Systemy free coolingu pośredniego. Analiza i symulacja oszczędności pod kątem nakładów eksploatacyjnych (cz. 2)

Analiza i symulacja kalkulacji oszczędności kosztów eksploatacyjnych

Opłacalność zastosowania funkcji free coolingu jest uzależniona od temperatury powietrza atmosferycznego, czasu jej trwania oraz wymaganej temperatury wody ziębniczej. Im niższe temperatury powietrza zewnętrznego oraz im wyższe przyjęte temperatury cieczy ochładzanej, tym dogodniejsze warunki opłacalności stosowania systemów „darmowego chłodu”. Na podstawie średnich temperatur miesięcznych można wywnioskować, że Polska jest krajem, w którym tego typu systemy są bardzo korzystne z punktu widzenia kosztów eksploatacyjnych.

Warto jednak przed podjęciem decyzji (czy system powinien być wyposażony w funkcję free coolingu, czy też nie) przeprowadzić analizę ekonomiczną, zwłaszcza dla niskich temperatur zasilania wymienników. Poniżej przedstawiono sposób postępowania konieczny do uzyskania wyników oszczędności eksploatacyjnych w oparciu o prostą analizę ekonomiczną najbardziej rozpowszechnionego rozwiązania systemu free coolingu opartego na trójdrogowym zaworze regulacyjnym i dodatkowym wymienniku free coolingu.

Tabela 1. Zestawienie średnich miesięcznych temperatur powietrza zewnętrznego dla wybranych miast europejskich [mat. Clivet]

Rozpoczęcie kalkulacji polega na przygotowaniu zestawienia danych meteorologicznych, w szczególności dotyczących temperatur powietrza zewnętrznego. Dane mogą zostać uzyskane z rozmaitych źródeł, w tym z tych ogólnie publikowanych [3]. W tabeli 1 przedstawiono przykładowe zestawienie średnich miesięcznych temperatur powietrza zewnętrznego dla wybranych miast europejskich. Do bardziej szczegółowych kalkulacji można przyjąć inne, bardziej precyzyjne dane.

Kolejnym etapem jest uzyskanie od producenta danego urządzenia informacji dotyczących temperatur powietrza zewnętrznego, przy których dla danej temperatury cieczy na powrocie z instalacji uzyskiwane są 100-proc. wydajności ziębienia agregatu chłodniczego. Dla przykładu w tabeli 2 dokonano próby zestawienia takich danych dla agregatów chłodniczych jednego z producentów urządzeń chłodnictwa i klimatyzacji – firmy Clivet. Podane w tabeli wartości liczbowe dotyczą spadku temperatury cieczy na wymienniku free coolingu dt = 5 K i 30-proc. stężenia glikolu w wodzie.

Tabela 2. Zestawienie temperatur powietrza zewnętrznego, dla którego uzyskiwane są wydajności z wymienników free coolingu równe 100 proc. wydajności chłodniczej agregatu. Wartości te są zależne od temperatury cieczy oziębianej na wlocie i wylocie z wymiennika free coolingu. W tabeli zawarto dane dla temperatury cieczy na powrocie i dla spadku temperatury wody równej 5 K

Dokonując skonfrontowania obu tabel, można określić, dla jakich przedziałów czasowych uzyskiwane są z systemu free coolingu 100-proc. wydajności chłodnicze agregatów (oczywiście dla zadanych temperatur cieczy oziębianej). Takie wydajności są uzyskiwane, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa lub równa uprzednio określonej temperaturze powietrza zewnętrznego, przy której wydajność wymiennika free coolingu odpowiada 100-proc. wydajności chłodniczej agregatu. I tak np. w tabeli 2, dokonując wyboru temperatury cieczy oziębianej np. 16/11°C, temperatura powietrza zewnętrznego, przy której uzyskiwana jest 100-proc. wydajność chłodnicza z wymiennika free coolingu, wynosi 0°C.

Tabela 3. Wydajności wymiennika free coolingu dla temperatury cieczy oziębianej 16/11°C i odpowiadającej jej temperaturze powietrza zewnętrznego (0°C), przy której wydajność wymiennika free coolingu wynosi FC = 100%

W oparciu o założenia dotyczące parametrów cieczy w tabeli 3 dokonano zestawienia wydajności procentowej wymiennika free coolingu w stosunku do całkowitej wydajności chłodniczej agregatu dla określonych w tabeli wybranych miast europejskich. Można zauważyć, że w każdym z miast, gdzie średnia temperatura zewnętrzna jest niższa od określonej uprzednio temperatury (tj. 0°C), wymagane schłodzenie cieczy do żądanej temperatury w tym czasie jest pokrywane w 100% tylko przez wymiennik free coolingu. W pozostałych okresach istnieje konieczność dodatkowego dochłodzenia cieczy oziębianej przez sprężarkowy układ chłodniczy agregatu.

Określenie procentowej wydajności wymiennika free coolingu w zakresie od temperatury powietrza zewnętrznego, przy której FC = 100%, aż do temperatury powietrza zewnętrznego odpowiadającej temperaturze cieczy oziębianej na powrocie jest możliwe poprzez interpolację. Można przyjąć, że dla określonej temperatury powietrza zewnętrznego (przy której FC = 100%) uzyskiwane jest 100-proc. schłodzenie wody z wykorzystaniem wymiennika free coolingu, zaś przy temperaturze powietrza odpowiadającej temperaturze cieczy oziębianej na powrocie z instalacji wydajność wymiennika free coolingu wynosi FC = 0%.

Można nadmienić, że przy przyjętej temperaturze cieczy oziębianej (tj. 16°C) i temperaturze powietrza zewnętrznego wyższej od niej lub jej odpowiadającej schłodzenie cieczy odbywa się z wykorzystaniem sprężarkowego agregatu chłodniczego.