Для промышленных предприятий, стремящихся к экономии энергии chiller, технология free cooling (свободное охлаждение) — один из самых наглядных способов надолго снизить эксплуатационные расходы. В совокупной стоимости владения chiller электроэнергия, потребляемая компрессорами, зачастую многократно превосходит цену покупки самого оборудования. Свободное охлаждение нацелено именно на эту статью затрат: когда наружный воздух достаточно прохладен, оно отводит тепло, полностью отключая компрессоры или снижая их нагрузку. В этой статье мы с инженерной точки зрения разбираем, как работает свободное охлаждение, в чём логика гибридного chiller и при каких условиях экономия окупается быстрее всего.
Как работает свободное охлаждение
В классическом холодильном цикле холодильная нагрузка отводится через компрессор, сжимающий хладагент, и именно здесь потребляется основная доля электроэнергии. При свободном охлаждении логика меняется на противоположную: когда температура наружного воздуха опускается достаточно ниже температуры возвращаемой охлаждённой воды, в работу вступает встроенный в систему змеевик free cooling или сухой охладитель (dry cooler). Этот змеевик отдаёт тёплую воду, возвращающуюся из процесса, напрямую наружному воздуху и отводит часть или всё тепло без работы компрессора.
Определяющий параметр — разница температур между наружным воздухом и охлаждённой водой. Когда наружный воздух опускается примерно на несколько градусов ниже целевой температуры воды, начинается частичное свободное охлаждение; по мере роста этой разницы змеевик отводит всё больше тепла, а компрессоры поэтапно разгружаются. При дальнейшем похолодании система переходит в режим полного свободного охлаждения: компрессоры полностью останавливаются, работают только насосы и вентиляторы. Благодаря этому потребляемая мощность снижается до гораздо меньшей доли по сравнению с механическим охлаждением.
Гибридный chiller: chiller и свободное охлаждение в одном корпусе
Гибридный chiller — это решение, объединяющее цикл механического охлаждения и змеевик free cooling в одном агрегате. Вместо того чтобы устанавливать отдельный сухой охладитель и отдельный chiller, оба режима размещаются в едином корпусе, а система управления автоматически переключается между ними в зависимости от нагрузки и условий наружного воздуха. Большую часть года система работает в одном из трёх режимов: полное механическое охлаждение в жаркие дни, частичный режим совместной работы компрессора и змеевика в переходные сезоны и полное свободное охлаждение без компрессора в холодные дни.
Такая ступенчатая структура удерживает температуру охлаждённой воды предприятия на заданном уровне и при этом существенно сокращает часы работы компрессоров в течение всего года. Меньшее число часов работы компрессоров благоприятно сказывается не только на счетах за электроэнергию, но и на межсервисных интервалах и механическом износе, что отражается на суммарной стоимости эксплуатации chiller.
Где экономия окупается быстрее всего
Окупаемость свободного охлаждения различна на каждом предприятии; выгода напрямую связана с профилем работы и климатом. Типичные условия, при которых инвестиция возвращается быстрее всего, таковы:
- Круглогодичные, непрерывные или многосменные холодильные нагрузки; чем больше часов работы, тем шире окно свободного охлаждения.
- Умеренные или высокие температуры охлаждённой воды; например, если процесс может работать с водой 12-18 °C, свободное охлаждение включается в течение гораздо более длительной части года.
- Прохладный климат или продолжительные переходные сезоны; в регионах с частыми низкими температурами наружного воздуха часы полного свободного охлаждения многократно возрастают.
- Контуры с добавлением гликоля; благодаря защите от замерзания система безопасно использует свободное охлаждение даже при низких наружных температурах.
- Предприятия с высоким тарифом на электроэнергию; каждый час без работы компрессора напрямую превращается в экономию.
И наоборот, для процесса, работающего только в летние месяцы и с очень низкими температурами воды, окно свободного охлаждения узкое, а срок окупаемости увеличивается. Поэтому решение следует принимать исходя из реальной кривой нагрузки предприятия и распределения температур климата, в котором оно расположено.
Реалистичная экономия и ожидания по окупаемости
Годовая выгода от свободного охлаждения пропорциональна числу часов, в течение которых компрессоры отключены. При подходящих температурах охлаждённой воды и в прохладном климате при благоприятных условиях вполне обоснованно можно говорить об экономии годовой холодильной энергии до 40%; однако этот показатель существенно меняется в зависимости от климата, профиля нагрузки и выбранной температуры воды. Вместо одной преувеличенной цифры правильным подходом является проведение индивидуального для предприятия почасового анализа распределения температур (bin-hour).
Срок окупаемости также зависит от тех же переменных. На предприятиях с большим числом часов работы и высоким тарифом на электроэнергию дополнительные вложения в гибридное решение возвращаются относительно быстро, тогда как на предприятиях с низкой загрузкой этот срок увеличивается. Поэтому решение должно строиться не на стандартном обещании, а на измеримом расчёте.
Гибридные chiller и сухие охладители Planer
Семейства продуктов Planer — гибридные chiller и сухие охладители / Dry Cooler — разработаны для интеграции свободного охлаждения в систему технологического охлаждения. Можно как добавить к существующей системе chiller ступень свободного охлаждения на базе сухого охладителя, так и изначально выбрать гибридный агрегат; правильный выбор определяется температурой охлаждённой воды предприятия, кривой нагрузки и климатом, в котором оно находится.
Если вы хотите увидеть реалистичную экономию и срок окупаемости, которые обеспечит свободное охлаждение, на основе профиля нагрузки и климатических данных вашего предприятия, инженерная команда Planer готова вместе с вами оценить правильную гибридную конфигурацию.