В данной статье мы рассмотрим технологию фрикулинга (free cooling), представляющую собой метод естественного охлаждения без использования специализированных хладогенераторов и компрессоров.
Принцип фрикулинга
Фрикулинг подразумевает использование холодного наружного воздуха для охлаждения ИТ-оборудования или помещений, исключая необходимость в энергозатратных устройствах. Основным условием является наличие температуры наружного воздуха, значительно ниже температуры, необходимой для поддержания в охлаждаемом помещении.
Применение фрикулинга
Чтобы понять, как функционирует фрикулинг, необходимо ознакомиться с парокомпрессионным холодильным циклом. В основе его работы лежат трубки, заполненные жидкостью с низкой температурой кипения. Это позволяет значительно уменьшить потребление ресурсов холодильной машиной: кипящая жидкость за счет разницы давлений отводит тепло из помещения, обеспечивая теплообмен.
Совмещение с кондиционированием
Фрикулинг редко используется отдельно. При повышении температуры наружного воздуха включается система кондиционирования, которая отключается, когда температура снижается, позволяя экономить электроэнергию.
Эффективность фрикулинга
Несмотря на то, что необходимость в отводе тепла возникает преимущественно в теплое время года, высокие теплоизбытки могут потребовать охлаждения и в зимний период. Коммутационные помещения и серверные комнаты генерируют значительное количество тепла, и их стены не всегда способны эффективно его отводить. В таких случаях фрикулинг становится оптимальным решением для поддержания необходимой температуры. Когда на улице -10°C, нет необходимости использовать энергозатратный кондиционер — достаточно открыть вентиляционные отверстия.
Принципы работы фрикулинга и его типы
Существует три основных типа систем фрикулинга, различающихся по принципу работы и устройству: прямой, косвенный и системы на основе холодильной машины (чиллера). Рассмотрим каждый из этих типов более детально.
Холодильная машина с функцией фрикулинга
Это специализированные холодильные устройства, оснащенные дополнительным теплообменником, который охлаждает хладагент за счет разницы температур между помещением и наружным воздухом.
Общий принцип работы таких систем:
- Температура наружного воздуха ниже пороговой: Горячий воздух направляется в специальный теплообменник, где он охлаждается за счет наружного воздуха.
- Температура наружного воздуха выше пороговой: Включается стандартная схема охлаждения, где хладагент охлаждается встроенным холодильным контуром.
По своей конструкции, чиллер с функцией фрикулинга не сильно отличается от обычного, но он позволяет использовать преимущества обоих методов охлаждения.
Использование стандартного чиллера с сухой градирней (драйкулером)
Эту схему можно реализовать с помощью стандартного чиллера и драйкулера, что обеспечивает повышенную надежность. При выходе чиллера из строя, холодоноситель автоматически перенаправляется в драйкулер, что позволяет предотвратить перегрев и выполнить оперативный ремонт. Однако, эта система требует более сложного проектирования и монтажа.
Прямой и косвенный фрикулинг: принципы работы и эффективность
Прямой фрикулинг
Прямой фрикулинг представляет собой систему, при которой охлаждение достигается за счет рециркуляции воздуха с помощью приточно-вытяжной установки. Входящий воздух проходит через сложную систему фильтров, что обеспечивает его чистоту при поступлении в технические помещения.
Основной принцип прямого фрикулинга заключается в поддержании стабильной температуры в помещении независимо от внешних условий. Когда температура наружного воздуха соответствует требуемой, рециркуляция не осуществляется. С понижением температуры на улице увеличивается доля рециркуляции в процессе охлаждения.
Однако прямой фрикулинг не может обеспечить температуру ниже наружной. В регионах с умеренным климатом, таких как средняя полоса России, эти системы могут не справляться с охлаждением воздуха. Поэтому их часто дополняют традиционными фреоновыми системами. Большую часть года энергоемкие кондиционеры не используются, что приводит к значительной экономии. В зависимости от климата, срок окупаемости таких систем составляет 4-8 лет.
Косвенный фрикулинг
Косвенный фрикулинг работает за счет обмена потоками воздуха разной температуры через теплообменники. Это позволяет эффективно охлаждать воздух в помещении при значительной разнице температур между внутренним и наружным воздухом.
Оптимизация работы косвенного фрикулинга достигается с помощью дополнительной секции распылительного (адиабатного) увлажнения наружного воздуха. Это делает возможным применение пассивного фрикулинга даже в жарком и засушливом климате.
Стандартный теплообменник в таких системах выглядит как медленно вращающийся ротор с длинными лопастями. Принцип его работы напоминает рекуператор: лопасти, попадающие под поток горячего воздуха, нагреваются, а затем остывают, переходя в нижнее положение, за счет температуры окружающей среды.
Системы фрикулинга — это проверенная технология, сочетающая техническую простоту и экономическую эффективность. Они подходят для большинства проектов и позволяют значительно снизить эксплуатационные расходы благодаря использованию естественных климатических условий.