0

Фрикулинг: возможности, системы, преимущества.

Процесс охлаждения представляет собой теплообмен между объектом охлаждения и охлаждающей средой. Охлаждение может быть естественным и искусственным. Если отвод тепла происходит от менее нагретого объекта более нагретому, то такое охлаждение можно назвать искусственным. Для течения процесса искусственного охлаждения необходимо затратить дополнительную энергию. Потребителем дополнительной энергии в парокомпрессионной машине является компрессор, который при работе создает зоны высокого и низкого давления в гидравлическом контуре агрегата. Таким образом, создаются условия для фазового перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное и наоборот. В результате, в одной области контура происходит поглощение тепла в процессе кипения, а в другой отдача тепла в процессе конденсации хладагента.

При естественном охлаждении затраты на перенос тепловой энергии не требуются, но для этого должно выполняться условие, при котором температура охлаждающей среды будет ниже температуры охлаждаемого объекта.

Использование холодного наружного воздуха в процессе естественного теплообмена в системе охлаждения называется фрикулингом («Free Cooling» англ. свободное охлаждение). Самая простая и широко распространенная система фрикулинга - это открытая форточка или окно для охлаждения помещений. (рис.1).
Фрикулинг
Рис.1

Главное достоинство фрикулинга это высокий коэффициент энергосбережения. Схема охлаждения с фрикулингом оптимальна для широт с холодным и умеренно холодным климатом, так как сокращается время работы компрессоров холодильной машины и значительно экономится электроэнергия.

Фрикулинг может быть двух видов прямой и непрямой:
  • Прямой фрикулинг - это непосредственный теплообмен между наружным воздухом и охлаждаемым объектом.
  • Непрямой фрикулинг предполагает наличие в системе промежуточных контуров.
В свою очередь непрямой фрикулинг может быть с адиабатикой и без адибатики.
Отправить запрос
Рассмотрим, как реализуется идея фрикулинга в различных системах.

Прямой фрикулинг в моноблочных шкафных кондиционерах.

В прецизионных кондиционерах шкафного типа режим фрикулинга предполагает открытие воздушного клапана для забора воздуха снаружи. В режиме работы холодильной машины - воздушный клапан закрыт, в данном случае на рис.2 (а) он находится в вертикальном положении. Так как работает компрессор холодильной машины, воздух помещения охлаждается, циркулируя через испаритель. При этом конденсатор охлаждается наружным воздухом.

При включении режима фрикулинга компрессор отключается, воздушный клапан открывается, в результате поток наружного воздуха изменяет свое направление и поступает непосредственно в охлаждаемое помещение (рис.2,б).
Фрикулинг
а) б)
Рис. 2

Режим прямого фрикулига очень энергоэффективен, но при его реализации требуется учитывать, что воздух, поступающий напрямую в помещение (непосредственно), должен быть необходимой чистоты и температуры. Для этого требуются дополнительные элементы обработки воздуха и регулирования.

Фрикулинг в системах охлаждения с чиллерами.

Непрямой фрикулинг применяется в системах охлаждения с чиллерами. В режиме работы компрессора жидкость контура потребителя охлаждается в испарителе чиллера (рис.3а), но в переходный и зимний периоды охлаждение можно производить при помощи воздуха окружающей среды. Для этого в системе необходимо организовать дополнительный контур с драйкулером (рис.3,б)
Фрикулинг Фрикулинг
а) б)
Рис. 3

Фрикулинг в системах с чиллерами реализуется при помощи двух схем:
  1. Охлаждение жидкости основного контура потребителя с использованием дополнительного теплообменника, встроенного в чиллер с воздушным охлаждением конденсатора (моноблок);
  2. Охлаждение жидкости основного контура потребителя с использованием драйкулера в системе с чиллером водяного охлаждения.
На рисунке 4 приведена принципиальная схема работы чиллера с фрикулингом. В летний период, когда температура окружающего воздуха выше температуры теплоносителя теплоноситель, минуя драйкулер, подается непосредственно в испаритель и охлаждается только там.
Фрикулинг
Рис.4

В переходный период, температура окружающего воздуха понижается и появляется возможность работы чиллера в смешанном режиме (для снижения энергопотребления компрессором), а именно, часть теплоносителя охлаждается в испарителе, а другая часть в драйкулере (рис.5).
Фрикулинг
Рис.5

Отправить запрос
В зимний период чиллер работает в режиме фрикулинга, а охлаждение теплоносителя полностью происходит в драйкулере (см.рис.6). Компрессор не работает (выключен), что позволяет значительно снизить потребление электроэнергии.
Фрикулинг
Рис.6

Системы с фрикулингом предполагают использование в качестве теплоносителя незамерзающих водо-гликолевых смесей. В случае если использование антифриза не допускается техническим заданием или проектом, то системы фрикулинга оснащаются дополнительным контуром с промежуточным теплообменником (рис.7).
Фрикулинг
Рис.7

Работа по такой системы фрикулинга в летний, промежуточный и зимний периоды года аналогична схемам приведенным выше. То есть, в летний период теплоноситель основного контура охлаждается только в испарителе чиллера, контур с антифризом не задействован. В зимний период, компрессор чиллера выключается, а теплоноситель основного контура охлаждается в пластинчатом теплообменнике контура с антифризом.
Применение промежуточного контура незначительно снижает энергоэффективность системы, но при этом обладает следующими преимуществами:
  • возможность перепада температур (∆t) теплоносителя более 7С;
  • безопасность использования за счет раздельных контуров;
  • отсутствие необходимости удаления теплоносителя на зимний период;
  • требуется меньший объем антифриза для заправки системы;
  • более простая и удобная процедура обслуживания или ремонта холодильной машины;
  • низкая вероятность утечек теплоносителя.
Чиллеры с воздушным конденсатором могут производиться со встроенной системой фрикулинга или без нее. В принципе, для любого чиллера с воздушным охлаждением можно организовать контур «свободного» охлаждения, используя для этого сухую градирню (драйкулер). Но более рационально использовать для этих целей чиллер, который имеет встроенную систему фрикулинга, т.к. он оснащен заводской системой управления. Данная система будет автоматически определять необходимый режим работы чиллера, регулировать мощность компрессоров, управлять включением/выключением необходимого количества вентиляторов или их скоростью.
Отправить запрос
Режим свободного охлаждения применяется также для чиллеров с водяным охлаждением конденсатора (рис.8).
Фрикулинг
Рис.8

В чиллерах с водяным охлаждением в летний период, когда агрегат работает только в режиме включенных компрессоров, драйкулер выполняет функцию охлаждения конденсатора чиллера. В зимний период, при выключенных компрессорах, драйкулер переключается на контур охлаждения основного контура и охлаждает теплоноситель, поступающий от потребителей.

Фрикулинг в системах вентиляции

В системах вентиляции фрикулинг организуется применением воздухо-воздушных теплообменников, в частности роторных рекуператоров (рис.9). В основе принципа работы роторных рекуператоров лежит процесс попеременного соприкосновения ротора с противоположно направленными воздушными потоками разной температуры.
Фрикулинг
Рис.9

Преимущества роторных рекуператоров - это высокие параметры по энергосбережению (эффективность может быть от 75 до 85%), и круглогодичная эксплуатация, так как температура снаружи может быть практически равной температуре внутри.

Эффективность применения фрикулинга

Сократить расходы на электроэнергию - главная задача фрикулинга в системах охлаждения. Наиболее эффективная схема это прямой фрикулинг, но при его применении требуются затраты на очистку наружного воздуха. При непрямом фрикулинге эффективность установки зависит от температуры наружного воздуха. Среднее минимальное значение температуры наружного воздуха 7°С. Для расчета эффективности фрикулинга необходимо использовать СНиП 23-01-99, в которых указана длительность среднесуточной температуры менее 7°С. Рекомендуется использовать статистику по городам за последние 15 лет, которую можно найти на одном из сайтов архива погоды.

Расчет окупаемости фрикулинга

Важный вопрос окупаемости систем с фрикулингом.

Для примера рассчитаем и сравним затраты на электроэнергию при использовании чиллеров мощностью 520кВт с фрикулингом и без фрикулинга.
Капитальные затраты на оборудование:

Таблица 1
Ориентировочная стоимость холодильной машины
с фрикулингом без фрикулинга
7 800 000 руб. 6 000 000 руб.





Произведем расчет окупаемости чиллеров для разных климатических зон России. Возьмем в качестве примера: Москву, Краснодар и Архангельск. На основании СНиП 23-01-99 составляем таблицу 2, в которой указана ориентировочная годовая длительность периодов, в течение которых среднесуточная температура воздуха меньше +7 °C. Это позволит нам рассчитать ориентировочное время работы режима фрикулинга.

Таблица 2
Город Продолжительность, сутки
Архангельск 253
Москва 217
Краснодар 149






На основании таблицы 2 рассчитываем чистое время работы фрикулинга, без учета времени работы компрессора.

Таблица 3
Город Время работы фрикулинга, часы
Архангельск 6072
Москва 5208
Краснодар 3576






Теперь произведем расчет затрат на электроэнергию за год для двух типов чиллеров при следующих условиях:
  • номинальная потребляемая мощность работы чиллера без фрикулинга составляет 170кВт;
  • потребляемая мощность системы в режиме фрикулинга 20 кВт;
  • стоимость электроэнергии принимаем равную 3.8 рублей за 1 кВт*ч;
  • чиллер используется круглогодично 24 часа в сутки.

Таблица 4
Итоговые затраты на электроэнергию, руб/год
Город Чиллер без фрикулинга Чиллер с фрикулингом Разница (экономия)
Архангельск 5 658 960,00 2 198 000,00 3 460 960,00
Москва 5 658 960,00 2 690 400,00 2 968 560,00
Краснодар 5 658 960,00 3 620 676,00 2 038 284,00








Таблица 5
Затраты на электроэнергию для чиллера с фрикулингом, Руб/год
Город Дней работы с фрикулингом Затраты, Руб. Дней работы без фрикулинга Затраты, Руб. Итого затраты, Руб.
Архангельск 253 461 500,00 112 1 736 500,00 2 198 000,00
Москва 217 395 800,00 148 2 294 600,00 2 690 400,00
Краснодар 149 271 776,00 216 3 348 900,00 3 620 676,00







Теперь производим расчет окупаемости системы фрикулинга (1,8 млн. рублей) путем деления разницы в цене затрат на покупку чиллера на разницу сэкономленных средств и приводим в месяцах. Таким образом, сроки окупаемости системы фрикулинга будут следующие:

Таблица 6
Срок окупаемости, месяцы
Архангельск 6,3
Москва 7,4
Краснодар 10,7






Выгодно купить чиллеры с фрикулингом по низкой цене вы сможете, обратившись к нашим специалистам по телефону 8(495)2680520 или, отправив запрос на электронную почту info@pvholod.ru.
Специалисты рекомендуют

Вернуться

Наверх
Авторизация
Логин

Пароль

Материалы на данном сайте являются интеллектуальной собственностью правообладателя. Их полное или частичное копирование запрещено и преследуется по закону. Нажимая «ОК», вы подтверждаете готовность нести за это ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации.
OK