Потребность в охлаждении зачастую возникает и в зимнее время. Фреоновые холодильные циклы работают в среднем до –15 °С. Суровой российской зимой столбик термометра нередко опускается гораздо ниже. Как же быть в данной ситуации? Эту проблему можно решить путем использования системы свободного холода. Это может быть как отдельный, так и встроенный в холодильную машину (ХМ), охладитель жидкости.

fricool1.jpg

Принципиальная схема холодильной машины, работающей в режиме свободного охлаждения, представлена на рис. 1. В обычном режиме работы вода, возвращающаяся от потребителя или процесса, в котором она была использована, подается насосом (8) в теплообменник (9), где обменивается теплотой с гликолем. В свою очередь гликоль через пропорциональный трехходовой клапан (2) подается циркуляционным насосом (3) в испаритель (9), в котором он охлаждается, отдавая теплоту кипящему фреону. Фреоновый холодильный контур состоит из стандартного перечня компонентов (см. рис. 1), но так же может включать в себя дополнительные устройства, оптимизирующие его работу. Когда температура наружного воздуха становится ниже температуры гликоля, поступающего в ХМ, трехходовой клапан (2), управляемый контроллером ХМ, направляет часть гликоля в теплообменник свободного охлаждения (1), при этом положение штока трехходового клапана выбирается на основании совокупности 3-х параметров:

  • температура гликоля на выходе из ХМ,
  • температура окружающего воздуха,
  • рабочее давление конденсации.

Как только температура окружающего воздуха становится достаточно низкой для снятия всей тепловой нагрузки, компрессоры отключаются и поддержание температуры выходящего из ХМ гликоля осуществляется путем плавного изменения расхода воздуха через теплообменник свободного охлаждения (1). Если температура окружающего воздуха возрастает и мощности свободного охлаждения становится недостаточно для снятия тепловой нагрузки, контроллер ХМ, параллельно к работающему свободному охлаждению, подключает фреоновый холодильный контур. При дальнейшем росте температуры окружающего воздуха автоматика выводит из процесса теплообменник свободного охлаждения, а поддержание заданной температуры выходящего гликоля полностью возлагается на фреоновый холодильный контур.

При эксплуатации свободного охлаждения экономится значительное количество электроэнергии. Экономия электроэнергии зависит от условий окружающей среды и заданной температуры выходящего гликоля. Снижение затрат электроэнергии происходит тем больше, чем больше тепловой нагрузки снимается свободным охлаждением.

В странах Центральной Европы экономия электроэнергии составляет 30 %, а в странах с продолжительным зимним периодом (Скандинавия, Россия) доходит до 40 %. Кроме того, режим свободного охлаждения увеличивает срок службы компрессоров на 40—50 %. По предварительным расчетам, использование свободного охлаждения при тепловой нагрузке — 150 кВт, Твыход/вход гликоля = 7/12 °С, продолжительность работы свободного охлаждения — 4 месяца/год, экономия только электроэнергии составит 3 500—4 000 долларов США в год, при этом, как сказано выше, необходимо учесть продление срока службы самого агрегата. Выгода очевидна.

fricool2.jpg

В современных ХМ режим свободного охлаждения включается уже при разнице в 2 градуса между температурами обратного гликоля и температурой окружающего воздуха. Зависимость производительности ХМ в режиме свободного охлаждения (в процентах от производительности фреонового контура при 100-процентном расходе воздуха через теплообменники) от температуры наружного воздуха при температуре обратного гликоля = 12 °С представлена на рис 2.

Из графика видно, что при температуре окружающего воздуха 10 °С режим свободного охлаждения позволяет сэкономить 12 % электроэнергии. То есть 12 % требуемой холодопроизводительности потребитель будет получать за счет свободного охлаждения и 88 % за счет фреонового цикла. А уже при температуре окружающего воздуха –20 °С мы получим 252 % от номинальной холодопроизводительности фреонового цикла.

Добавление контура свободного охлаждения и соответствующей автоматики приводит к усложнению ХМ и к увеличению ее стоимости. Срок окупаемости ХМ с режимом свободного охлаждения для России составляет 2—4 года и зависит от региона установки оборудования и его мощности.