Фрикулинг, также известный как свободное охлаждение, представляет собой технологию охлаждения объекта без применения компрессоров и другого энергоемкого оборудования за счет окружающей среды. Эта технология осуществляется путем направления прохладного уличного воздуха прямо в помещение или с использованием теплоносителя. Эффективность фрикулинга достигается только в случае, когда температура воздуха на улице ниже температуры, необходимой для поддержания комфортных условий в помещении.
Что такое фрикулинг и когда его следует использовать
Традиционные системы кондиционирования воздуха основаны на парокомпрессионном холодильном цикле, позволяя охлаждать помещение даже в тех случаях, когда температура на улице превышает температуру внутри помещения. Однако при снижении температуры на улице кондиционеры отключаются, так как потребность в охлаждении уменьшается.
Существуют объекты, где охлаждение воздуха необходимо не только летом, но и в межсезонье или даже зимой. К ним относятся серверные и коммутационные помещения, базовые станции, центры обработки данных и другие объекты с высокими теплоизбытками. Именно в таких случаях тепловыделения, например, от оборудования, превышают зимние теплопотери, и требуется не отопление, а именно кондиционирование воздуха.
Хотя для работы кондиционеров зимой предусмотрены низкотемпературные комплекты, их эффективность и стабильность работы оставляют желать лучшего. Зачем включать компрессор, если можно просто открыть окно или использовать приточную вентиляцию для подачи нужного количества холодного воздуха? Именно здесь на передний план выходят технологии свободного охлаждения.
Таким образом, фрикулинг представляет собой энергосберегающее решение для охлаждения объектов с высокими теплоизбытками в зимний и переходный периоды. Кроме того, некоторые системы свободного охлаждения, такие как косвенный фрикулинг с использованием адиабатики, эффективно функционируют и в летний период.
Разнообразие фрикулинг-систем и их принципы работы
Существует несколько типов систем свободного охлаждения:
- Чиллер с фрикулингом
- Прямой фрикулинг
- Косвенный фрикулинг (с адиабатным увлажнением наружного воздуха или без него)
Фрикулинг в чиллерах
Чиллеры с функцией фрикулинга представляют собой холодильные агрегаты, оснащенные дополнительным теплообменником для охлаждения холодоносителя за счет наружного воздуха.
Принцип работы таких чиллеров следующий: при повышении наружной температуры выше установленного уровня холодоноситель охлаждается в испарителе, встроенном в чиллер. Однако, если температура на улице ниже заданной температуры холодоносителя, то он направляется в дополнительный теплообменник, где происходит охлаждение за счет наружного воздуха.
Дополнительный теплообменник конструктивно размещен рядом с конденсатором и обдувается вентиляторами, такими же, какие используются для обдува конденсатора. Таким образом, чиллеры с фрикулингом отличаются от обычных только наличием трубной развязки, дополнительного теплообменника и адаптацией алгоритма работы контроллера.
Такую же концепцию можно внедрить с использованием обычного чиллера и драйкулера (сухого градирни). В этом случае холодоноситель летом направляется в чиллер для охлаждения, а в межсезонье и зимой – в драйкулер. Эта конфигурация обеспечивает повышенную надежность: если чиллер выходит из строя, охлаждение продолжится за счет драйкулера. Однако реализация подобной системы более сложна, требует разработки трубной развязки, арматуры и автоматизации.
Прямой фрикулинг
Прямой фрикулинг представляет собой мощную приточно-вытяжную систему с рециркуляцией воздуха. Эти установки оборудованы эффективной системой фильтрации, обеспечивающей высококачественный воздух внутри здания.
Температура поступающего воздуха в прямом фрикулинге поддерживается на постоянном уровне, независимо от внешних условий, благодаря рециркуляции воздуха. Если наружная температура соответствует установленной температуре приточного воздуха, рециркуляция не активируется. При снижении внешней температуры доля рециркуляции постепенно увеличивается, достигая максимума в период сильных морозов. Регулирование соотношения рециркулируемого и приточного потоков воздуха осуществляется с использованием клапанов с шаговыми или плавными электроприводами.
Важно отметить, что прямой фрикулинг самостоятельно не способен поддерживать в помещении температуру ниже внешней. Для обеспечения непрерывной работы объекта в течение всего года такие установки дополняются традиционными охладителями на основе парокомпрессионного холодильного цикла. Преимущество фрикулинга заключается в том, что эти охладители используются в течение менее значительного времени в году, что приводит к экономии электроэнергии.
Таким образом, внедрение фрикулинга, включая прямой фрикулинг, всегда связано с начальными капитальными затратами и последующим снижением эксплуатационных расходов. Период окупаемости зависит от энергоемкости объекта и степени непрерывности охлаждения, обычно составляя 3-7 лет.
Косвенный фрикулинг
Косвенный фрикулинг заключается в охлаждении внутреннего воздуха с использованием наружного воздуха через специальные воздухо-воздушные теплообменники.
Для эффективной работы теплообменника необходима разница в тепловых потенциалах, то есть различие температур двух сред. Таким образом, косвенный фрикулинг возможен только при условии, что температура наружного воздуха ниже температуры поступающего охлажденного воздуха на несколько градусов. Это ограничивает длительность работы режима косвенного фрикулинга, но такая ограниченность не всегда актуальна.
Оптимизация установок косвенного фрикулинга может включать в себя внедрение секции адиабатного (распылительного) увлажнения наружного воздуха. В этой секции воздух не только увлажняется, но и охлаждается, создавая эффект более низкой наружной температуры. Применение адиабатных увлажнителей значительно расширяет возможности использования косвенного фрикулинга, особенно в жарких и сухих регионах.
Воздухо-воздушный теплообменник, встроенный в агрегаты косвенного фрикулинга, часто представляет собой медленно вращающийся ротор большого диаметра. Аналогично роторному теплоутилизатору, он обеспечивает передачу холода из наружного воздуха внутреннему, обеспечивая тем самым эффективную работу всей системы.