Энергосбережение в холодоснабжении за счет естественного холода

Системы холодоснабжения с опцией фрикулинга предназначены, в основном, для использования в местностях с умеренным и холодным климатом. По сравнению с компрессорными системами оборудование системы фрикулинга не требует высокой квалификации обслуживающего персонала при его эксплуатации.

Поскольку фрикулинг является в большинстве случаев дополнительной энергосберегающей опцией к основной системе холодоснабжения, то, естественно, она ведет к заметному увеличению ее стоимости. Однако эта опция позволяет снизить годовые эксплуатационные затраты на электроэнергию от 30 до 50% (в зависимости от региона). Кроме того, охлаждение продукции за счет работы системы фрикулинга в холодное время года, когда компрессоры выключены (от 3-4 месяцев в центральных регионах России, до 6-7 месяцев в северных регионах), позволяет экономить ресурс компрессоров и других агрегатов системы холодоснабжения, проводить реже их техническое обслуживание, а профилактический ремонт выполнять в холодное время года.

Технологию фрикулинга применяют уже более десятка лет на базовых станциях ЦОД и станциях сотовой связи. Схема реализации проста — оборудование охлаждается за счет подачи в помещение холодного наружного воздуха при соответствующих погодных условиях. При высокой температуре — опция фрикулинга отключается и охлаждение осуществляется системой холодоснабжения.

Системы кондиционирования и холодоснабжения с опцией фрикулинга широко применяются в странах с умеренным климатом. В основном это системы кондиционирования таких зданий, как театры, концертные залы, закрытые спортивные арены и прочие заведения, где работа системы кондиционирования на полную мощность требуется, когда залы заполняются людьми.

При этом часто систему холодоснабжения с этой опцией объединяют с аккумуляторами холода. Летом аккумуляторы захолаживаются холодильной установкой в ночное время суток, когда действует более дешевый ночной тариф электроэнергии, а это меньше дневного на 25-35%. А в холодное время года такие системы кондиционирования дополняют опцией фрикулинга, что позволяет выключить холодильный компрессор системы кондиционирования и подключить к аккумуляторам холода гидравлический контур системы фрикулинга с расположенным снаружи здания сухим охладителем.

Аккумуляторы холода в системе кондиционирования конгресс-центра (Германия)

С учетом использования наиболее низких ночных температур для захолаживания аккумуляторов холода опция фрикулинга может обеспечить холодом систему кондиционирования воздуха в центральном регионе России с начала ноября до конца марта. Таким образом, 5 месяцев в году компрессоры системы холодоснабжения не работают — это означает, что более чем на 40% экономится ресурс компрессоров и примерно на 30-50% снижается годовое потребление электроэнергии системы.

Важным преимуществом является то, что в системах фрикулинга отсутствует хладагент, что является немаловажным фактором в условиях современных экологических требований. Здесь в качестве хладоносителя может использоваться вода, различные низкотемпературные жидкости и их водные растворы. Энергетическая эффективность системы фрикулинга зависит также от свойств выбранного хладоносителя — температуры замерзания, вязкости в рабочем диапазоне температур, теплоемкости, коррозионной активности, экологической безопасности и стоимости.

К экологически чистым низкотемпературным хладоносителям традиционно относят водные растворы пропиленгликоля, этиленгликоля, этилового спирта и ряд других низкотемпературны жидкостей.

Зависимость температуры замерзания водного раствора пропиленгликоля от содержания в нем пропиленгликоля, °С

Температуру замерзания эксплуатируемого хладоносителя можно определить по его плотности, используя цифровой портативный плотномер. Он позволяет также рассчитывать концентрацию и удельный вес измеряемой жидкости в заданных единицах измерений в режиме реального времени.

Зависимость температуры начала кристаллообразования от плотности раствора пропиленгликоля

В России разработаны и выпускаются в промышленных объемах хладоносители марки «Экосол» на основе химического соединения этилкарбитола. Безводный «Экосол» замерзает при температуре -70°С, а кипит при +106°С.

Другой современный хладоноситель на ацетатной основе «Нордвэй-ХН», получивший в последние годы широкое распространение, предназначен для использования в системах холодоснабжения с температурным режимом эксплуатации от +40°С до -50°С в зависимости от его концентрации в растворе.

В настоящее время ряд зарубежных производителей выпускают системы кондиционирования с уже встроенной системой фрикулинга. Они, естественно, имеют значительно более высокую стоимость по сравнению с обычными системами, но сейчас, с ростом тарифов на электроэнергию, повсеместно проводится дооснащение действующих систем кондиционирования опциями фрикулинга. То же самое наблюдается и на промышленных предприятиях в нашей стране, использующих традиционные системы холодоснабжения, где в результате модернизации требуется дооснастить работающую систему холодоснабжения энергосберегающий опцией фрикулинга.

В этом направлении в 2020 г специалистами «Фриготрейд» был разработан и реализован энергосберегающий проект по использованию системы фрикулинга для получения «ледяной воды» с температурой +1…+2°С за счет охлаждения наружным воздухом на одном из крупных российских молокозаводов с действующей аммиачной системой холодоснабжения. Заказчиком была поставлена задача снизить температуру воды, возвращающуюся в холодильную установку, поскольку ее температура входа от +5°С до +12°С с расходом 120 м³/ч приводило к большому потреблению электроэнергии для последующего ее охлаждения. Требовалось снизить температуру поступающей на охлаждение возвратной воды за счет естественного холода.

Для этого была изготовлена, поставлена и смонтирована «под ключ» система фрикулинга производительностью 600 кВт, включающая сухой охладитель (драйкулер), насосную станцию, замкнутый гидравлический контур с трехходовым вентилем и пластинчатым теплообменником, связывающим в тепловом отношении гидравлический контур фрикулинга с действующей аммиачной системой холодоснабжения. Гидравлическая схема, представленная ниже, для реализации этой энергосберегающей опции достаточно проста.

Гидравлическая схема опции фрикулинг для установки охлаждения жидкости

Для реализации этой схемы снаружи компрессорного цеха был установлен V-образный сухой охладитель (драйкулер), производительностью 600 кВт, включенный в замкнутый гидравлический контур с насосным агрегатом, трехходовым вентилем и двухполосным пластинчатым теплообменником. Одна полость пластинчатого теплообменника подключена к гидравлическому контуру сухого охладителя, заправленному пропиленгликолем, через другую полость теплообменника проходит возвратная «ледяная» вода, поступающая на охлаждение в аммиачную холодильную установку.

Схема фрикулинга позволяет охлаждать в холодный период времени возвратную воду на 3÷5°, что позволяет зимой в зависимости от температуры воздуха на улице и от температуры воды в возвратном коллекторе, отключать компрессоры, тем самым экономить электропотребление системы холодоснабжения и ресурс компрессоров. На контроллере системы управления температура «ледяной» воды отражается в режиме реального времени.

Температура «ледяной» воды на контроллере системы управления

Предусмотрено автоматическое поддержание температуры пропиленгликоля за счет периодического включения вентиляторов сухого охладителя и работы трехходового крана. Обеспечена визуализация процесса охлаждения на удаленном компьютере. Проведены все монтажные и пусконаладочные работы.

Сухой охладитель

Шкаф управления и мониторинга

Пластинчатый теплообменник

Насосный агрегат

Реализация опции фрикулинга всегда связана с увеличением капитальных затрат, но в дальнейшем эта опция существенно снижает эксплуатационные расходы и увеличивает срок работы компрессоров до очередного технического обслуживания.

Расчет окупаемости опции фрикулинга достаточно прост для заказчика оборудования. Нужно знать дневной и ночной тарифы электроэнергии, потребляемую мощность компрессоров, вентиляторов и насосов, а также циклограмму их работы — все остальное простая арифметика. Чем севернее регион эксплуатации, тем экономический эффект будет больше. По данным зарубежных источников срок окупаемости этой опции составляет от 3 до 7 лет. В России действуют другие тарифы на электроэнергию, другой климат, поэтому при заказе этой опции у поставщика оборудования можно заказать расчет срока окупаемости заказываемого оборудования под конкретную ситуацию.

Специалисты компании «Фриготрейд» постоянно работают над повышением энергоэффективности и технологичности создаваемых систем холодоснабжения. На многие технические решения нашей фирмы выданы патенты на изобретения и полезные модели.

ООО «Фриготрейд»
+7 495 787-2663, 8 800 505-0542
post@frigodesign.ru
frigodesign.ru