Что такое фрикулинг и когда он нужен

Содержание:
1. Где применяется фрикулинг
2. Виды фрикулинга и принципы работы
2.1 Чиллер с фрикулингом
2.2 Прямой фрикулинг в моноблочных шкафных кондиционерах
2.3 Косвенный фрикулинг
2.4 Свободное охлаждение в системах вентиляции
3. Преимущества применения фрикулинга

Фрикулинг или free cooling — это прогрессивная техника охлаждения объектов за счёт свободного доступа холодного наружного воздуха без применения энергоёмкого компрессорного оборудования. Весомое превосходство технологии заключается в непревзойдённом коэффициенте энергосбережения. Самый простой пример free cooling — открытое для проветривания окно или форточка в доме. При использовании естественного охлаждения затраты на принудительный теплообмен исключаются. 

Вариант целесообразен в случаях, когда температура природной охлаждающей среды ниже показателей, которые необходимо поддерживать в замкнутом внутреннем пространстве. Это лучший способ повысить энергоэффективность климатического оборудования и сократить потребление электроэнергии. 

Где применяется фрикулинг

По закону термодинамики для отведения теплоты и охлаждения какого-либо объекта нужно использовать техническое устройство и затратить определённое количество энергии. Но при снижении температуры за окном потребность в охлаждении помещений с помощью кондиционеров стремительно идёт на спад. Однако существует множество предприятий, которые круглый год нуждаются в поддержании заданных температурных параметров. В их число попадают:

• фармацевтические фабрики, научно-исследовательские лаборатории;
• телекоммуникационные центры, аппаратные, операторы сотовой связи, ЦОД;
• аккумуляторные и серверные с высокими теплоизбытками;
• архивы, музеи, картинные галереи;
• производства микроэлектроники и хранилища продуктов. 

Тепловыделение промышленной и компьютерной техники бывает настолько значительным, что без кондиционирования цехов и технических помещений обойтись невозможно. Именно в таких ситуациях, когда применение кондиционеров нерентабельно и хочется просто открыть окно, выручает климатическое оборудование со свободным охлаждением. Можно сказать, что фрикулинг — это энергосберегающая схема холодоснабжения, которая легко справляется с созданием комфортной температуры на ответственных объектах зимой и межсезонье. При этом существенно удешевляет поддержание нужного температурного показателя.  

Виды фрикулинга и принципы работы

Практикой использования стандартных охлаждающих агрегатов доказано, что при отведении 100 кВт тепла из помещения, потребляемая мощность компрессора составляет около 35 кВт электроэнергии. За счёт снятия тепловых нагрузок фрикулингом можно снизить расход электричества на 40-60%. Экономия зависит от температурного режима на предприятии, энергоэффективности техники и способа организации free cooling. На сегодняшний день выделяют несколько разновидностей свободного охлаждения:

• чиллер с функцией фрикулинга; 
• прямой и косвенный фрикулинг;
• свободное охлаждение в системах вентиляции.

Рассмотрим каждый вид подробно.

Чиллер с фрикулингом

Конструктивная особенность моноблочной автономной машины чиллер с функцией free cooling — наличие дополнительного воздушно-жидкостного теплообменника для хладоносителя, который охлаждается наружным воздухом. Агрегат предназначен для круглогодичного применения. Механизм действия регулирует автоматика с учётом разницы температур внутренней и внешней атмосферы.

Дополнительный контур для поступающей с улицы воздушной массы хорошо просматривается на схеме чиллера с фрикулингом. Такие устройства могут работать в трёх режимах:

• Механический. Охлаждение с помощью воды или смеси пропиленгликоля оптимально в летнее время, когда уличная атмосфера прогревается выше +18-20оС.  В жаркий сезон весь поток хладоносителя проходит через испаритель, минуя секцию фрикулинга. В этом случае температура снижается только за счёт парокомпрессионного цикла.

• Смешанный или переходной. Принцип работы чиллера с фрикулингом, который функционирует в смешанном режиме, базируется на частичном охлаждении холодильного агента атмосферным воздухом в воздушно-жидкостном теплообменнике. Полное достижение заданных температурных параметров происходит за счёт доохлаждения в испарителе. Рабочие температуры находятся в диапазоне межсезонья от +7 до +18оС. 

• Свободное охлаждение.  Когда на улице фиксируется температура ниже +7-10°C, хладоноситель может полностью охлаждаться в секции free cooling.  Поскольку охлаждение выполняется только атмосферным воздухом, парокомпрессионный цикл в чиллере выключается. Таким образом обеспечивается максимальная экономия электроэнергии.

Чиллеры с функцией free cooling содержат в себе все достоинства охладительных устройств с сухой градирней, но в условиях умеренного климата России демонстрируют большую экономическую выгоду. Причем, чем больше обрабатываемая площадь, тем значительнее экономия. 

Прямой фрикулинг в моноблочных шкафных кондиционерах

В конструктивном исполнении прямой фрикулинг представляет собой приточно-вытяжное устройство с рециркуляцией воздуха и смесительной камерой. В процессе работы холодный воздушный поток поступает по воздуховодам, снимает теплоизбытки и удаляется в атмосферу. Фильтры тонкой очистки не допускают попадания пылевых частиц, дыма и вирусных бактерий во внутреннее пространство. 

Алгоритм работы прямого фрикулинга в моноблочных прецизионных кондиционерах шкафного типа предполагает поддержание постоянной температуры в помещении независимо от погоды. При совпадении заданных температурных показателей с уличными, рециркуляция не включается. Но с приходом холодов рециркуляционный процесс плавно нарастает и достигает апогея в сильные морозы. На схеме с описанием принцип работы фрикулинга прямого типа выглядит следующим образом.

На рисунке слева показано, как охлаждает воздух холодильная шкафная конструкция с помощью компрессора. Воздушный клапан находится в закрытом положении. После включения режима free cooling компрессор автоматически отключается. На рисунке справа видно, что в этот момент открывается клапан и запускает воздушный поток непосредственно в помещение.

Здесь важно понимать, что свободное охлаждение в чистом виде не всегда справляется с поставленной задачей, поэтому установка, которую используют круглый год, оснащается фреоновым хладагентом. Такой гибридный фрикулинг бесперебойно поддерживает необходимый микроклимат при резких изменениях погодных условий. Кроме того, электронно-вычислительное оборудование чувствительно к статическому электричеству, а с приходом морозной погоды в помещение поступает сухой холодных воздух. По этой причине возникает необходимость дополнительного оснащения приточных установок секциями увлажнения.

Косвенный фрикулинг

Непрямое свободное охлаждение в основном применяют на объектах с круглогодичным поддержанием нужной температуры. Суть и принцип работы косвенного фрикулинга состоит в охлаждении внутренней атмосферы наружным воздухом. Обмен тепловой энергией между отработанным и холодным потоком происходит в воздушном теплообменнике, который еще называют «воздух-воздух».

 Непрямой free cooling включается в работу только тогда, когда уличная воздушная масса на 5-7 градусов холоднее охлаждённого воздуха, который подаётся. Поэтому продолжительность теплообмена короче, чем при прямом фрикулинге. Работу установки непрямого охлаждения можно также ускорить путём внедрения секции распылительного увлажнения. Адиабатный увлажнитель будет одновременно повышать влажность воздухопотока и понижать температуру. Такая схема позволит расширить границы применения косвенного фрикулинга в южных регионах.

Синей стрелкой на схеме указано, как внешний поток поступает в фильтры, очищается, проходит через увлажнитель, насыщается влагой и становится холоднее. Затем подаётся на роторный теплообменник и охлаждает его лопасти.   

Свободное охлаждение в системах вентиляции

Наиболее широкое распространение фрикулинг получил в промышленных системах вентиляции с роторными рекуператорами и воздушными теплообменниками. В основу принципа работы заложено попеременное соприкосновение лопастей ротора с противоположно поступающими потоками горячего отработанного и холодного приточного воздуха.

В зимнее время ротор приходит в движение и раскручивается входящим с улицы холодным плотным потоком. Но когда скорости притока для раскрутки лопастей не хватает, на помощь приходит электромотор.

Преимущества применения фрикулинга

Технология свободного охлаждения free cooling безукоризненно справляется с задачами, решение которых недоступно традиционным холодильным установкам. Несмотря на то, что внедрение секций фрикулинга требует вложения денежных средств, окупаемость применения в промышленных масштабах гарантируется в короткие сроки за счёт экономии электричества. Результативность использования чиллеров с фрикулингом, моноблочных шкафных кондиционеров для серверных и ЦОД доказана многолетней практиков. Эффективное поддержание постоянной температуры на производственных площадках способствует снижению износа и бесперебойной работе дорогостоящего оборудования.