Zakłady produkcyjne często potrzebują chłodu przez cały rok, także jesienią i zimą. W takich warunkach niska temperatura powietrza zewnętrznego może przejąć część zadania realizowanego przez agregat chłodniczy. Free-cooling ogranicza wtedy czas pracy sprężarek, lecz jego wynik zależy od temperatur procesu, profilu obciążenia oraz konstrukcji układu.
Na czym polega free-cooling?
Free-cooling odprowadza ciepło z obiegu wody lub roztworu glikolu bez pełnego uruchamiania obiegu sprężarkowego. Ciecz trafia do suchej chłodnicy albo do wymiennika połączonego z obiegiem zewnętrznym. Wentylatory wymuszają przepływ chłodnego powietrza przez wymiennik, a pompy utrzymują cyrkulację medium.
Sterownik może prowadzić instalację w trzech trybach:
- chłodzenie mechaniczne, gdy temperatura zewnętrzna jest zbyt wysoka,
- free-cooling częściowy, gdy powietrze odbiera część ciepła, a sprężarki uzupełniają brakującą moc,
- free-cooling pełny, gdy wymiennik pokrywa całe zapotrzebowanie i sprężarki pozostają wyłączone.
Układ nadal pobiera energię do zasilania pomp, wentylatorów i automatyki. Zużywa jej jednak znacznie mniej niż podczas sprężania czynnika chłodniczego.
Różnica temperatur decyduje o uruchomieniu trybu swobodnego
Free-cooling zaczyna działać, gdy temperatura powietrza spada poniżej temperatury cieczy powracającej z procesu o wartość wystarczającą do wymiany ciepła. Nie wystarczy więc, że na zewnątrz panuje chłód. Układ potrzebuje zapasu temperatury, który uwzględnia sprawność wymiennika, przepływ medium i aktualne obciążenie.
Im wyższej temperatury wody lodowej wymaga proces, tym dłużej system może korzystać z warunków zewnętrznych. Obieg pracujący na parametrach 15/20°C uzyska więcej godzin free-coolingu niż instalacja, która musi stale dostarczać medium o temperaturze 6°C. Z tego powodu największy potencjał mają procesy wymagające chłodzenia przez cały rok, lecz niewymagające bardzo niskiej temperatury zasilania.
W dobrze zaprojektowanym chłodnictwie przemysłowym tryb swobodny współpracuje z agregatem, zamiast konkurować z nim. Automatyka płynnie zwiększa udział chłodnicy zewnętrznej wraz ze spadkiem temperatury i ogranicza moc sprężarek bez naruszania parametrów procesu.
Kiedy oszczędność będzie największa?
Na wynik wpływają przede wszystkim:
- liczba godzin z temperaturą zewnętrzną niższą od temperatury powrotu medium,
- całoroczne i możliwie stabilne zapotrzebowanie na chłód,
- temperatura zasilania dopuszczalna dla maszyn lub procesu,
- różnica temperatur między zasilaniem a powrotem,
- moc pomp i wentylatorów w stosunku do uzyskanej mocy chłodniczej,
- czystość wymienników oraz prawidłowy przepływ cieczy.
Duże korzyści mogą osiągnąć zakłady przetwórstwa tworzyw, centra logistyczne, chłodnie, serwerownie i procesy produkcyjne, które oddają ciepło również zimą. Mniejszy efekt pojawi się tam, gdzie chłód jest potrzebny głównie latem albo instalacja wymaga bardzo niskiej temperatury medium.
Dobór układu wymaga danych z całego roku
Ocena opłacalności nie powinna opierać się na jednej temperaturze obliczeniowej. Projektant analizuje rozkład temperatur zewnętrznych, godzinowe obciążenie, parametry wody lub glikolu, straty ciśnienia i pobór energii przez urządzenia pomocnicze. Sprawdza też, czy lepiej zastosować osobny dry cooler z wymiennikiem płytowym, czy agregat z wbudowanym modułem free-coolingu.
Sterowanie musi chronić proces przed wahaniami temperatury, zamarzaniem medium i zbyt częstym przełączaniem trybów. Liczą się także dostęp do czyszczenia, miejsce montażu, hałas wentylatorów oraz możliwość rozbudowy instalacji.
Free-cooling jako część projektu energetycznego zakładu
Free-cooling najlepiej ogranicza pracę sprężarek w zakładach z całorocznym odbiorem chłodu, umiarkowaną temperaturą zasilania i odpowiednio dużą różnicą między medium a powietrzem zewnętrznym. Trafny dobór wymienników, automatyki i punktów przełączenia pozwala wykorzystać chłodne miesiące bez utraty stabilności produkcji. Jeśli szukasz instalacji łączącej free-cooling z chłodem technologicznym i zarządzaniem energią, zapoznaj się z ofertą ENRECO. Firma projektuje układy na podstawie bilansu chłodniczego i warunków pracy konkretnego zakładu.
