Фрикулинг: эффективное охлаждение с использованием окружающей среды

Фрикулинг становится всё более популярным решением в регионах с холодным климатом, например в России и северных странах Европы, поскольку позволяет существенно экономить энергоресурсы. Помимо экономии, фрикулинг также повышает экологическую эффективность, снижая углеродный след компании за счёт уменьшения выбросов CO₂.

Технология фрикулинга может работать как автономно, так и в сочетании с традиционными системами охлаждения, обеспечивая стабильный микроклимат круглый год. Рассмотрим более подробно, что такое фрикулинг, его виды, принцип работы и преимущества.

На фото сухие градирни

Что такое фрикулинг

Технология проста: холодный воздух подаётся внутрь помещения или используется для охлаждения теплоносителя, циркулирующего в системе, снижая температуру. Поскольку фрикулинг использует энергию окружающей среды, такая система охлаждения считается «бесплатной» и позволяет экономить значительные ресурсы.

Примеры объектов, где фрикулинг применяется наиболее эффективно:

• Дата-центры и серверные помещения. Для серверного оборудования стабильность температуры является критически важной, и высокие тепловыделения делают его охлаждение особенно затратным. Фрикулинг позволяет уменьшить нагрузку на традиционные системы охлаждения и значительно экономить электроэнергию.
• Промышленные предприятия и технологические цеха. Здесь часто требуется постоянное охлаждение для поддержания рабочих температур. Системы фрикулинга обеспечивают экономичный способ регулировки температуры даже в условиях больших тепловыделений.
• Коммерческие и административные здания. В некоторых офисах и других крупных зданиях высокие теплоизбытки создаются за счёт большого количества оборудования и людей. Использование фрикулинга позволяет поддерживать комфортный микроклимат без существенных затрат.
• Фрикулинг может быть реализован в разных формах, в зависимости от требований объекта и особенностей климатической зоны. В следующем разделе рассмотрим виды фрикулинга и принципы их работы.

Виды фрикулинга

Чиллер с фрикулингом

Как это работает: при низкой температуре наружного воздуха теплоноситель циркулирует через теплообменник, охлаждаясь внешним воздухом, и поступает обратно в систему, обеспечивая необходимый уровень охлаждения внутри объекта. В более тёплое время года чиллеры переходят на стандартный режим работы, используя фреоновый контур и компрессоры. Такой подход позволяет использовать систему круглый год, автоматически переключая её между режимами в зависимости от погоды.

Особенность чиллеров с фрикулингом — высокая энергоэффективность, так как при низких температурах они работают полностью за счёт окружающей среды. Это решение подходит для крупных объектов, где необходим стабильный и круглогодичный контроль температуры, например, для центров обработки данных или производственных цехов.

Прямой фрикулинг

Прямой фрикулинг оснащается фреоновыми охладителями, которые позволяют использовать систему круглый год. Например, в летнее время, когда температура наружного воздуха выше внутренней, система переходит в обычный режим работы с компрессорами. Это позволяет поддерживать заданный температурный режим вне зависимости от сезона.

Однако у прямого фрикулинга есть свои ограничения: поскольку система напрямую использует уличный воздух, её эффективность снижается при загрязнённом внешнем воздухе. Поэтому в городских и промышленных районах применяется чаще косвенный фрикулинг, который обеспечит защиту от внешних загрязнений.

Косвенный фрикулинг

Косвенный фрикулинг идеально подходит для объектов, находящихся в зонах с загрязнённым воздухом, так как он полностью защищает внутренние помещения от вредных примесей и загрязнений. Эффективность этой системы можно повысить за счёт адиабатного увлажнения, когда наружный воздух сначала увлажняется, что снижает его температуру и улучшает теплообмен. Этот процесс позволяет быстрее охлаждать внутренний воздух и повышает общую производительность системы.

Таким образом, выбор вида фрикулинга зависит от требований объекта и условий эксплуатации. Для объектов, где важна чистота воздуха, больше подойдёт косвенный фрикулинг, а для мест с хорошей экологией и доступом к чистому наружному воздуху можно использовать прямой фрикулинг. Чиллеры с фрикулингом подходят для крупных объектов, требующих постоянного и стабильного охлаждения круглый год.

Принцип работы чиллеров с фрикулингом

Летний режим

На фото схема работы чиллера и сухой градирни на гликоле в теплое время года — лето

Переходный режим

На фото схема работы чиллера и сухой градирни на гликоле в переходный период — весна/осень

Зимний режим

Такой принцип работы чиллеров с фрикулингом даёт возможность использовать систему круглый год, автоматически адаптируя её под климатические условия. В условиях российского климата это позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы, поскольку фрикулинг полностью обеспечивает охлаждение в зимний период и значительно снижает нагрузку на оборудование в межсезонье.

На фото схема работы чиллера и сухой градирни на гликоле зимнее время года

Преимущества чиллеров с фрикулингом

1. Экономия электроэнергии

Использование фрикулинга позволяет значительно снизить потребление электроэнергии, особенно в зимние месяцы. Так, при температуре наружного воздуха ниже 10°C чиллеры с фрикулингом полностью переходят на использование естественного охлаждения, отключая компрессоры. Это снижает затраты на электричество на 50-70%, в зависимости от региона и погодных условий, что особенно выгодно для крупных объектов с высоким энергопотреблением, таких как дата-центры.

2. Снижение эксплуатационных затрат

За счёт снижения времени работы компрессоров и других энергозатратных компонентов фрикулинг уменьшает износ оборудования и частоту технического обслуживания. Это не только сокращает эксплуатационные затраты, но и продлевает срок службы оборудования. Кроме того, уменьшение потребности в интенсивном охлаждении снижает нагрузку на энергосети объекта, что особенно важно для крупных промышленных и коммерческих объектов.

3. Повышение надёжности и срока службы оборудования

Снижение нагрузки на компрессоры и другие ключевые компоненты системы уменьшает вероятность поломок и продлевает срок службы оборудования. Чиллеры с фрикулингом работают в более щадящих условиях, так как компрессоры включаются реже и на меньший период времени. Это повышает общую надёжность системы, позволяя использовать её с минимальным риском поломок даже в условиях высоких тепловых нагрузок.

4. Экологическая эффективность

Чиллеры с фрикулингом являются более экологически чистыми решениями, так как сокращение потребления электроэнергии приводит к снижению выбросов CO₂ и других вредных веществ в атмосферу. В условиях промышленного предприятия снижение потребности в компрессорном охлаждении позволяет уменьшить углеродный след компании и улучшить экологические показатели. В масштабах крупных объектов это может привести к сокращению выбросов углекислого газа на несколько тонн в год.

5. Универсальность применения

Чиллеры с фрикулингом могут быть адаптированы под различные объекты и условия. В зависимости от климатических условий и требований объекта, можно выбрать системы с различными мощностями, подходящие для разных сфер: дата-центров, промышленных производств, медицинских учреждений и фармацевтической промышленности. Это универсальное решение, подходящее для объектов разного масштаба, от небольших серверных комнат до крупных технологических площадок.

На фото чиллер моноблоком

Расчёт системы фрикулинга

1. Определение температуры перехода

Температура перехода — это пороговое значение температуры наружного воздуха, при котором система начинает использовать фрикулинг. Обычно она колеблется в диапазоне от 0°C до +2°C, но может варьироваться в зависимости от климатических условий региона и особенностей объекта. Оптимально подобранная температура перехода позволяет максимально эффективно использовать холод наружного воздуха, сохраняя энергию и снижая нагрузку на оборудование.

Для расчёта этой температуры учитывают следующие факторы:

• Пиковые и среднегодовые температуры в регионе, где установлена система.
• Уровень тепловыделения объекта и требуемую температуру внутри помещений.
• Конструкционные особенности оборудования и системы воздухопроводов.

2. Подбор оборудования в зависимости от нагрузок и климата

Выбор компонентов системы, таких как чиллеры, теплообменники и воздуховоды, также играет ключевую роль. Важно учитывать уровень тепловых нагрузок объекта, так как это определяет мощность и тип системы, который необходимо установить. Например, для регионов с холодным климатом и значительными перепадами температур подойдут системы, способные полностью работать в режиме фрикулинга в течение зимнего периода. В то же время, для регионов с мягким климатом и незначительными перепадами температур важно предусмотреть работу системы в гибридном режиме, чтобы фрикулинг мог дополняться работой компрессоров в летний период.

3. Проектирование и интеграция с основной системой

Система фрикулинга часто интегрируется с основной системой охлаждения объекта. Это позволяет эффективно использовать оба режима — фреоновый контур для летнего периода и фрикулинг для зимы. В процессе проектирования важно учитывать размещение компонентов системы, чтобы минимизировать потери при передаче тепла, а также оптимизировать работу системы в зависимости от сезонов.

Проектирование также включает установку автоматических систем управления, которые позволяют регулировать температуру и режим работы системы. Благодаря этому система может автоматически переходить на нужный режим, адаптируясь под текущие погодные условия. Это не только увеличивает общую эффективность, но и делает систему более удобной в эксплуатации.

На фото компрессор чиллера

Применение и сферы использования чиллеров с фрикулингом

1. Дата-центры и серверные помещения

Дата-центры требуют круглогодичного охлаждения, так как серверное оборудование генерирует значительное количество тепла. Чиллеры с фрикулингом обеспечивают эффективное охлаждение таких помещений, снижая затраты на электроэнергию и продлевая срок службы оборудования. В зимний период система полностью может перейти на фрикулинг, что особенно актуально в странах с холодным климатом. Это решение помогает сократить затраты на охлаждение до 70%, что существенно снижает эксплуатационные расходы дата-центра.

2. Промышленные предприятия

На промышленных объектах, где проходят различные технологические процессы, выделяющие большое количество тепла, чиллеры с фрикулингом позволяют поддерживать нужный температурный режим без значительных затрат. Они используются в цехах, где необходим контроль температуры для обеспечения безопасности и стабильности производственных процессов. В зависимости от климата региона фрикулинг может использоваться либо в переходные месяцы, либо в течение всей зимы, что существенно снижает затраты на энергию.

3. Коммерческие здания

Крупные коммерческие здания, такие как офисные центры и торговые комплексы, также нуждаются в системах охлаждения, особенно в летние месяцы. Использование чиллеров с фрикулингом позволяет снизить затраты на электроэнергию и повысить экологичность здания, так как система использует естественное охлаждение в зимний период. Для торговых и офисных центров это также означает снижение эксплуатационных расходов, что выгодно для владельцев и арендаторов.

4. Медицинские учреждения

Медицинские учреждения, такие как больницы и лаборатории, нуждаются в поддержании стабильного температурного режима для хранения медикаментов и проведения исследований. Чиллеры с фрикулингом позволяют поддерживать нужные условия с минимальными затратами на энергию, что делает их подходящими для клиник и лабораторий. Преимущество использования фрикулинга в медицинских учреждениях также заключается в том, что он снижает нагрузку на основное оборудование, что повышает надёжность системы.

5. Фармацевтическая и химическая промышленность

Производство и хранение лекарств требуют строгого контроля температуры и условий хранения. Фармацевтические и химические компании всё чаще выбирают чиллеры с фрикулингом для охлаждения технологических процессов и помещений. Технология обеспечивает стабильное охлаждение в зимний период, снижая эксплуатационные затраты и минимизируя риск повреждения продукции.

6. Электростанции и энергетические объекты

На электростанциях и других объектах энергетического сектора чиллеры с фрикулингом используются для охлаждения турбин, генераторов и других устройств. Использование фрикулинга позволяет существенно снизить энергозатраты и улучшить экологические показатели объекта, что становится всё более важным в условиях современных требований к энергоэффективности.

На фото чиллер для охлаждения оборудования

Преимущества технологии фрикулинга

1. Экономия электроэнергии

Фрикулинг позволяет снизить потребление электроэнергии за счет естественного охлаждения при температуре окружающей среды ниже заданной температуры теплоносителя. В зимний период система может практически полностью перейти на фрикулинг, что снижает потребность в компрессорах и фреоновых контурах. В условиях холодного климата это может привести к экономии на уровне 60–80% от общего потребления энергии на охлаждение. Это существенно снижает эксплуатационные расходы и позволяет владельцам зданий сократить затраты.

2. Снижение эксплуатационных затрат

Сокращение времени работы компрессоров и других энергозатратных элементов системы снижает эксплуатационные расходы на обслуживание и ремонт оборудования. Компрессоры являются самыми дорогостоящими компонентами в системах охлаждения, и их замена или ремонт требует значительных вложений. Фрикулинг же помогает снизить нагрузку на компрессоры, что продлевает срок их службы и сокращает частоту поломок.

3. Повышение надежности и срока службы оборудования

Фрикулинг снижает нагрузку на основные элементы системы, такие как компрессоры и теплообменники, что увеличивает срок службы оборудования и уменьшает вероятность поломок. При уменьшении нагрузки на систему, оборудование изнашивается медленнее, а среднее время между ремонтами увеличивается на 20–30%. В результате система работает более стабильно и надежно, а необходимость в ремонтах и замене компонентов сводится к минимуму.

4. Экологическая эффективность

Технология фрикулинга помогает снизить выбросы CO₂ и других вредных веществ, так как позволяет уменьшить потребление электроэнергии. Это особенно важно для объектов с высокой нагрузкой на охлаждение, таких как дата-центры и промышленные предприятия. Чем меньше электричества потребляется системой, тем меньше выбросов генерируется при производстве этой энергии. Таким образом, фрикулинг способствует улучшению экологической ситуации, что становится всё более актуально в условиях современных экологических стандартов.

5. Компактность и удобство интеграции

Чиллеры с фрикулингом зачастую имеют компактные размеры и могут быть интегрированы в существующие системы охлаждения без необходимости значительных изменений в инфраструктуре здания. Это упрощает установку и делает фрикулинг доступным даже для уже функционирующих объектов. Некоторые системы фрикулинга также могут быть модульными, что позволяет легко масштабировать систему в зависимости от растущих потребностей объекта.

На фото чиллер с адиабатическим охлаждением

Факторы, влияющие на эффективность фрикулинга

1. Температура наружного воздуха

Фрикулинг эффективен только при температуре окружающей среды, которая ниже температуры, необходимой для охлаждения теплоносителя. Поэтому регионы с холодным климатом больше подходят для систем фрикулинга, так как там имеется больше возможностей использовать наружный воздух для охлаждения. Чем ниже температура воздуха, тем большую часть нагрузки система может снимать с помощью фрикулинга.

2. Уровень влажности воздуха

Высокий уровень влажности наружного воздуха может снизить эффективность фрикулинга, особенно в системах с адиабатическим охлаждением. При высокой влажности воздуха его охлаждение становится менее эффективным, так как процесс испарения замедляется. Поэтому важно учитывать климатические особенности региона и возможность использования осушителей воздуха для повышения эффективности системы.

3. Общая нагрузка по охлаждению

Чем выше тепловая нагрузка объекта, тем более мощной должна быть система охлаждения, и тем больше значимость фрикулинга для снижения затрат. Для зданий и производств с высокими теплоизбытками, таких как серверные, дата-центры и промышленные предприятия, фрикулинг способен обеспечить значительную часть потребностей в охлаждении, особенно в зимние месяцы.

На фото чиллер для охлаждения воды с функцией нагрева

Перспективы и окупаемость фрикулинга

В заключении можно отметить, что:

• Окупаемость инвестиций в чиллеры с фрикулингом, как правило, составляет от 1 до 3 лет в зависимости от региона и уровня тепловой нагрузки объекта.
• Правильный расчет и подбор системы фрикулинга обеспечивает максимальную эффективность и позволяет оптимально использовать ресурсы.
• Учитывая современную тенденцию к повышению энергоэффективности и снижению эксплуатационных расходов, внедрение фрикулинга становится выгодным и оправданным решением для различных отраслей.