Фрикулинг (free cooling) — принципы работы
Рост тарифов на электроэнергию, увеличение дефицита энергомощностей заставляет инвесторов внедрять в различных производственных сферах энергосберегающие технологии. Очень эффективным мероприятием с точки зрения сокращения расходов электроэнергии и увеличения ресурса работы холодильного оборудования является использование естественного холода. Климат России позволяет широко внедрять технологии охлаждения с применением естественного холода в различных производствах почти на всей ее территории.
На сегодняшний день технология фрикулинга получила наибольшее распространение:
- в технологическом кондиционировании воздуха;
- молочной промышленности;
- при производстве макаронных изделий, соков, газированных напитков, вин;
- в химической промышленности;
- при производстве различных изделий из пластмасс.
При этом в большей части из них охлаждение воздуха в производственных помещениях, материалов или продукта происходит при помощи жидкого хладоносителя — воды или водных растворов различных антифризов.
Таким образом, основной задачей на таких производствах является охлаждение жидкого хладоносителя (до заданной температуры) при помощи холодильной установки или наружного воздуха. Во всех случаях (за исключением охлаждения воды в градирнях открытого типа) для целей охлаждения хладоносителя при помощи наружного воздуха используются оребренные воздушные теплообменники, так называемые сухие охладители.
Особенности современных технологий фрикулинга
Современные технологии изготовления таких теплообменников позволяют обеспечить эффективное охлаждение жидких хладоносителей при температурном напоре между охлаждающим воздухом и жидкостью, входящей в теплообменник при 5-7 С. Исходя из этого, можно подсчитать время эффективного использования естественного холода для различных производств, расположенных в той или иной климатической зоне. Для этого необходимо знать температуру хладоносителя, используемого в технологическом процессе, и среднегодовой график изменения температур в данной местности. Так как практически на всех производствах охлаждение требуется круглый год и при этом температура хладоносителя, как правило, ниже температуры окружающего воздуха в теплый период года, то возможно применение только комбинированных схем машинного и естественного охлаждения.
Современные машиностроительные технологии позволяют изготавливать блочные компрессорные водоохлаждающие установки со встроенной системой естественного охлаждения. В таких установках, как правило, батареи воздушных конденсаторов и батареи сухих охладителей имеют общее алюминиевое оребрение, что обеспечивает компактность этих установок, а соответственно, удобство транспортировки и размещения на объекте.
При температуре окружающего воздуха выше температуры охлаждаемой жидкости поток этой жидкости через трехходовой клапан поступает в испаритель холодильной установки, где охлаждается до заданной температуры. Если температура окружающего воздуха опускается ниже температуры охлаждаемой жидкости, поток этой жидкости через трехходовой клапан поступает в батарею сухого охладителя, где охлаждается потоком воздуха. При этом температура охлаждаемой жидкости не достигает заданных значений. Далее поток этой жидкости направляется в испаритель холодильной установки, где охлаждается до заданного значения температуры. Холодильная установка в этом случае работает не на полную мощность, которая будет снижаться по мере понижения температуры окружающего воздуха температуры окружающего воздуха для поддержания заданной температуры охлаждаемой жидкости будет уменьшаться поток воздуха через батарею сухого охладителя.
При нижних значениях температуры окружающего воздуха и нулевом потоке воздуха через батарею сухого охладителя (выключенных вентиляторах) температура охлаждаемой жидкости на выходе из батареи может быть ниже заданной. Модулирующий трехходовой вентиль разделяет поток охлаждаемой жидкости и часть его направляет непосредственно в испаритель, а часть — в батарею сухого охладителя. Далее эти потоки смешиваются, и на выходе из машины температура жидкости достигнет заданного значения. Таким образом, обеспечивается надежная работоспособность установки при низких — вплоть до -40 С — температурах окружающего воздуха. В режиме естественного охлаждения работают только вентиляторы, которые в блочных машинах используются и для охлаждения воздушного конденсатора. Потребляемая мощность этих вентиляторов не превышает 10% от потребляемой мощности водоохлаждающей установки, работающей в режиме машинного охлаждения. При низких температурах для поддержания заданной температуры охлаждаемой жидкости уменьшается поток воздуха через батарею охладителя либо за счет изменения частоты вращения вентиляторов, либо за счет отключения части вентиляторов.
Экономический эффект от технологии фрикулинга (free cooling):
Потребляемая мощность при этом также будет снижаться. Несмотря на то, что, по сравнению с обычными компрессорными водоохлаждающими установками, стоимость блочных установок с функцией естественного охлаждения увеличивается на 20-25%, их внедрение крайне выгодно, как с точки зрения экономии электроэнергии и окупаемости стоимости установки, так и с точки зрения увеличения рабочего ресурса установки, сокращения расходов на ремонт и замену изнашиваемых деталей.
Срок окупаемости увеличения капитальных затрат в случае приобретения водоохлаждающей установки с функцией естественного охлаждения (фрикулинга) можно рассчитать по формулам для каждого отдельного региона. Он может составлять от 1 года до 3-х лет в зависимости от рабочих температуры хладоносителя и климатических условий региона.
Наибольший экономический эффект от применения систем фрикулинга достигается для охлаждения жидкостей в интервалах с температур от 20 до 5 градусов Цельсия практически для всех регионов России. Бюро проектирования холода ПИФАГОР предлагает комплекс работ по устройству как новых систем с использованием естественного холода (фрикулинга), так и дооснащение действующих систем охлаждения жидкости.