Фрикулинг (free-cooling, свободное охлаждение) – это технология охлаждения объекта за счёт окружающей среды без применения компрессоров и другого энергоёмкого оборудования. Фактически, речь идёт о подаче прохладного уличного воздуха напрямую в помещение или посредством теплоносителя. Работоспособность фрикулинга возможна только тогда, когда температура воздуха на улице ниже температуры, которую требуется поддерживать в помещении.
Что такое фрикулинг, и когда он нужен
Стандартная система кондиционирования построена на базе парокомпрессионного холодильного цикла. Она позволяет охлаждать помещение за счет окружающей среды даже тогда, когда температура на улице превышает температуру в помещении. При снижении температуры на улице потребность в охлаждении помещений автоматически отпадает, и кондиционеры отключаются.
Однако на некоторых объектах охлаждение воздуха требуется не только летом, но и в межсезонье и даже зимой. К таковым относятся, например, серверные и коммутационные помещения, базовые станции, центры обработки данных и другие объекты с высокими теплоизбытками. Тепловыделения (как правило, от оборудования) в них настолько высоки, что перекрывают зимние теплопотери и вместо отопления на объекте нужно именно кондиционирование воздуха.
Для работы кондиционеров в зимнее время предусматривают низкотемпературный комплект. Тем не менее, работа кондиционеров зимой нестабильна и энергозатратна. Условно говоря, зачем включать компрессор, если можно просто открыть окно или подать нужное количество холодного воздуха при помощи приточной вентиляции. И здесь на первый план выходят технологии свободного охлаждения.
Итак, фрикулинг – это энергосберегающее решение для охлаждения объекта с высокими теплоизбытками в зимнее и переходное время года. Впрочем, некоторые системы свободного охлаждения (например, косвенный фрикулинг с адиабатикой) прекрасно работают и в летнее время года.
Виды фрикулинга и принципы их работы
Существует несколько разновидностей систем свободного охлаждения:
- Чиллер с фрикулингом
- Прямой фрикулинг
- Косвенный фрикулинг (с адиабатным увлажнением наружного воздуха или без него)
Чиллер с фрикулингом
Чиллеры с функцией фрикулинга представляют собой холодильные машины, оснащённые дополнительным теплообменником – теплообменником для охлаждения холодоносителя за счёт наружного воздуха.
Алгоритм работы таких чиллеров следующий. Если наружная температура выше заданной температуры холодоносителя, то агрегат работает по стандартной схеме – холодоноситель охлаждается в испарителе холодильного контура, встроенного в чиллер. Если же температура уличного воздуха ниже заданной температуры холодоносителя, то последний направляется не в испаритель, а в тот самый дополнительный теплообменник, где охлаждается за счёт обдува наружным воздухом.
Конструктивно дополнительный теплообменник установлен рядом с конденсатором и обдувается теми же вентиляторами, которыми обдувается конденсатор. Таким образом, чиллеры с фрикулингом отличаются от обычных лишь наличием трубной развязки, дополнительного теплообменника и адаптацией алгоритма работы контроллера.
Эту же схему можно реализовать и при помощи обычного чиллера и драйкулера (сухой градирни). В этом случае холодоноситель летом должен направляться для охлаждения в чиллер, а в межсезонье и зимой – в драйкулер. Такая конфигурация отличается повышенной надёжностью: например, если чиллер вышел из строя, то охлаждение продолжится за счет драйкулера. Однако она более сложна в реализации: трубную развязку, арматуру и алгоритмы автоматизации придётся разрабатывать самостоятельно.
Чиллер Dantex с функцией фрикулинга (серия DN-R110-1945BUSOHF)
Схема чиллера с секцией фрикулинга
Схема системы с обычным чиллером и драйкулером для реализации режима свободного охлаждения
Прямой фрикулинг
Прямой фрикулинг представляет собой мощную приточно-вытяжную установку с рециркуляцией воздуха. Данные установки снабжаются надёжной и эффективной системой фильтрации, которая обеспечивает чистый воздух во внутренних помещениях здания.
Температура подаваемого воздуха при прямом фрикулинге поддерживается на одном уровне независимо от наружных условий. Это достигается за счёт рециркуляции воздуха. Если наружная температура совпадает с заданной температурой приточного воздуха, то рециркуляция не осуществляется. Далее, при понижении наружной температуры, доля рециркуляции плавно нарастает, и достигает максимума при сильных морозах. Плавное регулирование соотношения рециркулируемого и приточного уличного потоков воздуха достигается за счет применения клапанов с шаговыми или плавными электроприводами.
Важно понимать, что прямой фрикулинг в чистом виде не способен поддержать в помещении более низкую, нежели наружная, температуру. Для того чтобы объект работал круглый год, данные установки оснащаются традиционными фреоновыми охладителями на базе парокомпрессионного холодильного цикла. Выгода же от работы фрикулинга заключается в том, что эти охладители работают меньшую часть года, что и обеспечивает существенную экономию электроэнергии.
Таким образом (и это касается установок свободного охлаждения всех трех типов) реализация фрикулинга всегда ведёт к повышению капитальных затрат и ощутимому снижению последующих эксплуатационных затрат. Период окупаемости зависит от энергоёмкости объекта и непрерывности охлаждения и обычно составляет 3-7 лет.
Схема работы прямого фрикулинга. Наружный воздух (зеленые стрелки) проходит через фильтры и воздухоохладители, работающие в летнее время, и подаётся в помещение (голубые стрелки). Нагретый в помещении воздух (желтые стрелки) частично рециркулируется, остальная его часть выбрасывается на улицу (коричневые стрелки).
Косвенный фрикулинг
Суть косвенного фрикулинга – охлаждение внутреннего воздуха за счёт наружного. Этот процесс осуществляется в специальных воздухо-воздушных теплообменниках.
Очевидно, что для работы теплообменника в нём должна поддерживаться разница тепловых потенциалов – разница между температурами двух сред. Таким образом, косвенный фрикулинг может работать только тогда, когда температура наружного воздуха на несколько градусов ниже температуры подаваемого охлажденного воздуха. Это означает, что длительность работы такого режима свободного охлаждения должна быть короче, нежели у прямого фрикулинга. Однако это не всегда так.
Дело в том, что установки косвенного фрикулинга можно оптимизировать – внедрить секцию адиабатного (распылительного) увлажнения наружного воздуха. В такой секции воздух будет не только увлажняться, но и охлаждаться, что будет равносильно более низкой наружной температуре, чем есть на самом деле. Применение адиабатных увлажнителей позволяет значительно расширить границы применения косвенного фрикулинга, особенно для жарких сухих регионов.
Воздухо-воздушный теплообменник, входящий в состав агрегатов косвенного фрикулинга, часто выполняется в виде медленно вращающегося ротора большого диаметра. Подобно роторному теплоутилизатору (рекуператору), холод наружного воздуха в нем передаётся внутреннему, что и обеспечивает работу всей установки.
Схема работы косвенного фрикулинга представлена на рисунке и заключается в передаче холода от наружного воздуха к внутреннему. Наружный воздух (синяя стрелка справа снизу) проходит через фильтры и установку адиабатного увлажнения (показана желто-зеленым цветом), в результате чего увлажняется и охлаждается, и попадает в роторный теплообменник. В это время лопасти роторного теплообменника охлаждаются.
Так как ротор медленно вращается, лопасти со временем окажутся на стороне внутреннего воздуха. Обдувая холодные лопасти, нагретый поток внутреннего воздуха (красные стрелки слева сверху) охлаждается и подаётся обратно в помещение (синие стрелки слева снизу). Одновременно с этим лопасти ротора нагреваются и переходят на сторону наружного воздуха. Наружный воздух, который отдал свой холод ротору, отводится обратно на улицу (красные стрелки справа сверху).
Для монтажа и обслуживания климатического оборудования Dantex обращайтесь к официальным дилерам. Они имеют необходимый опыт, навыки и сертификаты для проведения работ любой сложности.