling.
По сравнению с моноблочным чиллером чиллер с системой естественного охлаждения имеет более высокую стоимость, большие габаритные размеры и массу. Однако высокая энергоэффективность данных чиллеров благодаря останову компрессора в холодное время года позволяет получать выгоду на экономии электроэнергии по истечении срока окупаемости системы Free Cooling.
Можно выделить следующие режимы работы моноблочного чиллера с системой Free Cooling: режим машинного охлаждения, переходный режим, режим естественного охлаждения.
При работе в режиме парокомпрессионного охлаждения 3-ходовой вентиль (7) направляет отепленный хладоноситель в испаритель (3) чиллера, где происходит охлаждение за счет отвода тепла к кипящему хладагенту. Охлажденный хладоноситель подается насосом потребителю холода — в фанкойл (1). Пары хладагента откачиваются компрессором (4) из испарителя (3). Пар хладагента сжимается в компрессоре до высокого давления и температуры (выше температуры наружного воздуха) и нагнетается в воздушный конденсатор (5). В воздушном конденсаторе хладагент конденсируется за счет отвода тепла окружающим воздухом, который циркулирует через теплообменник конденсатора посредством вентилятора.
При работе в режиме Free cooling 3-ходовой вентиль (7) перенаправляет хладоноситель в теплообменник естественного охлаждения (6). В теплообменнике (6) хладоноситель охлаждается окружающим воздухом, циркулирующим через теплообменник посредством вентилятора. Охлажденный хладоноситель, пройдя через испаритель (без охлаждения), подается потребителю. В этом режиме компрессор чиллера остановлен.
Переходный режим отличается от режима Free cooling тем, что предварительно охлажденный в теплообменнике(6) хладоноситель доохлаждается в испарителе (3) за счет работы фреонового контура.
К недостаткам моноблочных чиллеров с системой Free cooling можно отнести их высокую стоимость по сравнению с моноблочными чиллерами. Однако за счет экономии электроэнергии дополнительные затраты на чиллер с системой Free cooling окупаются за относительно небольшой срок. По истечении срока окупаемости владелец чиллера получает выгоду за счет экономии электроэнергии.
Схемное решение на базе моноблочного чиллера с системой Free cooling может быть применено для различных типов объектов в случае ориентированности на энергоэффективное решение, а также когда на объекте необходимо круглогодичное охлаждение. Особенно актуальным это решение является для таких объектов, как ЦОД, имеющих большие теплопритоки в течение всего года. Большие теплопритоки подразумевают большое потребление электроэнергии для охлаждения в течение всего года. В этом случае экономия электроэнергии за счет использования чиллеров с системой Free cooling будет особенно ощутимой.
Технико-экономическое обоснование решения на базе чиллера с системой Free cooling включает в себя расчет срока окупаемости системы естественного охлаждения Стоит отметить, что срок окупаемости системы естественного охлаждения в значительной степени зависит от региона установки (количества суток работы чиллера в режиме Free Сooling). Таким образом, в регионах с холодным климатом срок окупаемости меньше, чем в регионах с теплым климатом.
Наглядно о принципе работы чиллеров с системой Free Cooling, а также пример расчета срока окупаемости – в видео: