Чиллер с фрикулингом (Free Cooling) и сухие градирни (драйкулеры)

Фрикулинг (free cooling, естественное охлаждение) — режим, в котором хладоноситель охлаждается холодным наружным воздухом в сухой градирне (драйкулере), а компрессоры чиллера остановлены или разгружены. Электричество в этом режиме тратят только вентиляторы драйкулера и насос гликолевого контура, поэтому при круглогодичной нагрузке зимой и в межсезонье энергопотребление на охлаждение заметно снижается.

«Ксирон-Холод» выпускает чиллеры ВМТ-Ксирон со встроенным фрикулингом — теплообменник свободного охлаждения установлен в корпусе чиллера, это наше собственное производство. Для систем с отдельной сухой градирней поставляем драйкулеры Терра-Фриго — как в комплекте с нашими чиллерами, так и для уже работающих систем охлаждения.

Нужен расчёт под ваш объект? Пришлите нагрузку в кВт, температуру хладоносителя и регион — подберём схему фрикулинга, драйкулер и концентрацию гликоля. Отправить заявку на Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript.

Главное о фрикулинге

• Экономия: основной потребитель электроэнергии в чиллере — компрессор. В режиме фрикулинга он остановлен или работает с частичной нагрузкой, а вентиляторы драйкулера и насос потребляют в разы меньше.
• Когда работает: драйкулер начинает помогать чиллеру, как только наружный воздух становится холоднее хладоносителя, возвращающегося от потребителя. Полностью нагрузку он снимает при температуре воздуха заметно ниже уставки: для воды +15 °C в примере ниже — при 0 °C.
• Уставка решает: чем выше требуемая температура хладоносителя, тем больше часов в году работает фрикулинг. Для технологической воды +15…+20 °C эффект выше, чем для +7 °C.
• Гликоль под регион: контур драйкулера заполняется водным раствором этиленгликоля или пропиленгликоля. Концентрацию подбираем так, чтобы раствор не замерзал при расчётной минимальной температуре наружного воздуха вашего региона.
• Регулирование: вентиляторы драйкулера с плавной регулировкой оборотов поддерживают температуру хладоносителя без переохлаждения и лишнего расхода энергии.

Как работает чиллер с естественным охлаждением

Чиллер с фрикулингом дополнен контуром, по которому циркулирует незамерзающий раствор гликоля, и сухой градирней. Трёхходовой клапан направляет хладоноситель через драйкулер или в обход него в зависимости от температуры наружного воздуха. Система работает в трёх режимах.

Существует два основных способа объединить чиллер и сухую градирню: драйкулер дополняет чиллер с воздушным конденсатором (схемы 1 и 2) либо охлаждает жидкостный конденсатор чиллера, а зимой — сам хладоноситель (схема 3).

Схема 1. Чиллер с воздушным конденсатором и драйкулером, хладоноситель — гликоль

Гликоль от потребителя проходит через драйкулер и чиллер последовательно. Летом, когда наружный воздух теплее возвратного гликоля, трёхходовой клапан направляет поток в обход драйкулера, и охлаждение идёт только в испарителе чиллера. С похолоданием клапан переключает поток на драйкулер: гликоль сначала частично охлаждается наружным воздухом, затем доохлаждается в чиллере. При устойчиво низких температурах драйкулер снимает всю нагрузку, компрессоры останавливаются.

Лето Межсезонье Зима

Преимущества схемы 1

• Дооснащение: драйкулер можно добавить к стандартному чиллеру с воздушным конденсатором — и в проектируемой, и в уже работающей системе.
• Максимум часов фрикулинга: гликоль охлаждается в драйкулере напрямую, без промежуточного теплообменника, поэтому фрикулинг включается при более высокой температуре воздуха, чем в схеме 2.
• Без расхода воды: контур закрытый, производственная вода не загрязняется и не испаряется.

Схема 2. Вода у потребителя, гликоль только в контуре драйкулера

Если технологическое оборудование не допускает гликоль, он циркулирует только в контуре драйкулера, а потребитель работает на воде. Контуры разделены пластинчатым теплообменником: вода от потребителя сначала проходит через него, затем через испаритель чиллера и сливается в открытый бак.

Летом гликолевый контур остановлен, воду охлаждает только чиллер. Гликолевый контур включается, когда наружный воздух становится холоднее возвратной воды примерно на 5 K. Чем холоднее на улице, тем большую долю тепла снимает теплообменник, а зимой компрессоры чиллера останавливаются полностью.

Лето Межсезонье Зима

Что даёт промежуточный теплообменник

• Меньше гликоля: раствором заполняется только контур драйкулера, а не вся система.
• Чистые теплообменники: гликолевый контур герметичен, загрязнения из технологической воды в драйкулер не попадают.
• Меньше риск потерь: утечка на стороне потребителя не приводит к потере дорогого хладоносителя.

Цена разделения контуров — дополнительный температурный напор в теплообменнике. Фрикулинг начинает работать при более низкой температуре наружного воздуха, чем в схеме 1, и часов свободного охлаждения в году становится меньше.

Схема 3. Чиллер с водяным конденсатором и драйкулером

Летом драйкулер охлаждает жидкостный конденсатор чиллера: хладагент отдаёт тепло гликолю, гликоль — наружному воздуху. Выносной воздушный конденсатор не нужен. Зимой трёхходовой клапан переключает холодный гликоль из драйкулера на пластинчатый теплообменник, вода охлаждается в нём, а компрессоры чиллера останавливаются.

Лето Зима

Преимущества схемы 3

• Компактность: чиллер с водяным конденсатором меньше по габаритам и устанавливается в помещении.
• Проще монтаж: не нужно прокладывать и паять фреоновые трассы к выносному воздушному конденсатору.
• Меньше хладагента: фреоновый контур короткий и собран на заводе.

Ограничения схемы 3

• Закладывается на этапе проекта: дооснастить так уже работающий чиллер с воздушным конденсатором не получится.
• Ответственный подбор драйкулера: летом он отводит от конденсатора всё тепло, включая теплоту сжатия в компрессоре, поэтому рассчитывается на максимальную температуру воздуха в регионе.

Какую схему выбрать

Диаметры трубопроводов гликолевого контура от чиллера до драйкулера можно предварительно оценить в нашем калькуляторе LineSize.

Как поддерживается температура в сухой градирне

Чтобы драйкулер не переохлаждал хладоноситель зимой и не тратил лишнюю энергию, его производительность регулируют одним или несколькими способами.

• Плавная регулировка оборотов вентиляторов: частотный преобразователь или EC-двигатели меняют расход воздуха через теплообменник. Это основной и самый экономичный способ.
• Регулировка оборотов насоса: меняется расход гликоля через драйкулер, а вместе с ним — количество отводимого тепла.
• Байпас с мотор-вентилем: трёхходовой клапан по сигналу термодатчика направляет часть потока в обход драйкулера и плавно выводит температуру на уставку.
• Соленоидный клапан: периодически полностью перекрывает подачу жидкости в драйкулер и перепускает её в бак, а при росте температуры снова открывается. Способ простой, но температура колеблется сильнее.
• Переход на компрессорное охлаждение: когда наружный воздух теплее требуемой температуры хладоносителя, подача в драйкулер перекрывается и охлаждение переходит на испаритель чиллера.

Расчёт окупаемости фрикулинга: пример на 100 кВт

Расчёт открытый — подставьте свои значения.

Годовая экономия электроэнергии: 21 кВт × 3 600 ч = 75 600 кВт·ч. В деньгах: 75 600 кВт·ч × 8,00 руб = 604 800 руб в год.

Срок окупаемости:

T = C / (ΔN × τ × Ц)

где C — стоимость комплекта фрикулинга с монтажом: драйкулер, насос гликолевого контура, пластинчатый теплообменник, трёхходовой клапан. Стоимость зависит от мощности, региона и схемы — рассчитаем её под ваш объект.

Расчёт консервативный: он предполагает работу чиллера круглосуточно с полной нагрузкой и не учитывает частичный фрикулинг весной и осенью, который даёт дополнительную экономию.

Мокрая и сухая градирня: в чём разница

Обе установки отводят тепло от охлаждаемой жидкости в атмосферу, но разными способами.

Выбор определяют климат, доступность воды, требуемая температура охлаждения и затраты на обслуживание. Для фрикулинга промышленных чиллеров в России чаще применяют сухие градирни: зимой они работают на гликоле без риска обмерзания и без расхода воды.

Адиабатическое охлаждение сухой градирни

В жаркую погоду эффективность драйкулера падает: чем теплее воздух, тем меньше тепла он забирает. Адиабатическая система решает эту проблему — вода распыляется во входящий воздух или смачивает увлажнительные панели перед оребрением. Испаряясь, вода охлаждает воздух ещё до теплообменника. На само оребрение она не попадает.

• Предел охлаждения: воздух можно охладить не ниже температуры мокрого термометра. Например, при +35 °C и относительной влажности 40 % это около +24 °C; на практике воздух после увлажнения на несколько градусов теплее. Чем суше воздух, тем сильнее эффект.
• Экономия воды: вода расходуется только в жаркие часы, поэтому её нужно значительно меньше, чем мокрой градирне.
• Качество воды: для распыления нужна умягчённая или деминерализованная вода, иначе на панелях и оребрении образуется накипь.

Для регионов с жарким летом мы предлагаем адиабатический драйкулер в связке с чиллером с водяным конденсатором — подробнее на странице чиллеры для регионов с жарким климатом.

Техническое обслуживание сухой градирни

• Оребрение: регулярно очищайте теплообменник от пуха, листвы и пыли мягкой щёткой, сжатым воздухом или водой низкого давления против направления потока воздуха. Загрязнённое оребрение сокращает часы фрикулинга.
• Коррозия: осматривайте трубки, ламели и раму; повреждённое покрытие восстанавливайте.
• Вентиляторы: проверяйте лопасти на повреждения, крепления на затяжку, двигатели — на посторонний шум и вибрацию.
• Электрика и автоматика: подтягивайте клеммные соединения, проверяйте защиты и калибровку датчиков температуры.
• Гликоль перед зимой: измерьте концентрацию раствора. Температура его замерзания должна быть ниже расчётной минимальной температуры наружного воздуха. Если драйкулер работает на воде, на зиму его нужно полностью слить.
• Подготовка к лету: очистите оребрение и проверьте работу всех вентиляторов до наступления пиковых температур.
• Журнал: записывайте осмотры, ремонты и замеры концентрации гликоля — так проще планировать обслуживание.

Вопросы о фрикулинге и драйкулерах

Чиллеры — отзывы покупателей