Swobodne chłodzenie
Swobodne chłodzenie to ekonomiczna metoda wykorzystania niskich temperatur powietrza zewnętrznego do wspomagania schładzania wody, która może być następnie wykorzystana w procesach przemysłowych lub systemach klimatyzacji . Schłodzoną wodę można wykorzystać natychmiast lub przechowywać krótko lub długoterminowo. Gdy temperatury na zewnątrz są niższe w stosunku do temperatur w pomieszczeniach, system ten wykorzystuje chłodne powietrze zewnętrzne jako źródło darmowego chłodzenia. W ten sposób system zastępuje agregat chłodniczy w tradycyjnych systemach klimatyzacji, osiągając ten sam efekt chłodzenia. Takie systemy mogą być wykonane dla pojedynczych budynków lub chłodniczych .
Operacja
Aby zapoznać się z wersją napędzaną przez człowieka, zobacz yakhchal .
Kiedy temperatura powietrza otoczenia spada do ustawionej temperatury, zawór modulujący pozwala całości lub części schłodzonej wody ominąć istniejący agregat chłodniczy i przepłynąć przez system chłodzenia swobodnego, który zużywa mniej energii i wykorzystuje niższą temperaturę powietrza otoczenia do chłodzenia woda w systemie.
Można to osiągnąć, instalując chłodnicę powietrza z dowolnym istniejącym agregatem chłodniczym lub samodzielnie. Podczas niskich temperatur otoczenia instalacja może ominąć istniejący agregat chłodniczy, zapewniając oszczędność energii do 75%, bez uszczerbku dla wymagań dotyczących chłodzenia.
W przypadku ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji ( HVAC ) w miesiącach zimowych wnętrza dużych budynków komercyjnych mogą wymagać chłodzenia, nawet jeśli pomieszczenia na obwodzie mogą wymagać ogrzewania. Swobodne chłodzenie to produkcja wody lodowej bez użycia agregatu chłodniczego i może być stosowane na ogół późną jesienią, zimą i wczesną wiosną, w strefach umiarkowanych . Swobodne chłodzenie nie jest całkowicie darmowe, ponieważ agregat chłodniczy nadal działa.
Metody
Zakładając, że system może wykorzystywać chłodzenie swobodne, istnieją trzy sposoby wykorzystania chłodzenia swobodnego:
Cykl filtra
wieży chłodniczej można bezpośrednio podłączyć do przepływu przez obieg wody lodowej . Jeśli wieża chłodnicza jest otwarta, wymagany jest filtr siatkowy w celu wyeliminowania wszelkich zanieczyszczeń, które mogą gromadzić się w wieży. Oszczędności związane są z ograniczonym wykorzystaniem agregatu wody lodowej . Przy użyciu tej metody istnieje zwiększone ryzyko korozji.
Płytowy i ramowy wymiennik ciepła
Wymiennik ciepła będzie przenosił ciepło bezpośrednio z obiegu wody lodowej do obiegu wieży chłodniczej. Wymiennik utrzymuje wodę w wieży chłodniczej oddzielnie od chłodziwa przepływającego przez wężownice chłodzące. W ten sposób woda chłodnicza jest wstępnie schładzana, a budynek chłodzony cieczą . Oszczędność energii wynika ze zmniejszonego obciążenia agregatu chłodniczego, a tym samym zmniejszenia zużycia energii. Występuje wzrost kosztów ze względu na konieczność kompensacji przez pompę różnic ciśnień.
Migracja chłodnicza
Układ zaworów w agregacie wody lodowej otwiera bezpośrednią ścieżkę między skraplaczem a parownikiem . Stosunkowo ciepły płyn w obiegu agregatu odparowuje czynnik chłodniczy, a energia jest przenoszona bezpośrednio do skraplacza, gdzie jest schładzana i skraplana przez wodę z wieży chłodniczej. Ta metoda opiera się na założeniu, że czynnik chłodniczy ma tendencję do przemieszczania się w kierunku najzimniejszego punktu w obwodzie chłodniczym. Oszczędności związane z tą metodą wynikają z bezczynności sprężarki, ponieważ dmuchawa, wentylatory i pompy działają.
pory roku
Wysoka temperatura otoczenia
Gdy temperatura powracającej wody procesowej jest równa lub niższa od temperatury powietrza otoczenia, swobodne chłodzenie nie jest odpowiednie. Zawór trójdrożny systemu ominie wymiennik ciepła free-coolingu i skieruje przepływ płynu przez agregaty chłodnicze do wymaganej temperatury zadanej.
Eksploatacja w środku sezonu
Podczas pracy w środku sezonu woda jest częściowo chłodzona przez sprężarkę, a częściowo przez temperaturę otoczenia. Procent darmowego chłodzenia osiągniętego w połowie sezonu zależy od sezonowych temperatur, chociaż częściowe darmowe chłodzenie rozpoczyna się, gdy temperatura powietrza otoczenia jest o 1°C niższa od temperatury wody powracającej do procesu. Woda jest częściowo schładzana przez free-cooler, a następnie przepływa przez chillery, aby osiągnąć wymaganą temperaturę zadaną.
Operacja zimowa
Zimą, gdy temperatury na zewnątrz są wystarczająco niskie, woda jest schładzana wyłącznie przez wężownicę free-coolingu. Pozwala to na zatrzymanie pracy sprężarek agregatów chłodniczych, co pozwala zaoszczędzić znaczne ilości energii. Jedyna energia elektryczna wykorzystywana w trybie zimowym jest wykorzystywana do pracy wentylatora. Można to osiągnąć, gdy temperatura powietrza otoczenia jest o 3°C do 5°C niższa od temperatury wody zasilającej proces.
Ograniczenia
Zamarzanie może wystąpić, gdy temperatura powietrza otoczenia spadnie poniżej 0°C . Kolejnym ograniczeniem jest różnica temperatur na wymienniku ciepła. Wymiennik ciepła, który ma bardzo małą różnicę temperatur w poprzek, może stać się ekonomicznie nierealny. Ekonomika wymiennika ciepła pozwala na uzyskanie minimalnej temperatury wody chłodzącej swobodnej na poziomie około 5°C .
Centra danych i serwerownie
Efektywności energetycznej
Centra danych odpowiadają za 2% światowego zużycia energii elektrycznej. [ potrzebne źródło ]
Wielka Brytania : W 2013 r. kanclerz George Osborne zgodził się na zwolnienie centrów danych ze zobowiązania do redukcji emisji dwutlenku węgla (CRC) i umożliwienie im sporządzenia własnego porozumienia w sprawie zmian klimatu (CCA). Zostało to również uznane przez nową Komisję Europejską za ograniczenie emisji gazów cieplarnianych w UE o 40% do 2030 r. Chłodzenie centrów danych lub serwerowni wymaga dużo energii, dlatego darmowe chłodzenie może być idealnym rozwiązaniem oszczędzania energii.
typy
Istnieją dwie opcje chłodzenia swobodnego dla centrum danych lub serwerowni, z których pierwsza to integralna wężownica z chłodzeniem swobodnym lub agregat chłodniczy współpracujący z jednostką chłodzenia swobodnego. Zintegrowane agregaty chłodnicze są idealne do obiektów o ograniczonej przestrzeni i mogą oferować wysoki poziom efektywności energetycznej . Jednostki te są wyposażone w wysokiej jakości komponenty, w tym sprężarki spiralne i śrubowe, wentylatory osiowe i trójdrożne zawory modulujące. [ potrzebne źródło ]
Inną opcją jest niezależna chłodnica free-cooler, która ma większą zdolność wymiany ciepła, ponieważ jest zwymiarowana tak, aby zmaksymalizować wydajność, co umożliwia większy obszar transferu energii cieplnej. Niezależne free-coolery wykazały oszczędność energii do 70%. [ potrzebne źródło ]