Фрикулинг – правда и мифы

Фрикулинг – технология свободного охлаждения, которая играет чрезвычайно актуальную роль в эпоху энергосбережения. Схемы, основные термины, а также варианты реализации данной технологии были представлены здесь. Данная статья направлена на то, чтобы подтвердить или опровергнуть общепринятые представления об этой технологии.

Перед тем, как приступить непосредственно к теме статьи, важно отметить, чтобы все высказывания преимущественно относятся к тем объектам, где необходимо обеспечить охлаждение круглый год. В частности, это центры обработки данных, производственные площадки, серверные помещения – именно на этих объектах в основном используется технология фрикулинга.

Также отметим, что рассматривается только воздушное свободное охлаждение, т.е. технология прямого и косвенного фрикулинга. Что же касается фрикулинга, который реализован как второстепенная функция прецизионных кондиционеров и чиллеров, то такая технология в данном материале не рассматривается.

Наиболее распространенные мнения о технологии фрикулинга

На климатическом рынке существует целый ряд теорий или «мифов», среди которых следующие:

1. 1.Технология фрикулинга актуальна исключительно в северных районах. Москва, а также другие города России с подобным климатом – не самые лучшие места для применения данной технологии;
2. 2.Цена решения с фрикулингом гораздо выше, нежели без него;
3. 3.Фрикулинг обходится слишком дорого, и экономия электроэнергии не окупит тех денег, которые необходимы для внедрения данной технологии на объект;
4. 4.Косвенный фрикулинг менее эффективен, нежели прямой;
5. 5.Система свободного охлаждения отличается большим габаритом.

Каждый «миф» можно рассмотреть более подробно.

Рассматриваемый объект

Чтобы подтвердить или опровергнуть мифы о технологии фрикулинга, нужно рассмотреть пример на пракрите. Рассмотрим дата-центр, мощность которого составляет 1 МВт. К нему можно применить 4 варианта охлаждения:

1. 1.Фрикулинг без адиабатики (косвенный). Работает до температуры 22 С наружного воздуха.
2. 2.Фрикулинг с адиабатикой (косвенный), предполагающий адиабатное увлажнение воздуха. Работает при температуре внешнего воздуха от 32 до 40 С (конкретное значение зависит от влажности температуры).
3. 3.Прямой фрикулинг (до +24 С).
4. 4.Стандартная фреоновая климатическая система.

Для более точного представления можно даже рассмотреть разные города. В примере будут представлены Санкт-Петербург, Москва, Уфа (с более резким и континентальным климатом), Краснодар (город с морским южным климатом).

Миф №1. Фрикулинг актуален только в северной части страны

Подсчитаем, сколько часов в год будет работать каждая система на фрикулинге. Эти расчеты можно провести с помощью ресурса www.AboutDC.ru. Результаты впишем в таблицу 1.

Таблица 1. Продолжительность работы фрикулинга для климатических систем в разных городах (расчеты проведены с помощью системы www.AboutDC.ru).

Для косвенного фрикулинга без адиабатики худший из вариантов – Краснодар, что ожидаемо. Из таблицы видно, что время работы в год составит 7365 часов, что составляет 84% времени в режиме фрикулинга. Самый лучший вариант – Санкт-Петербург: 8410 часов (что составит 96% времени).

Если рассмотреть прямой фрикулинг, то, опять-таки, худшим вариантом является Краснодар, где на режим свободного охлаждения приходится 88% времени. Лучший вариант – Санкт-Петербург: 98% времени.

Что касается косвенного фрикулинга с адиабатным увлажнением контура воздуха, то он имеет самый широкий диапазон работы. В Москве эта система работает 99% времени; в Санкт-Петербурге – 100%; в Уфе – 99.8%; в Краснодаре – 98.7%.

Какой вывод следует из этого сделать? Очевидно, что для всех городов и при разных архитектурах время работы систем свободного охлаждения достаточно большое. Это значит, то первый миф удалось опровергнуть.

Миф №2. Цена решения с фрикулингом выше, нежели без него

Чтобы точно определить, является ли цена выше, необходимо оценить капитальные затраты на реализацию решений с системами свободного охлаждения.

Если отталкиваться от уже имеющихся данных, то можно точно определить, что цена решения с фрикулингом действительном будет выше. Также на рынке есть мнение, что для использования фрикулинга зимой нужно строить сразу 2 системы: для зимы – фрикулинг, для лета – обычная фреоновая климатическая установка. Поэтому стоимость возрастает в несколько раз (практически вдвое). Эти две системы являются разными фактически. Их совместная стоимость, разумеется, выше стоимости одной лишь фреоновой климатической системы примерно в 1.5-1.7 раза.

В нашем примере цена фреоновой системы для ЦОД (мощность 1 МВт) составит 45 миллионов рублей. Стоимость системы с режимом свободного охлаждения варьируется в пределах от 60 до 80 миллионов рублей (см. таблицу 2).

Таблица 2. Цена разных систем охлаждения для ЦОД, расположенных в выбранных городах (млн. руб.).

В данном случае миф №2 подтверждается, ведь очевидно, что цена решения с фрикулингом действительно выше, чем без него.

Миф №3. Технология фрикулинга настолько дорогая, что не окупается экономией электроэнергии

Дабы доказать или опровергнуть этот миф, уместно сравнить и рассчитать сроки окупаемости систем. В первую очередь нужно рассчитать среднегодовое потребление энергии для каждой системы отдельно. Рассчитав, мы увидим, что фреоновая система потребляет 350-380 кВт электроэнергии (во многом определяется регионом). Системы с технологией свободного охлаждения потребляют десятки киловатт энергии.

Таблица 3. Потребление электроэнергии климатическими системами, кВт (среднегодовое).

Далее нам необходимо рассчитать годовые затраты на оплату электроэнергии. Для этого примем стоимость электроэнергии равную 3.8 рублей за 1 кВт*ч. (см. таблицу 4). Из таблицы очевидно, что работа фреоновой установки обходится в 11-12 миллионов рублей; работа фрикулигновых систем – менее чем в 2 миллиона.

Таблица 4. Финансовые затраты на электроэнергию климатическими системами, млн руб/год.

Итак, теперь оценим окупаемость. Мы рассматриваем 3 разные системы для 4 городов. Соответственно, должно получиться 12 сроков окупаемости, представленных в таблице 5. Самый большой срок предполагает система прямого фрикулинга, эксплуатирующаяся в Краснодаре, – 33 месяца. Самый низкий срок окупаемости в Уфе или Москве при использовании системы косвенного фрикулинга с адиабатным увлажнением воздуха (20 месяцев).

Таблица 5. Сроки окупаемости фрикулинга, мес.

Отсюда следует, что срок окупаемости фрикулинговых систем составляет всего-то несколько лет (2-3 года), а это небольшой срок. Поэтому миф о неокупаемости данного решения является лишь мифом.

Миф №4. Прямой фрикулинг более эффективен, нежели косвенный

Этот миф вполне логичен, т.к. прямой фрикулинг – это одноконтурная система, косвенный – двухконтурная, оснащенная воздушным теплообменником. Разумеется, одноконтурная система будет более эффективной за счет отсутствия потерь в теплообменнике.

Однако на практике отсутствие потерь в теплообменнике предполагает необходимость в мощной системе увлажнения. При свободном прямом охлаждении влажность поступающего воздуха необходимо регулировать. В этом случае расход на систему увлажнения значительно преувеличивает экономию.

Системы свободного косвенного охлаждения не отличаются подобным недостатком, поскольку воздух с улицы не будет поступать в зал ЦОД.

Данные факты подтверждаются сроками окупаемости, приведенными выше. Из таблицы видно, что срок окупаемости систем прямого фрикулинга составит от 28 до 33 месяцев; косвенного – от 20 до 29 месяцев. Соответственно, если произвести комплексный расчет окупаемости, то системы косвенного фрикулинга окупятся быстрее.

Миф №5. Системы фрикулинга очень габаритны

Технология фрикулинга предполагает охлаждение внутреннего воздуха за счет наружного. При этом теплопередающие промежуточные среды отсутствуют – хладагент или вода. Воздух, конечно, имеет при этом низкую плотность, поэтому для охлаждения необходимы достаточно большие объемы воздуха. По этой причине климатические установки являются габаритными. Это относится, в частности, к агрегатам фрикулинга, а также к сети вытяжных и приточных воздуховодов.

Конечно, этот миф опровергнуть невозможно, ведь габариты подобных установок действительно немалые – больше, нежели размеры традиционных фреоновых систем. Также стоит отметить, что эти установки достаточно требовательны к особенностям сооружений, где они устанавливаются. Тут должны быть высокие потолки, в перекрытиях сечения большого размера и т.д.

Результаты: подтвержденные или опровергнутые мифы

Итоги исследований удобно представить в заключительной таблицы – таблице №6.

На основе материалов из журнала "Мир Климата"