Bardzo często spotykamy się z sytuacją, gdy bez względu na porę roku musimy produkować schłodzoną wodę wykorzystywaną w niektórych procesach technologicznych, lub do zapewnienia odpowiednich warunków termicznych w centrach komputerowych, telefonicznych itp. Normalnie do tego celu wykorzystywane są agregaty chłodnicze, efektywne ale nieekonomiczne. W celu obniżenia kosztów eksploatacji, w agregatach chłodniczych ze skraplaczami chłodzonymi powietrzem, instaluje się system o nazwie Free Cooling, co w wolnym tłumaczeniu oznacza „darmowe chłodzenie”.

Free Cooling jest systemem pozwalającym na wytwarzanie schłodzonej wody bez angażowania sprężarek chłodniczych, a wykorzystującym tylko niską temperaturę powietrza zewnętrznego w chłodnych porach roku.
Standardowy agregat chłodniczy produkuje wodę o temperaturze 7°C, która jest następnie wykorzystywana do chłodzenia w różnych systemach, takich jak klimatyzacja, drukarki, komputery itp. Następnie wraca do agregatu chłodniczego podgrzana do temperatury ok. 12°C, co wymusza pracę sprężarek chłodniczych. Taka sytuacja ma miejsce nawet wtedy, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa niż 12°C. Dlaczego więc nie skorzystać z darmowego źródła energii do schładzania, lub wstępnego schładzania wody w powietrznym wymienniku ciepła (free cooling), a dopiero jeśli zajdzie taka potrzeba, wykorzystać pracę sprężarek do uzyskania żądanej temperatury wody tj. 7°C.


Firma Montair produkuje kilka rodzajów agregatów chłodniczych ze skraplaczami chłodzonymi powietrzem, przewidzianych do różnych zastosowań i w różnej konfiguracji, w których można stosować system Free Cooling. Pomysł realizowany jest w ten sposób, że w standardowym agregacie chłodniczym montowany jest dodatkowy płaszcz chłodnicy powietrznej i zawór trójdrogowy, a cały układ sterowany jest mikroprocesorem.
W zależności od temperatury zewnętrznej i temperatur wody wchodzącej i wychodzącej z chłodnicy wodnej agregatu, monitorowanych przez czujniki temperatury sterownika, realizowana jest w pełni automatyczna praca samych sprężarek chłodniczych, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest wysoka. Jeśli temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej temperatury wody wracającej do agregatu chłodniczego (+12°C), sterownik otwiera zawór trójdrogowy i woda jest wstępnie schładzana w chłodnicy powietrznej, a następnie dochładzana przez sprężarki chłodnicze do temperatury 7°C. Przy temperaturach powietrza zewnętrznego +5°C i niższych, układ sterowniczy agregatu chłodniczego wykorzystuje do schładzania wody tylko wymiennik powietrzny „free coolingu”, a sprężarki chłodnicze pozostają wyłączone.
Poniżej przedstawiono przykłady działania systemu Free Cooling zamontowanego w agregacie chłodniczym w zależności od pory roku tj. w okresie letnim, przejściowym i w zimie.
W celu określenia wydajności chłodniczej Free Coolingu i oszacowania zysków ekonomicznych z zastosowania tego systemu, Montair wprowadził standard opierający się na różnicy temperatur wynoszącej 11°C.


Jeśli temperatura powietrza zewnętrznego będzie niższa od temperatury wody wracającej z instalacji do agregatu o 11°C, to chłodnicza wydajność systemu Free Cooling jest równa nominalnej wydajności chłodniczej sprężarek zainstalowanych w agregacie. Na podstawie prostego wykresu można wyliczyć, jaką wydajnością chłodniczą dysponuje system przy innych różnicach temperatur, np. tak jak zaznaczono na wykresie, przy różnicy temperatury wynoszącej 6°C, wydajność systemu Free Cooling wynosi 50% nominalnej wydajności chłodniczej agregatu w okresie letnim.
Biorąc pod uwagę, że w okresie zimowym mamy mniejsze zyski ciepła, możemy podnieść temperaturę wody powracającej z instalacji i uzyskać wystarczającą wydajność chłodniczą urządzenia już w temperaturach dodatnich nie korzystając w ogóle z pracy sprężarek chłodniczych, co bardzo poważnie ogranicza koszty eksploatacji.
Montair w latach 1994 – 1997 przeprowadził kompleksowe badania, przyjmując do analizy 100 kW agregat chłodniczy, pracujący 24 godziny na dobę i produkujący wodę o parametrach 12 – 7°C przez jeden rok.
W ciągu roku wykorzystując do schładzania wody system Free Cooling zamiast pracy tradycyjnych sprężarek zaoszczędzono 278 515 kWh.
Przyjmując C.O.P. (współczynnik wydajności chłodniczej tj. ilości energii produkowanej do zużywanej) o wartości 2,9, zaoszczędzono 96 040 kWh energii elektrycznej, co przy koszcie 0,119 Euro za jedną kWh we Włoszech, daje oszczędność w skali roku w wysokości 11 419 Euro.
Badania oparto na danych temperaturowych Instytutu Meteorologicznego Brera w Mediolanie, zapisywanych co godzinę, przez 365 dni w roku.
Opierając się na tej samej metodzie obliczeń, z danych temperaturowych uzyskanych dla Warszawy wynika, że zaoszczędzono 174 975 kWh energii elektrycznej, co przy średnim koszcie 0,3 PLN za jedną kWh daje oszczędność w skali roku w wysokości 52 492 PLN.
Analizy ekonomiczne przeprowadzone dla konkretnych urządzeń zainstalowanych w południowej części Finlandii wykazały, że zwiększone koszty zakupu związane z zastosowaniem systemu Free Cooling zwracają się już po jednym sezonie, a to oznacza duże oszczędności w zużyciu energii elektrycznej, a więc obniżenie kosztów eksploatacji, jak też przedłużenie żywotności sprężarek także w naszym klimacie.
Po dostarczeniu do fabryki średnich danych temperaturowych z miejsca, gdzie ma być zamontowany agregat chłodniczy, można uzyskać informację o przewidywanych oszczędnościach płynących z eksploatacji agregatu chłodniczego z wykorzystaniem systemu Free Cooling.

Komentarze

  • analiza ekonomiczna

    Skoro podobna instalacja zwraca się po jednym roku uzytkowania, rozumiem ze kosztuje troche ponad pięćdziesiąt tysięcy (wg wyliczonej oszczędności). Wydaje się to być mało prawdopodobne. Sam wymiennik ciepła oraz automatyka wraz z montażem to wyższy koszt.