Systemy free coolingu pośredniego. Analiza i symulacja oszczędności pod kątem nakładów eksploatacyjnych (cz. 1)
W „Rynku Instalacyjnym” nr 7/8 z 2007 r. [1] autor szczegółowo przedstawił zasadę działania jednej z metod wykorzystania funkcji pośredniego free-coolingu w sprężarkowych agregatach chłodniczych. Z uwagi, że metod pozwalających na wykorzystanie darmowych nakładów chłodu jest na rynku dużo, w niniejszym artykule dokonano prezentacji najczęściej wykorzystywanych metod i przedstawiono krótko ich wady i zalety. W drugiej części artykułu, w oparciu o najczęściej wykorzystywaną metodę free coolingu pośredniego w sprężarkowych agregatach chłodniczych, zaprezentowany zostanie sposób przeprowadzenia kalkulacji prostych symulacji kosztów oszczędności eksploatacyjnych.
Zobacz także
Flowair Oszczędności wynikające z zastosowania kompaktowych rooftopów Cube
W czasach, kiedy coraz większy nacisk kładziony jest na terminy realizacji inwestycji, poszukuje się rozwiązań maksymalnie upraszczających proces projektowania i wykonawstwa. Jednym z nich jest zastosowanie...
W czasach, kiedy coraz większy nacisk kładziony jest na terminy realizacji inwestycji, poszukuje się rozwiązań maksymalnie upraszczających proces projektowania i wykonawstwa. Jednym z nich jest zastosowanie rooftopów Cube firmy FLOWAIR.
VTS Polska Sp. z o.o. VOLCANO i WING z silnikami EC w standardzie - energooszczędna nagrzewnica i kurtyna powietrzna VTS wyznacza nowy rynkowy trend
Znaczący udział w poborze energii elektrycznej na świecie mają silniki stosowane w przemyśle. Wartości te są na tyle duże, że ich zmniejszeniem zainteresowani są nie tylko ponoszący koszty użytkownicy...
Znaczący udział w poborze energii elektrycznej na świecie mają silniki stosowane w przemyśle. Wartości te są na tyle duże, że ich zmniejszeniem zainteresowani są nie tylko ponoszący koszty użytkownicy silników, ale też parlamenty wielu krajów. Unia Europejska wydaje odpowiednie przepisy nakładające na producentów urządzeń elektrycznych obowiązek stosowania coraz bardziej sprawnych napędów. Firma VTS – podążając za swoją długotrwałą strategią, odpowiadając na potrzeby swoich wieloletnich klientów...
Rosenberg Polska sp. z o.o. CLEVER CONTROL. Inteligentne sterowanie
Wszystkie przeprowadzone badania i testy potwierdzają, że prawidłowo dobrane i zamontowane kurtyny powietrzne są wysoce skuteczne. Chronią cenną energię cieplną pozwalając zaoszczędzić nawet 80% energii...
Wszystkie przeprowadzone badania i testy potwierdzają, że prawidłowo dobrane i zamontowane kurtyny powietrzne są wysoce skuteczne. Chronią cenną energię cieplną pozwalając zaoszczędzić nawet 80% energii przy jednoczesnej ochronie klimatu wewnętrznego i zwiększeniu komfortu ludzi.
Free cooling – informacje wstępne
Free cooling polega na wykorzystaniu świeżego powietrza zewnętrznego do procesu schładzania powietrza wewnętrznego. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa od temperatury powietrza w pomieszczeniu. Z uwagi, że powietrze zewnętrzne występuje w naturze przez dłuższy okres czasu o niskiej temperaturze, wykorzystanie jego naturalnego chłodu do schłodzenia powietrza wewnętrznego jest praktycznie darmowe. Nie powinno ono zatem zostać pominięte szczególnie teraz, w dobie szeroko prowadzonych akcji związanych z certyfikacją energetyczną i przy sporządzaniu świadectw energetycznych budynków.
Patrząc pod kątem możliwości wykorzystania świeżego powietrza zewnętrznego do chłodzenia powietrza wewnętrznego, można rozróżnić dwa rodzaje realizacji procesu free coolingu w energochłonnych systemach klimatyzacyjnych.
Pierwszy rodzaj to wykorzystanie w sposób bezpośredni powietrza zewnętrznego do chłodzenia pomieszczeń klimatyzowanych. Rozwiązanie to jest wykorzystywane w modułowych centralach klimatyzacyjnych lub monoblokowych centralach klimatyzacyjnych przygotowujących powietrze pierwotne w systemach o dwuetapowym uzdatnianiu powietrza. W centralach składających się z poszczególnych modułów funkcja free coolingu jest realizowana za pośrednictwem komory mieszania, w której poprzez płynne sterowanie przepustnicami powietrza świeżego i recyrkulacyjnego zwiększa się udział powietrza zewnętrznego aż do 100-proc. udziału w powietrzu nawiewanym (w celu maksymalnego wykorzystania chłodu zawartego w powietrzu zewnętrznym).
Zwiększona ilość świeżego powietrza zewnętrznego jest utrzymywana na maksymalnym poziomie tylko przez określony czas występowania warunków sprzyjających do realizacji procesu free coolingu. W pozostałym czasie przepustnice są ustawiane na minimalny udział powietrza świeżego. Za określone udziały poszczególnych strumieni powietrza w powietrzu nawiewanym odpowiada sterownik mikroprocesorowy, który w oparciu o czujniki temperatury oraz specjalny algorytm sterowania („ekonomizer”) dokonuje optymalnego ustawienia kąta poszczególnych przepustnic.
W monoblokowych centralach klimatyzacyjnych przygotowujących powietrze pierwotne, z uwagi na pracę ze 100-proc. udziałem powietrza świeżego, funkcja free coolingu jest realizowana poprzez dezaktywację sprężarkowego układu chłodniczego przy niskich temperaturach powietrza zewnętrznego, pozwalających na uzyskanie żądanej temperatury nawiewu za centralą bez pracy sprężarkowego układu chłodniczego.Z uwagi na bezpośrednie schładzanie pomieszczeń świeżym powietrzem zewnętrznym możemy się posługiwać pojęciem „free coolingu bezpośredniego”. Oprócz wyżej wymienionych urządzeń „free cooling bezpośredni” wykorzystywany jest również w centralach klimatyzacyjnych typu rooftop, a także w szafach klimatyzacji precyzyjnej.
Drugi możliwy rodzaj wykorzystania chłodu zawartego w powietrzu zewnętrznym, tzw. free cooling pośredni, umożliwia schłodzenie powietrza wewnętrznego z wykorzystaniem medium pośredniczącego pozwalającego na wymianę ciepła pomiędzy powietrzem ochładzanym a świeżym powietrzem zewnętrznym. Ciecz pośrednicząca odbiera ciepło od schładzanego powietrza wewnętrznego, a następnie przekazuje je do świeżego powietrza zewnętrznego. Powietrze zewnętrze dokonuje zatem w sposób pośredni schłodzenia powietrza w pomieszczeniu.
Możliwości wykorzystania „pośredniego free coolingu” na potrzeby przygotowania wody ziębniczej o żądanej temperaturze
Systemy klimatyzacyjne wymagające przygotowania wody ziębniczej o określonej temperaturze z reguły wykorzystują sprężarkowe agregaty chłodnicze do jej schłodzenia. Wykorzystanie powietrza zewnętrznego o niskiej temperaturze w celu schłodzenia cieczy pośredniczącej bez ingerencji sprężarkowego układu chłodniczego przynosi wymierne korzyści finansowe związane z niższymi kosztami eksploatacji, a także podnosi wartość obiektu z uwagi na wyższą efektywność systemów w nim prosperujących. Ciecz pośredniczącą może stanowić woda zasilająca odbiorniki chłodu, takie jak klimakonwektory wentylatorowe, belki chłodnicze itp. Inne medium pośredniczące może stanowić czynnik chłodniczy (rozwiązanie firmy Carrier).
Z uwagi, że proces free coolingu jest realizowany tylko przy temperaturze powietrza zewnętrznego niższej od temperatury wody na powrocie z instalacji, realizacja free coolingu odbywa się często przy współudziale sprężarkowych agregatów chłodniczych. Mechanicznie rozwiązanie free coolingu jest w pewnym stopniu powiązane z pracą agregatu; z tego powodu możemy rozróżnić następujące warianty realizacji free coolingu pośredniego:
- rozwiązanie w postaci dodatkowego wymiennika free coolingu z trójdrogowym zaworem regulacyjnym jako opcjonalnym wyposażeniem dla monoblokowego agregatu chłodniczego,
- rozwiązanie w postaci wymiennika pośredniego, pompy glikolowej oraz dodatkowego wymiennika free cooling (współpracującego ze sprężarkowym agregatem wody ziębniczej),
- rozwiązanie bez dodatkowego wymiennika free coolingu, wykorzystujące typowy układ chłodniczy agregatu chłodniczego oraz pompę czynnika chłodniczego pracującą w okresie postoju sprężarki i w sprzyjających warunkach do realizacji procesu schładzania cieczy za pośrednictwem powietrza o niskiej temperaturze (rozwiązanie stosowane przez firmę Carrier),
- inne rozwiązania, np. wykorzystujące „free cooler”, czyli dry cooler, którego zadaniem jest schłodzenie cieczy w instalacji za pośrednictwem powietrza zewnętrznego o niskiej temperaturze. Dry cooler realizujący proces free coolingu może być wykorzystywany zarówno w rozwiązaniach, w których stosowane są monoblokowe agregaty chłodnicze ze skraplaczem chłodzonym cieczą, jak i monoblokowe agregaty ze skraplaczem chłodzonym powietrzem. W przypadku agregatów ze skraplaczem chłodzonym cieczą w okresach wysokich temperatur powietrza zewnętrznego „dry cooler” odprowadza ciepło ze skraplaczy podczas „produkcji mocy chłodniczej”, zaś w okresie niskich temperatur powietrza zewnętrznego „dry cooler” pełni funkcję „free coolera”, czyli urządzenia, które kosztem poboru mocy tylko silników wentylatorów pozwala na schłodzenie cieczy do żądanej temperatury.
W przypadku monoblokowych agregatów chłodniczych ze skraplaczem chłodzonym powietrzem dry cooler może pełnić funkcję urządzenia wstępnie schładzającego wodę do żądanej temperatury, zaś dalsze schłodzenie w miarę potrzeby może być realizowane na parowaczu agregatu chłodniczego.
Free cooling pośredni z wykorzystaniem zaworu trójdrogowego i dodatkowego wymiennika free coolingu
Ponieważ rozwiązanie to zostało szczegółowo opisane przez autora w publikacji [1], poniżej zostaną przedstawione jedynie podstawowe i zasadnicze informacje. Zasada działania tego rodzaju free coolingu polega na zastosowaniu dodatkowego wymiennika free coolingu zamontowanego przed skraplaczem i trójdrogowego zaworu regulacyjnego, który w zależności od temperatury wody w instalacji oraz temperatury powietrza zewnętrznego zmienia swoje położenie. Jeśli temperatura powietrza zewnętrznego jest wyższa od temperatury wody na powrocie z instalacji (okres letni), schłodzenie wody odbywa się dzięki pracy sprężarkowego układu chłodniczego.
W przypadku obniżenia się temperatury powietrza zewnętrznego o 1–2°C poniżej temperatury wody na powrocie z instalacji (okres przejściowy), schłodzenie wody odbywa się w pierwszej kolejności na wymienniku free coolingu, a dodatkowe schłodzenie wody, z uwagi na niewystarczającą temperaturę powietrza zewnętrznego konieczną do uzyskania maksymalnej wydajności chłodniczej wymiennika free coolingu, odbywa się z wykorzystaniem sprężarkowego układu chłodniczego. W okresie zimowym schłodzenie wody do zadanej temperatury odbywa się tylko z wykorzystaniem dodatkowego wymiennika free coolingu. Sprężarkowy układ chłodniczy pozostaje w tym czasie nieaktywny, korzyści wynikają zatem z bardzo niskich kosztów eksploatacji, gdyż uzyskuje się zadaną temperaturę wody kosztem tylko poboru mocy elektrycznej wentylatorów, które są diametralnie niższe od poboru mocy sprężarkowego układu chłodniczego.
Główna różnica pomiędzy pracą urządzenia w okresie letnim i przejściowym/zimowym wynika z pozycji położenia zaworu trójdrogowego (poz. 8 na rys. 1). Podczas okresu letniego zawór jest ułożony w pozycji, w której wymiennik free coolingu (3) pozostaje wyłączony; w okresie przejściowym/zimowym zaś jest on aktywny przy pracy urządzenia w trybie chłodzenia.
Rys. 1. Free cooling w sprężarkowym agregacie chłodniczym wyposażonym w trójdrogowy zawór regulacyjny oraz dodatkowy wymiennik free coolingu. 1 – powrót medium z instalacji; 2 – wylot schłodzonej wody na instalację; 3 – wymiennik „free cooling” (tylko dla wersji z funkcją „free cooling”); 4 – skraplacz; 5 – sprężarki; 6 – parowacz; 7 – pompy cyrkulacyjne; 8 – zawór trójdrogowy (tylko dla wersji z funkcją „freecooling”); 9 – wentylatory; 10 – armatura obiegu chłodniczego; 11 – powietrze zewnętrzne
Za okres zimowy uznaje się umownie taki okres, przy którym temperatura powietrza zewnętrznego jest wystarczająca do uzyskania 100% wydajności chłodniczej agregatu przez wymiennik free coolingu. Wymiennik free coolingu jest tradycyjnym wymiennikiem, który podlega prawom fizyki, zatem jego wydajność zależna jest od powierzchni wymiany ciepła, współczynników wymiany ciepła oraz temperatury cieczy i powietrza zewnętrznego uczestniczącego w wymianie. Można zauważyć, że producenci dobierają w taki sposób wymienniki free coolingu, aby przy temperaturze 30-proc. wodnego roztworu glikolu 15/10°C, wydajność wymienników free coolingu osiągała całkowitą wydajność chłodniczą agregatu przy temperaturze powietrza zewnętrznego równej ok. –3 do +3°C. Dla innych temperatur płynów uczestniczących w wymianie ciepła zależności te mogą ulec zmianie.
Należy zwrócić uwagę, że na rysunku 1 nieprzypadkowo zostały schematycznie umieszczone po dwa wymienniki skraplacza i free coolingu. W okresie przejściowym, kiedy temperatura powietrza zewnętrznego obniża się o 1–2°C poniżej temperatury cieczy na powrocie z instalacji, wentylatory sekcji skraplacza rozpoczynają pracę z maksymalną wydajnością. Powoduje to ingerencję w pracę sprężarkowego układu chłodniczego. Maksymalne obroty wentylatorów powodują przechłodzenie powierzchni skraplacza, co może powodować awaryjne wyłączenia pracy sprężarkowego układu chłodniczego pracującego w okresie przejściowym dochłodzenie cieczy ochładzanej do żądanej temperatury).
W celu uzyskania możliwości podniesienia temperatury skraplania producenci dokonują sekcjonowania powierzchni skraplacza. Podział ten może być nierównomierny, tak aby bardziej dopasować pracę układu chłodniczego do aktualnych warunków pracy systemu. Zmniejszenie pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika skraplacza powoduje wzrost temperatury skraplania sprężarkowego układu chłodniczego podczas niekorzystnych warunków pracy obydwu obiegów: sprężarkowego i free coolingu. Z tego względu na schemacie umieszczono dwa odseparowane od siebie skraplacze agregatu chłodniczego.
Do zalet systemu można zaliczyć niewątpliwie dostawę urządzenia z funkcją free coolingu na plac budowy jako kompletnego urządzenia monoblokowego. Nie ma konieczności montażu dodatkowych elementów mechanicznych i specjalnie opracowanej automatyki do sterowania. Do wad należy konieczność zastosowania wodnego roztworu glikolu jako cieczy przeciwzamarzającej, większe opory po stronie cieczy (dodatkowy wymiennik i zawór trójdrogowy) oraz powietrza (do pokonania oprócz oporów skraplacza dodatkowych oporów wymiennika free coolingu).
Free cooling pośredni z wykorzystaniem wymiennika pośredniczącego, pompy glikolowej i dodatkowego wymiennika free coolingu
Dodatkowy wymiennik pośredniczący wykorzystywany jako wymiennik w obiegu zamkniętym free coolingu to płytowy wymiennik ciepła zawierający zestaw pofałdowanych płyt metalowych z rowkami, przez które przepływają dwa strumienie cieczy i pomiędzy którymi zachodzi wymiana ciepła. Dodatkowym elementem jest pompa recyrkulacyjna, która wymusza przepływ wodnego roztworu glikolu w instalacji.
W przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań systemów free coolingu opartych na trójdrogowym zaworze regulacyjnym i dodatkowym wymienniku free coolingu (FCD – opisany powyżej) wodny roztwór glikolu nie przepływa przez zawór trójdrogowy, lecz tylko przez pompę recyrkulacyjną.
Powyższy warunek może być spełniony, gdy nie jest wymagane zastosowanie wodnego roztworu glikolu pomiędzy wymiennikiem pośredniczącym a instalacją jako zabezpieczenia przeciwzamarzaniowego.
Rys. 2. Free cooling w sprężarkowym agregacie chłodniczym wyposażony w pompę glikolową, dodatkowy wymiennik free coolingu oraz wymiennik pośredniczący. Praca w okresie letnim
Rys. 3. Free cooling w sprężarkowym agregacie chłodniczym wyposażony w pompę glikolową, dodatkowy wymiennik free coolingu oraz wymiennik pośredniczący. Praca w okresie przejściowym
Rys. 4. Free cooling w sprężarkowym agregacie chłodniczym wyposażony w pompę glikolową, dodatkowy wymiennik free coolingu oraz wymiennik pośredniczący. Praca w okresie zimowym
W tradycyjnych rozwiązaniach free coolingu spadek ciśnienia po stronie instalacji jest znaczny i wynosi ok. 70/80 kPa, z powodu dwurzędowego wymiennika ciepła i trójdrogowego zaworu regulacyjnego, oraz zmienia się w zależności od położenia trójdrogowego zaworu regulacyjnego. W niniejszym rozwiązaniu uzyskuje się stały spadek ciśnienia powstały tylko na wymienniku ciepła, który może zostać oszacowany na ok. 30–40 kPa.
Ponieważ rozwiązanie to dotychczas jeszcze nie zostało opisane w literaturze krajowej, poniżej zostanie przedstawiona logika pracy dla trzech typowych okresów pracy charakterystycznych dla instalacji pracujących z funkcją free coolingu.
1. Logika pracy dla okresu letniego
Schłodzenie cieczy jest zapewnione przez układ chłodniczy pracujący z załączonymi sprężarkami (C) jak w standardowym wykonaniu agregatu chłodniczego, pompa recyrkulacyjna (P) pozostaje wyłączona (OFF).
Jak można zaobserwować na rysunku, wymiennik free coolingu (Bh) pozostaje nieaktywny.
2. Logika pracy w okresie przejściowym (wiosennym/jesiennym)
Jeśli temperatura powietrza zewnętrznego (Ae) jest odpowiednia, pompa (P) zostaje załączona (ON):
a) w tym momencie zostaje wymuszony przepływ wodnego roztworu glikolu pomiędzy wymiennikiem pośrednim (Si) i wymiennikiem free coolingu. Wymiennik pośredni konsekwentnie odbiera ciepło z parowacza (Ev);
b) wentylatory (Fa) zostają załączone z maksymalną prędkością obrotową, aby uzyskać maksymalne schłodzenie cieczy kosztem powietrza zewnętrznego;
c) rozwiązanie to powoduje wstępne schłodzenie, które jest możliwe dzięki funkcji free coolingu;
d) jeśli to niezbędne, tj. gdy „chłód” pozyskany dzięki wymiennikowi free coolingu jest niewystarczający do osiągnięcia zadanej temperatury cieczy, pozostałe dochłodzenie cieczy jest realizowane za pośrednictwem układu chłodniczego.
3. Logika pracy w okresie zimowym
Pompa (P) pozostaje załączona (ON), jak w poprzednim przypadku:
a) wymiennik free coolingu (Bh) pozwala na wykorzystanie pełnych możliwości z uwagi na bardzo niskie temperatury powietrza zewnętrznego; cała wydajność ziębienia jest zapewniona przez free cooling;
b) mikroprocesor sterujący powoduje wyłączenie wszystkich sprężarek (C);
c) jeśli temperatura na wylocie z wymiennika free coolingu obniża się (Bh) poniżej wartości zadanej, mikroprocesor zmienia prędkość obrotową wentylatorów (Fa), wyłączając je całkowicie, jeśli istnieje taka potrzeba. Kiedy wentylatory pozostają wyłączone i temperatura cieczy w dalszym ciągu (Wo) obniża się, pompy recyrkulacyjne zostają wyłączone (OFF) jak dla okresu letniego, pozwalając na utrzymanie wartości zadanej na określonym poziomie.
Zaletą tego rozwiązania free coolingu jest, podobnie jak uprzednio, dostawa urządzenia na plac budowy jako urządzenia ze wbudowanym free coolingiem (monoblok), a także małe opory po stronie cieczy. Do wad należą stosunkowo wyższe od pierwszej z wymienionych metod free coolingu koszty inwestycyjne, powiększone opory po stronie powietrza i konieczność zastosowania wodnych roztworów glikoli jako cieczy przeciwzamarzającej.
Free cooling pośredni z wykorzystaniem freonu jako cieczy pośredniczącej
Opisane powyżej rozwiązania z dodatkowym wymiennikiem free coolingu są stosowane przez większość producentów urządzeń chłodniczych z wyjątkiem firmy Carrier. Rozwiązanie tej firmy polega na wykorzystaniu zjawiska „termosyfonu”. Konstruktorzy firmy zauważyli bowiem, że w okresach występowania niskich temperatur powietrza zewnętrznego czynnik chłodniczy wypełniający instalację freonową posiada tendencję do samoistnej migracji w kierunku najzimniejszych punktów układu chłodniczego. Zjawisko to było również powodem występowania awarii podczas pracy niektórych agregatów chłodniczych.
Postanowiono ten fakt wykorzystać do stworzenia innowacyjnego rozwiązania w postaci funkcji free coolingu bez wykorzystania dodatkowego wymiennika. Polega ono na zastosowaniu dodatkowej pompy czynnika chłodniczego w standardowym obiegu chłodniczym. Przy pracy w trybie free coolingu sprężarki układu chłodniczego pozostają wyłączone, włączana jest zaś pompa czynnika chłodniczego. Ciepło pobierane jest od wody ziębniczej i przekazywane do czynnika chłodniczego, który z kolei przekazuje ciepło w skraplaczu do atmosfery. Obieg czynnika pomiędzy parowaczem a skraplaczem odbywa się właśnie z użyciem pompy czynnika chłodniczego, która wymusza obieg czynnika chłodniczego w obiegu. Oczywiście każde rozwiązanie cechuje się pewnymi zaletami, jak i wadami.
Z całą pewnością zaletą koncepcji Carriera jest mniejsza waga i wymiary agregatu chłodniczego z funkcją free coolingu w odniesieniu do typowych rozwiązań z dodatkowym wymiennikiem wodnym. Dodatkową cechą są również mniejsze opory po stronie powietrza i cieczy z uwagi na brak dodatkowego wymiennika free cooling i zaworu trójdrogowego. Minusem jest fakt, że takie urządzenie nie może jednocześnie pracować w trybie chłodzenia i free coolingu w okresach przejściowych. Obieg chłodniczy może wówczas pracować albo w trybie chłodzenia, albo w trybie free coolingu. O ile w tradycyjnych układach już przy spadku temperatury powietrza zewnętrznego poniżej 1°C temperatury wody powracającej z instalacji można już wykorzystywać „chłód” zawarty w powietrzu zewnętrznym, o tyle w przypadku rozwiązania firmy Carrier możliwe jest załączenie urządzenia w tryb free coolingu, gdy temperatura powietrza zewnętrznego okaże się na tyle niska, że korzyści wynikające z pracy w trybie free coolingu okażą się wystarczające dla potrzeb systemu klimatyzacyjnego.
Sumarycznie powoduje to, że zmniejszamy wtedy korzyści wynikające z pracy w trybie free coolingu, bo krótsze są czasy występowania temperatur powietrza zewnętrznego, przy których można zastosować funkcję free cooling. Dodatkowo zastosowanie czynnika chłodniczego jako medium pośredniczącego wiąże się z wymaganiem niższych temperatur powietrza zewnętrznego, przy których możliwa jest praca w trybie free coolingu. W rezultacie zalecane jest dokonanie analizy opłacalności zastosowania tego rozwiązania free coolingu w sprężarkowym agregacie chłodniczym. Jednoczesna praca free colingu i układu chłodniczego byłaby możliwa przy zastosowaniu dwóch niezależnych obiegów chłodniczych, przy których jeden pracuje jako free cooling, a drugi realizuje pracę typowego układu chłodniczego.
Free cooling pośredni z wykorzystaniem suchych chłodnic cieczy – dry coolerów
Wykorzystanie suchych chłodnic cieczy umożliwia realizację procesu free coolingu zarówno dla monoblokowych agregatów ze skraplaczem chłodzonych cieczą, jak i monoblokowych agregatów chłodzonych powietrzem. W tym pierwszym rozwiązaniu możliwe jest wykorzystanie dry coolera, który generalnie stanowi jeden z zasadniczych elementów źródła chłodu, na dwa sposoby: po pierwsze, jako urządzenia rozpraszającego ciepło odebrane ze skraplacza agregatu chłodniczego, po drugie, w okresach umożliwiających wykorzystanie go jako free coolera – jako elementu systemu free coolingu.
Wykorzystanie dry coolera w monoblokowych agregatach chłodzonych powietrzem umożliwia realizację procesu free coolingu w obiektach, w których zamontowane są tego typu agregaty chłodnicze i z jakichś względów system free coolingu nie został wdrożony. Free cooler umożliwia zatem modyfikację obiektów starszych, a także nowszych, w których modernizacja systemu pod kątem rozwiązań z chłodzeniem naturalnym (większe koszty) może się odbyć w dowolnym późniejszym etapie.
Można zaznaczyć, że rozwiązanie free coolingu z dry coolerem w sprężarkowych agregatach chłodniczych ze skraplaczem chłodzonym cieczą może zostać zrealizowane na dwa sposoby. Układ hydrauliczny może się przełączać na proces free coolingu, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest na tyle niska, że uzyskiwane wydajności wymiennika free coolera pozwolą na uzyskanie 100% wymaganej wydajności chłodniczej. Przy takim rozwiązaniu podczas okresu przejściowego system chłodzenia oparty jest tylko na pracy sprężarkowego agregatu chłodniczego. Jest to jeden z wariantów; drugi system umożliwia z kolei pracę agregatu również podczas okresu przejściowego. Odbywa się to jednak kosztem dodatkowych modyfikacji systemu (zastosowanie dodatkowych pomp, rozbudowanego układu automatyki itp.). Układ taki powinien być stosowany raczej w obiektach, w których wykorzystywane są agregaty chłodnicze ze skraplaczem chłodzonym cieczą. W innych wypadkach, gdy inwestor stoi przed koniecznością rozważenia zarówno typu agregatu chłodniczego, jak i systemu free coolingu, warto zastanowić się, czy monoblokowe gotowe rozwiązanie, np. ze skraplaczem chłodzonym powietrzem i ze wbudowanym układem free coolingu, nie okaże się lepszym, bo zdecydowanie prostszym rozwiązaniem.
Innym zagadnieniem jest weryfikacja, jakiej temperaturze powietrza zewnętrznego towarzyszą uzyskiwane 100-proc. wydajności wymienników free coolera (wersje free coolingu z dry coolerem współpracującym z agregatem ze skraplaczem chłodzonym cieczą) i ewentualnego dodatkowego wymiennika free coolingu (np. wersje z trójdrogowym zaworem regulacyjnym). Jeśli dry cooler współpracuje z agregatem chłodzonym cieczą i został zaprojektowany tylko w tym celu, późniejsze wykorzystanie go jako elementu systemu free coolingu wymaga weryfikacji jego wydajności chłodniczej dla warunków pracy free coolingu. Często temperatury powietrza zewnętrznego, przy których uzyskiwane są pełne wydajności schładzania (FC = 100%) na dry coolerze przystosowanym do pracy z agregatem chłodniczym, są na tyle niskie, że istnieje konieczność weryfikacji opłacalności zastosowania systemu free coolingu.
Zalety rozwiązania: prostota (wersje do pracy z free coolingiem tylko w okresie zimowym), możliwość wykorzystania przy niewielkim koszcie dry coolera w agregatach chłodniczych ze skraplaczem chłodzonym cieczą jako free coolera. Do wad można zaliczyć: konieczność stosowania glikoli jako cieczy przeciwzamarzaniowej, konieczność rozbudowy instalacji hydraulicznej i układu automatyki dla wersji przystosowanej do pracy podczas okresu przejściowego, możliwość pracy free coolingu tylko w okresie zimowym (przy niskich temperaturach zewnętrznych) i brak pracy w okresie przejściowym (dotyczy to prostych rozwiązań nieprzystosowanych do jednoczesnego wykorzystania dry coolera jako elementu rozpraszającego ciepło do atmosfery i free coolera).
Literatura
- Adamski B., Free cooling w sprężarkowych agregatach chłodniczych, „Rynek Instalacyjny” nr 7-8/2008.
- Wojtas K., Zastosowanie chłodzenia naturalnego w systemach klimatyzacji budynków, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2009.
- www.mi.gov.pl.4. Materiały szkoleniowe CLIVET, KLIWEKO i innych firm.