Чиллеры с фрикулингом: принцип работы и энергоэффективность
На предприятиях с круглогодичной потребностью в охлаждении наружный воздух при подходящих условиях может служить полезным источником холода. Чиллеры с фрикулингом используют эту возможность для сокращения работы компрессоров. Результат зависит не только от погоды, но и от температуры технологической воды, профиля нагрузки и схемы системы.
Что такое чиллер с фрикулингом?
Фрикулинг, или свободное охлаждение, позволяет передавать тепло от технологического теплоносителя наружному воздуху через теплообменник при подходящих условиях. В рассматриваемой гидравлической схеме наружный воздух не смешивается с технологической водой и не подается непосредственно в производственное помещение.
Теплообменник свободного охлаждения может быть встроен в чиллер или выполнен в виде отдельного сухого охладителя с соответствующей гидравлической обвязкой. Обычный чиллер с воздушным охлаждением не становится системой фрикулинга лишь потому, что установлен на улице: необходимы соответствующие теплообменники, клапаны и автоматика.
Механическое, смешанное и полное свободное охлаждение
В режиме механического охлаждения наружные условия не позволяют эффективно использовать фрикулинг, и нагрузку покрывает компрессорный холодильный контур. В смешанном режиме наружный воздух предварительно охлаждает обратный теплоноситель, а оставшуюся нагрузку покрывают компрессоры.
В режиме полного фрикулинга теплообменник способен покрыть текущую нагрузку при требуемой температуре на выходе, и компрессоры могут быть остановлены. Вентиляторы, насосы и автоматика продолжают потреблять электроэнергию. Поэтому свободное охлаждение не означает нулевого энергопотребления.
При какой температуре включается фрикулинг?
Единой температуры наружного воздуха для переключения всех систем не существует. Для частичного охлаждения необходима полезная разность температур между воздухом и обратным теплоносителем. Полный фрикулинг также требует достаточной мощности теплообменника для покрытия нагрузки и обеспечения заданной температуры подачи.
При подборе учитывают температурный напор теплообменника, расход, концентрацию гликоля и дополнительный напор промежуточного теплообменника, если он предусмотрен. Более высокая допустимая температура подачи может расширить возможности фрикулинга, но ради экономии нельзя превышать температурные ограничения продукта или оборудования.
Для каких объектов стоит рассмотреть решение?
Центры обработки данных, линии переработки пластмасс и промышленные процессы с круглогодичным отводом тепла подходят для оценки. Пригодность определяется реальными температурами и нагрузками, а не только названием отрасли. На предприятии, работающем лишь летом, экономический результат может быть иным.
Для Балкан, Северной Африки или другого региона одного названия страны недостаточно. Следует совместно анализировать почасовые климатические данные города установки, дневные и ночные условия и производственный график. Процессы с очень холодной водой могут иметь меньше доступных часов фрикулинга, чем более высокотемпературные контуры.
Гликоль, разделение контуров и защита от замерзания
Наружные теплообменники и трубопроводы необходимо защищать от замерзания. Тип и концентрация гликоля зависят от минимальной ожидаемой температуры, требований производителя оборудования и совместимости материалов с теплоносителем. Отличия от воды по теплофизическим свойствам и вязкости учитывают при расчете мощности и насосов.
Если гликоль нежелателен в технологическом контуре, его можно отделить от наружного контура промежуточным теплообменником. Это добавляет насосную нагрузку, гидравлические потери и температурный напор, что влияет на подбор. План защиты должен учитывать остановки и отключение электропитания.
Автоматика, обслуживание и стабильная работа
Автоматика должна контролировать температуры наружного воздуха, подачи и обратного теплоносителя и согласовывать работу клапанов, вентиляторов, насосов и компрессоров. При переключениях необходимо сохранять допустимый расход. Зоны нечувствительности и минимальное время работы задают по требованиям проекта, чтобы избежать частых переключений.
Чистые поверхности теплообменников, точные датчики, исправные клапаны и подходящее качество воды важны для эффективности. При размещении учитывают переток и повторное всасывание нагретого воздуха, а также доступ для обслуживания. Само наличие фрикулинга не обеспечивает резервирование и не гарантирует бесперебойную круглогодичную работу.
Как рассчитывают экономию и окупаемость?
Необходимо сравнивать годовое суммарное потребление электроэнергии базовой системы и решения с фрикулингом при выполнении одинаковой задачи охлаждения. Расчет должен учитывать почасовую погоду и нагрузку, работу компрессоров при частичной нагрузке, потребление вентиляторов и насосов и гидравлические потери.
Универсальный процент экономии или фиксированный срок окупаемости для всех объектов некорректен. На результат влияют дополнительные капиталовложения, обслуживание, тарифы и фактический режим эксплуатации. После пусконаладки расчет рекомендуется проверять по записям энергопотребления и температур.
Какие данные нужны для технического предложения?
- Страна и город установки; максимальная и минимальная расчетные температуры наружного воздуха
- Требуемые температуры подачи и обратной воды, расход и доступное давление
- Почасовая или сезонная нагрузка и годовой рабочий график
- Тип теплоносителя, требования к гликолю и качество воды
- Данные существующего чиллера, сухого охладителя и трубопроводов; размещение и ограничения по шуму
- Электропитание, интерфейсы автоматики и требования к резервированию
- Тарифы, измеренное энергопотребление и критерии оценки инвестиций
Эти данные можно рассмотреть совместно с CEMS Chiller для оценки подходящего проектного решения. Встроенная или отдельная схема определяется с учетом фактических условий и объема технического предложения.
Статья носит общий информационный характер. Подбор оборудования и рабочие пределы определяются технической документацией модели и расчётами конкретного проекта.
