В последние годы многие владельцы зданий, а также компании, обслуживающие объекты недвижимости, все большее значение придают эффективности систем холодоснабжения с точки зрения затрат электроэнергии. В условиях Российского климата круглогодичное использование компрессоров является не только не эффективным, но и значительно сокращают срок службы компрессоров и других компонентов холодильных машин.
В связи с этим системы фрикулинга (от англ. Free-cooling) активно набирают популярность в большинстве регионов России. Это объясняется тем, что фрикулинг позволяет использовать температуру окружающего воздуха для охлаждения теплоносителя при выключенных компрессорах, за счет чего позволяет снизить годовые затраты на электроэнергию на 50-70% в зависимости от региона. В различных регионах РФ температура воздуха держится на отметке ниже 0°С от 5 до 7 месяцев в году. И это делает применение чиллеров с фрикулингом еще более актуальным.
В этих условиях системы фрикулинга демонстрируют высокую эффективность работы системы холодоснабжения. Проще говоря, охлаждают теплоноситель уличным воздухом в теплообменнике фрикулера (драйкулера), а не в теплообменнике испарителя за счет работы компрессоров. В этом и состоит главная цель фрикулинга — использовать температуру окружающей среды и за счет этого сокращать затраты электроэнергии.
Расчет системы фрикулинга
Фрикулинг или свободное охлаждение — это эффективный и экономичный метод использования низких температур наружного воздуха. Этот метод работы использует естественные низкие температуры окружающей среды и при этом обеспечивает снижение затрат на электроэнергию до 70%. При этом, чем выше температура «перехода» (переключение режима охлаждения компрессорами на режим фрикулинга), тем выше эффективность системы!
Очень важно, чтобы система фрикулинга была рассчитана правильно таким образом, чтобы температура «перехода» была а диапазоне от 0°С до +2°С. Это означает, что при снижении наружной температуры воздуха до +2°С система охлаждения отключит компрессоры и на 100% перейдет в режим фрикулинга. Если значение расчетной температуры «перехода» взято производителем на отметке -10°С или, что еще хуже -15°С, то данную систему фрикулинга можно назвать номинальной и неэффективной, т.к. её функционал ограничен.
Типы систем фрикулинга
Системы фрикулинга могут быть встроенные и раздельные. Встроенная (интегрированная) система фрикулинга отличается от раздельной тем, что теплообменник фрикулера (драйкулера) интегрирован в конструкцию чиллера, а его охлаждение происходит теми же вентиляторами, которыми охлаждается теплообменник конденсатора.
Система встроенного фрикулинга
Режимы работы системы фрикулинга
Включение системы фрикулинга осуществляется через регулирующий трехходовой клапан, подключенный к микропроцессору. Трехходовой клапан настроен на расчетную температуру «перехода» (активации режима фрикулинга). В интегрированной системе фрикулинга жидкостной теплообменник фрикулера расположен в непосредственной близости к теплообменнику воздушного конденсатора холодильной машины, а вентиляторы конденсатора прогоняют воздух одновременно через оба теплообменника, как показано на видео.
Работа фрикулинга в летний период
В летний период, при высоких значениях температуры наружного воздуха возможность естественного охлаждения отсутствует, поэтому теплообменники фрикулера (драйкулера) не используются. В таких условиях охлаждение воды происходит полностью за счет работы компрессоров. При этом, 3-х ходовой клапан холодильной машины направляет весь поток охлаждаемой жидкости через испаритель чиллера.
Работа фрикулинга в межсезонье
В зависимости от расчетных температур и заводских настроек системы 3-х ходовой клапан может начать открываться и направлять часть потока охлаждаемой воды к теплообменникам фрикулинга, как только температуре наружного воздуха станет на 1–2°C ниже уставки температуры охлаждаемой воды. Таким образом, если система настроена на температуру выхода охлаждаемой воды 5°C, то система фрикулинга начнет работать, когда температура наружного воздуха по сухому термометру достигнет 4°C. Вода частично охлаждается, проходя через фрикулер, а затем проходит через испаритель чиллера для охлаждения до требуемой температуры в 5°C. Таким образом, происходит работа чиллера в смешанном режиме – фрикулинг + охлаждение компрессорами.
Работа фрикулинга в зимний период
Как только температура наружного воздуха установится на отметке, которая 5°C ниже заданного значения температуры охлаждаемой воды, система фрикулинга выйдет на 100% своей производительности. В этот момент 3-х ходовой клапан откроется на 100%, пропуская поток воды в теплообменник фрикулера. При этом, поток воды охлаждаемой воды через испарители прекращается, а компрессоры выключены. Вода полностью охлаждается в теплообменнике фрикулера. В условиях снижения наружной температуры, скорость вентиляторов, охлаждающих теплообменник фрикулера, будет снижаться, что позволит дополнительно снизить потребление энергии.
Преимущества встроенного фрикулинга
Основным преимуществом чиллеров со встроенным фрикулингом является компактность конструкции. В условиях ограниченного пространства, фрикулинг можно реализовать с помощью чиллеров со встроенными фрикулерами. Высокоэффективные агрегаты имеют компактные размеры, что позволяет легко монтировать их в ограниченном пространстве снаружи здания.
Система раздельного фрикулинга
Раздельной системой принято называть систему фрикулинга, в которой теплообменник фрикулера вынесен за пределы конструкции чиллера и представляет собой ни что иное, как обыкновенный драйкулер (сухая градирня), который параллельно подключен к контуру охлаждаемой воды.
Драйкулер, подключенный к системе охлаждаемой воды по параллельному байпасному контуру с чиллером, полностью изолирован от него. Таким образом, охлаждения воздушных конденсаторов и охлаждение теплообменника фрикулера (драйкулера) происходит абсолютно независимо друг от друга.
Система раздельного фрикулинга позволяет почти максимально использовать холод окружающей среды, а также позволяет пользователю изолировать чиллер для сезонного планово-профилактического обслуживания. Это является одним из дополнительных преимуществ системы раздельного фрикулинга.
Преимущества раздельного фрикулинга
Для работы вместе со стандартным технологическим чиллером в качестве фрикулера обычно используется сухая градирня (драйкулер). Независимый теплообменник может иметь бОльшую площадь поверхности, что позволяет получить максимальную эффективность процесса фрикулинга как при полной, так и при частичной тепловой нагрузке на систему холодоснабжения.
Возможности фрикулинга
Возможности системы фрикулинга оценивают количеством часов в году, которое данная система может работать в режиме 100% своей производительности. При проектировании системы фрикулинга определяющими параметрами являются профиль тепловой нагрузки и местные погодные условия. Снижение тепловой нагрузки влияет на возможности использования фрикулинга. Например, снижение нагрузки в межсезонье на 50% для системы кондиционирования позволяет переключиться на режим фрикулинга при температуре наружного воздуха по влажному термометру примерно на 5°С выше, чем при работе системы с полной нагрузкой. Это может добавить от 500 до 2000 часов к годовой эксплуатации естественного охлаждения.