Что такое фрикулинг в чиллере
Системы охлаждения жидкости (чиллер) с «Free Cooling» — сухие градирни
В регионах с умеренным и холодным климатом наличие фрикулинга помогает существенно экономить электроэнергию в осенне-зимний период. В драйкулере от питания работают только осевые вентиляторы, в то время как в других типах холодильных агрегатов электричество требуется также для работы испарителя. При наличии системы свободного охлаждения компрессор – основной потребитель электроэнергии – работает значительно меньше, что становится дополнительным источником экономии.
Кроме того, большинство современных драйкулеров оснащены частотными преобразователями, которые позволяют регулировать скорость вращения лопастей вентилятора.
Чиллер с естественным охлаждением может использовать фрикулинг полностью или частично. В первом случае охлаждение воздуха происходить при полностью выключенном компрессоре за счет гликолевого контура, во втором – компрессор работает в половину нагрузки, а гликолевый контур используется параллельно для охлаждения воздуха в помещении и конденсатора.
Системы с «Free cooling» в зимний период дают возможность экономить до 80% электроэнергии, а в межсезонье – до 50%. Учитывая значительный рост цен на энергоносители, такая экономия является весьма существенной. Именно поэтому владельцы промышленных предприятий, имеющих постоянную потребность в охлаждении, предпочитают установку систем охлаждения жидкости с «Free cooling».
Наша компания предлагает охладители технических жидкостей с системой фрикулинг, а также занимается производством, поставкой и монтажом драйкулеров («сухих охладителей жидкости» или «сухих градирен»). «Ксирон-холод» занимается выпуском драйкулеров как под чиллеры собственного производства, так и для монтирования в другие системы охлаждения.
Мы предоставляем широкий выбор драйкулеров Guntner, изготовленных на основе качественных комплектующих от известных европейских производителей.
Энергосберегающие схемы охлаждения технических жидкостей
На сегодняшний день наибольшим спросом пользуется оборудование с системой естественного охлаждения «Фрикулинг», которое позволяет в зимний и осенне-весенний период использовать для охлаждения хладагента холодный наружный воздух, не включая компрессор. Поскольку основным потребителем электроэнергии считается именно компрессор, то применение фрикулинга позволяет существенно экономить электроэнергию.
Водоохлаждающая установка на базе воздушного конденсатора с сухой градирней
Принцип работы
При снижении температуры воздуха тосол при помощи трехходового клапана поступает предварительно в градирню, где он частично охлаждается и только после этого подается в холодильную установку. При стабильно низких наружных температурах основной отбор тепла будет происходить в градирне, в то время как компрессор будет отключен.
Преимущества
Когда температура воздуха понижается, и разница между температурой наружного воздуха и температурой воды достигает 5ºС, в работу включается гликолевый контур. Чем холоднее будет на улице, тем большую часть отводимого тепла будет брать на себя контур охлаждения тосолом.
Водоохлаждающая установка на базе жидкостного конденсатора с драйкулером
Принцип работы
В зимний период, когда температура наружного воздуха падает настолько, что градирня может взять на себя всю нагрузку по отбору тепла, охлажденный поток тосола из драйкулера поступает на пластинчатый теплообменник, а компрессор чиллера отключается.
Преимущества
Недостатки
Рассчитываем срок период окупаемости чиллера с системой «Free cooling»
Стоимость градирни вместе с другим дополнительным оборудованием (насосом для тосола, разборным теплообменником, трехходовым клапаном) – 11,5 тыс. евро.
Если считать, что холодильное оборудование будет работать круглосуточно при цене электроэнергии 3 руб за кВт/час, то годовая экономия достигнет – 227 тыс. рублей. Таким образом, можно сделать вывод, что приобретенное оборудование окупит себя немногим более чем за 2 года.
При охлаждении происходит обмен тепловой энергией: от объекта, который охлаждается, она переходит в окружающую среду. При этом сам процесс может идти как естественно, без участия каких-либо устройств, так и искусственным путем. Во втором случае тепло перераспределяется между объектом, который нагрет сильнее, к объекту с более низкой температурой. Чтобы достичь такого результата, требуется дополнительная энергия.
В парокомпрессионной машине она необходима для работы компрессора, задачей которого становится формирование в гидравлическом контуре охлаждающего устройства зон с разным давлением – более низким и более высоким. Это позволяет создать условия, при которых хладагент может перейти из жидкой фазы в газообразную и наоборот. При этом один из участков контура становится местом, где тепловая энергия поглощается, а другой – где она тратится на конденсацию хладагента.
В процессе естественного охлаждения тепловая энергия переносится без дополнительных затрат. Однако, чтобы это стало возможным, температурные параметры окружающего пространства должны быть ниже, чем объекта, подвергаемого охлаждению.
Когда при естественном теплообмене в охлаждающей системе используется холодный наружный воздух, процесс носит название фрикулинга, что в переводе с английского языка означает «свободное охлаждение» (от «Free Cooling»). Самой простой из таких систем является открытое окно или форточка.
Фрикулинг как система охлаждения является оптимальным для регионов с холодным климатом. Он позволяет существенно уменьшить период действия компрессора охлаждающей машины и снизить затраты электрической энергии. Именно из-за высокого коэффициента энергосбережения этот тип охлаждения является наиболее предпочтительным.
Различаются две разновидности фрикулинга: прямого и непрямого типов.
Прямым называется процесс, когда теплообмен происходит непосредственно от охлаждаемого объекта к наружному воздуху.
При непрямом в системе имеются промежуточные контуры. Это вид подразделяется на фрикулинг, где используется или не используется адибатика.
Прямой фрикулинг
Идея фрикулинга может по-разному применяться в системах разных типов.
В системах, оснащенных градирнями, конденсатор охлаждается с помощью воды. Чаще всего для этих целей используется конденсатор кожухо-трубного типа. Охлаждающий пар, проходящий снаружи труб, охлаждается и конденсируется с помощью воды, циркулирующей внутри труб. На данном этапе охлаждение воды осуществляется с помощью градирен. Это происходит, когда чиллер работает в условиях высоких температур окружающего воздуха. Однако, при понижении температуры окружающего воздуха ниже температуры воды, используемой в системах охлаждения, нет необходимости в эксплуатации оборудования охлаждающей группы. В этом случае, в системах прямого охлаждения, вода направляется из градирни в обход чиллера напрямую в систему охлаждения. Основным преимуществом данной системы при работе градирен в открытом цикле является то, что требуемая температура охлаждающей воды близка к температуре окружающего воздуха. При этом максимальная выгода может быть получена от использования технологии естественного охлаждения. Однако, серьезным недостатком является загрязнение контура холодной воды, вызванное сравнительно грязной водой конденсатора. Несмотря на попытки использовать различные технологии для ее очистки, такие как, например, фильтрование, применение данных систем в последнее время становится все более непопулярным. Данная проблема может быть устранена путем использования градирен, работающих в закрытом цикле, в составе системы непрямого охлаждения или драйкулеров (сухих градирен).
Применением режима прямого фрикулинга обеспечивается очень высокая энергоэффективность работы оборудования. Однако важно предусмотреть следующий момент: температура воздуха, который поступает в помещение напрямую, должна быть определенной. От также должен быть достаточно чистым. Это ведет к необходимости установки дополнительных устройств, очищающих воздух.
Фрикулинг в системах охлаждения с чиллерами
Сфера применения непрямого фрикулинга – системы с чиллерами. Когда оборудование работает как компрессор, охлаждение жидкости в потребляющем контуре происходит в испарителе, как показано на рисунке 3а. Однако в межсезонье и зимой можно охлаждать помещение, забирая воздух с улицы. Это требует дополнения в виде контура, оборудованного драйкулером (рисунок 3,б).
В системах, где используются чиллеры, применяются три основных варианта фрикулинга.
Фрикулинг с применением градирен замкнутого цикла
Применение градирен замкнутого цикла характерно для систем естественного охлаждения. Как было указано выше, это устраняет риск загрязнения в отличие от систем открытого цикла. В летнее время, когда эксплуатируется оборудование главной охлаждающей группы, конденсаторная вода, подаваемая из градирен, циркулирует в замкнутом цикле. В зимний период, когда работают только системы естественного охлаждения, вода, подаваемая из градирен, циркулирует в контуре холодной воды в замкнутом цикле.
На рисунке 2б показана схема системы естественного охлаждения замкнутого цикла с распределением нагрузки. В данной системе возвратная охлаждающая вода предварительно охлаждается перед подачей в испаритель. При этом снижается нагрузка на чиллер и повышается эффективность всей системы при работе в промежуточные сезоны.
В градирнях, в зависимости от конструкции, вода может охлаждаться до температуры на 3-6 оС выше температуры по влажному термометру. В градирнях замкнутого цикла температура воды обеспечивается на уровне 2-3 оС выше температуры, которая может быть достигнута в градирнях открытого цикла. В идеальных условиях может быть обеспечена температура воды практически равная температуре по влажному термометру путем увеличения размеров градирни, однако, в этом случае значительно увеличиваются капитальные затраты. Хотя, использование градирен привлекательно с точки зрения капитальных затрат, они могут вызывать проблемы с эксплуатацией оборудования. Это связано с тем, что вода из градирен напрямую подается в систему охлаждения, а это в свою очередь может вызывать загрязнение и известковый налет на поверхностях теплообменников. Более того, та, часть воды, которая испаряется в градирнях, должна постоянно восполняться. И, наконец, вода должна периодически очищаться или заменяться для того, чтобы избежать отложения осадков в емкости градирни. Вода в градирне может достигать очень высоких уровней жесткости. При этом при ее испарении образуется большое количество отложений на стенках емкости. При принятии решения об использовании данной системы необходимо учитывать проблемы, связанные с потерями и загрязнением воды.
Системы с использованием вспомогательных теплообменников.
В данных системах используются отдельные дополнительные теплообменники. Чаще всего при этом используются теплообменники пластинчатого типа. В зимнее время необходимая тепловая нагрузка в контуре холодной воды обеспечивается водой из градирен, подаваемой через вспомогательные теплообменники без применения чиллеров.
Системы фрикулинга с использованием газообразного хладагента
Данные системы используются крайне редко. В случаях, когда может быть достигнута температура конденсаторной воды ниже требуемой температуры холодной воды, чиллер работает как термосифон. Низкотемпературная конденсаторная вода конденсирует газообразный хладагент в конденсаторе. Затем он направляется в испаритель силой гравитации или с помощью вспомогательного насоса. Охлаждающая вода с высокой температурой вызывает испарение хладагента в испарителе. Перепад давления между испарителем и конденсатором обеспечивает возврат газа в конденсатор. В данной системе потоки между испарителем и конденсатором обеспечиваются через байпасные каналы. В данной системе нет необходимости в эксплуатации компрессора. Блоки с использованием охлаждающего газа могут применяться в составе не всех систем охлаждения. А в тех системах, в которых они применяются, мощность блоков естественного охлаждения ограничивается показателем 10-30 % от расчетной мощности чиллера. Мощность блоков естественного охлаждения зависит от расчетной мощности чиллера и разницы между требуемой температурой воды и температурой конденсаторной воды.
Принципиальную схему функционирования чиллера, работающего по типу фрикулинга, можно увидеть на рисунке 4. Летом, если наружный воздух теплее теплоносителя, он поступает в контур испарителя, не попадая в драйкулер, где и происходит охлаждение.
В межсезонье при понижении температуры воздуха снаружи помещения может применяться смешанный режим работы чиллера. Это позволяет уменьшить затраты электроэнергии на работу компрессора. Теплоноситель частично охлаждается в испарителе, остаток – в драйкулере, как показано на рисунке 5.
Зимой работа чиллера ведется в режиме фрикулинга. Теплоноситель охлаждается драйкулером (рисунок 6). Компрессор включать нет необходимости, благодаря чему экономится электричество.
Рисунок 6
В системах с фрикулингом теплоносителем являются водо-гликолевые смеси, которые не подвержены замерзанию. Когда в техзадании и проекте невозможно применение антифриза, в системе создается дополнительный контур, в который встраивается промежуточный теплообменник. Это показано на рисунке 7.
Рисунок 7
Такая схема фрикулинга летом, зимой и в межсезонье действует подобно схемам, которые рассматривались выше. Это означает, что летом охлаждение в основном контуре идет только в испарителе чиллера, а контур, где находится антифриз, не используется.
Зимой компрессор выключен, для охлаждения теплоносителя применяется пластинчатый теплообменник контура, где находится антифриз.
Если используется промежуточный контур, происходит небольшое
уменьшение энергоэффективности, но это дает существенные плюсы.
В чиллерах, где применяется воздушный конденсатор, может присутствовать встроенная система фрикулинга, однако она может и отсутствовать. По сути, любой из чиллеров на воздушном охлажденим может обладать контуром «свободного» охлаждения – сухой градирней (драйкулером). Однако целесообразнее выбирать в этом случае чиллер со встроенной системой фрикулинга: это дает возможность пользоваться заводской системой управления, регулирующей работу оборудования путем изменения мощности компрессора, запуска вентиляторов и изменения их скорости.
Свободное охлаждения используется и в чиллерах, где применяется водяной вариант охлаждения (рисунок 8).
Рисунок 8
Чиллера, имеющие водяное охлаждение, в теплое время года действуют при работающих компрессорах, задачей драйкулера становится снижение температуры конденсатора чиллера. В холодное время компрессоры выключены, происходит переключение драйкулера на контур, охлаждающий основной контур, чтобы снижать температуру теплоносителя, который идет от потребителя.
Фрикулинг в вентиляционных системах
Вентиляционные системы использует фрикулинг за счет воздухо-воздушного теплообменника, например, роторного рекуператора, как показано на рисунке 9. Ротора соприкасается с потоками воздуха разной температуры, идущими в разных направлениях, по очереди.
Рисунок 9
К достоинствам рекуператоров этого типа относят экономию электроэнергии (параметры эффективности достигают 75-85 процентов), а также возможность пользоваться ими весь год, ведь показатели температуры внутри помещения и снаружи могут быть почти одинаковыми.
Эффективность использования фрикулинга
Главной целью применения этой системы охлаждения становится снижение энергозатрат. С этой точки зрения максимально эффективен прямой фрикулинг, хотя он нуждается в затратах на очищение поступающего с улицы воздуха.
Непрямой фрикулинг эффективен, когда наружный воздух имеет температуру не менее 7◦С.
Чтобы рассчитать, насколько эффективным будет фрикулинг, применяется СНиП 23-01-99, согласно которому параметры среднесуточной температуры уличного воздуха ниже 7◦С должны сохраняться в течение определенного времени и не дольше. При расчетах стоит обратиться к статистическим данным по разным городам России за период последних пятнадцати лет.
Расчет окупаемости фрикулинга
Капитальные затраты на оборудование:
Таблица 1
| существующая система (чиллер + сухой охладитель) | ||
| охлаждение форм и масла | летний период, 4 месяца | 5.612,52 € |
| зимний период, 8 месяцев | 3.498,08 € | |
| ежегодное потребление | 9.110,60 € | |
| сценарий чиллер + чиллер (без сухого охладителя) | ||
| охлаждение форм и масла | летний период, 4 месяца | 10.761,14 € |
| зимний период, 8 месяцев | 14.348,19 € | |
| ежегодное потребление | 25.109,33 € | |
| экономическая выгода (евро в год) | 15.998,73 € | |
| экономическая выгода (%) | 63,72% | |
Окупаемость чиллеров приведена для регионов с разным климатом – Краснодара, Архангельска и Москвы. В соответствии со СНиП 23-01-99 подготовлена таблица 2 с примерной годовой длительностью промежутков показатели среднесуточной температуры были менее +7 °C, чтобы вычислить примерное время, которое оборудование может работать в режиме фрикулинга.
Таблица 2
Далее следует расчет, сколько чистого времени может работать фрикулинг. При этом время работы компрессора не принимается в расчет.
Таблица 3
Следующим шагом рассчитываются расходы на электроэнергию в течение года для чиллеров двух разных видов. При этом принимаются такие условия:
Результаты расчетов приведены в таблице 4.
Таблица 4
Что такое фрикулинг в чиллере
Главная / Полезные статьи / Фрикулинг — свободное охлаждение
Фрикулинг, или эволюция форточки.
К числу древнейших устройств управления микроклиматом в помещении относятся оконные форточки. Изменяя угол их открытия, можно не только регулировать приток свежего воздуха, но и поддерживать желаемую температуру в помещении, создавая «управляемый холодный сквозняк».
В эпоху НТР данная технология была значительно усовершенствована и получила название «Free Coоling» — «свободное охлаждение», «естественное охлаждение». Суть ее состоит в том, что к проему в стене подключается воздуховод с вентилятором, смесительной камерой и управляемыми заслонками. Положение заслонок определяет умный контроллер в зависимости от температуры наружного воздуха, температуры в помещении и заданной уставки температуры. При низких температурах снаружи и температуре в помещении близкой к заданной, заслонка наружного воздуха слегка приоткрыта, основной поток воздуха – рециркуляционный. При повышении температуры внутри или снаружи помещения, заслонка наружного воздуха открывается больше, рециркуляционного – закрывается. Подобная система позволяет довольно точно регулировать температуру в обслуживаемом помещении, избегать резких температурных перепадов и холодных сквозняков, благодаря участию в процессе не только холодного наружного, но и теплого рециркуляционного воздуха.
Несомненым преимуществом систем естественного охлаждения, по сравнению с другими системами, можно считать малое потребление энергии – холод используется бесплатный!
К недостаткам можно отнести ограниченный период работы – при температуре наружного воздуха выше +16 0 С, использовать подобные системы, например, для охлаждения серверной, вряд ли получится. Поэтому системы естественного охлаждения обычно устанавливают, как дополнение к кондиционерам.
Большие расходы воздуха требуют больших воздуховодов – иногда проблематично разместить их в помещении.
Еще одним недостатком можно считать осушку воздуха в холодное время года. Если параметр влажности важен, потребуется дополнительно установить увлажнители воздуха. Альтернативный вариант – охлаждать воздух, циркулирующий внутри помещения наружным через теплообменник. Потоки оказываются разделенными, температура внутри помещения поддерживается, благодаря изменению расхода наружного воздуха через теплообменник.
Несмотря на отмеченные недостатки, фрикулинг заслуживает серьезного внимания – цены на электроэнергию в Москве уже выше, чем в Париже, а учитывая аппетиты наших энергетических компаний, могут догнать и токийские, поэтому использование энергосберегающих технологий становится все более актуальным.
Инженер Юрий Цибин. 19.08.2013г.
Пример технического решения фрикулинга на действующем объекте.
Решение задачи фрикулинга на действующем объекте.
В данном техническом решении рассматривается задача охлаждения производственного помещения за счет естественного холода в холодный период года без использования существующих чиллеров.
В помещении имеются фанкойлы суммарной холодопроизводительностью 150 кВт. при температуре охлаждающей воды +7 С, обратной +12 С. Центральный трубопровод имеет необходимое количество запорной арматуры для отсечения каждой ветви, обслуживающей 1й этаж. С их помощью можно убрать из работы не эксплуатируемые ветви трубопровода.
Для решения данной задачи предлагается следующее:
В холодный период года, когда централизованная система кондиционирования законсервирована, к ветви трубопровода обслуживающей помещение печати (далее «ветвь №1) предлагается подключить теплообменник вода-гликоль, со своей насосной группой. К теплообменнику вода-гликоль со стороны «гликоль» подключить «сухую градирню» для захолаживания гликоля и последующего охлаждения воды для ветви №1.
Принципиальная гидравлическая схема естественного охлаждения
Таким образом для охлаждения воздуха в холодный период года используется естественный холод и затрачивается электроэнергия только для работы насосов, вентиляторов фанкойлов и сухой градирни.
Трехходовой клапан, показанный на схеме, предназначен как для регулирования температуры теплоносителя в процессе работы в режиме «свободного охлаждения», так и для защиты теплообменника от замерзания при пусках системы в зимний период.
Однако данная схема имеет один недостаток:
Поскольку консервация централизованной системы кондиционирования на зимний период происходит при температуре наружного воздуха около +7 С (начало эксплуатации системы естественного охлаждения), то температура гликолевой смеси будет иметь график +15/+10С и как следствие охлажденная вода, обслуживающая фанкойлы будет иметь график +18/+13С. При данном температурном графике находящиеся в помещении фанкойлы будут иметь холодопроизводительность около 45 кВт. (в три раза меньше).
Для обеспечения температурного графика для фанкойлов +7/+12 С температура воздуха на улице должна быть около 0ОС и ниже. Количество дней в году, в период с октября по апрель включительно, с температурой от +7 до 0 C порядка 80 – 90. Что составляет около трети всего времени эксплуатации представленного решения.
Для полноценной работы системы в диапазоне от +7 до +0С нужно:
1. или увеличивать количество фанкойлов (не очень удобно в условиях действующего производства т.к. повлечет за собой еще и замену труб из-за увеличившегося расхода воды),
2. или увеличить период работы централизованной системы охлаждения (что влечет за собой риск разморозки теплообменника и как следствие дорогостоящий ремонт),
3. или использовать дополнительный источник холода в виде чиллера работающего в данном температурном диапазоне и ниже совмещающим в себе дополнительный теплообменник для охлаждения гликоля без использования компрессоров при температуре ниже 0 С.
Принцип работы чиллера с функцией естественного охлаждения:
| 1. Режим лето. Жидкость охлаждается только в испарителе чиллера. Компрессоры используются на 100%. | ![]() |
| 2. Режим межсезонья (переходный режим) Жидкость охлаждается в первую очередь в теплообменнике жидкость-воздух (сухая градирня), во вторую очередь происходит доохлаждение в испарителе чиллера. Компрессоры включаются время от времени для доохлаждения жидкости до требуемой температуры. | ![]() |
| 3. Режим зима (естественное охлаждение, «FREECOOLING») Жидкость полностью охлаждается в теплообменнике жидкость-воздух (сухая градирня). | ![]() |
Сводная таблица вариантов для работы системы в диапазоне от +7 до 0С и ниже с применением сухой градирни.




























