Free cooling: kiedy naprawdę się opłaca w polskim klimacie

Na czym polega free cooling

Free cooling, czyli chłodzenie swobodne, to odbieranie ciepła z obiegu wody lodowej bezpośrednio przez powietrze zewnętrzne, z pominięciem obiegu chłodniczego. Pracują wtedy tylko pompy i wentylatory, a sprężarka, największy odbiornik energii w agregacie, stoi. Zużycie energii w tym trybie jest ułamkiem zużycia przy pracy sprężarkowej.

Trzy realizacje układu

• Free cooling zintegrowany z agregatem, dodatkowa sekcja wymiennika powietrznego w tym samym urządzeniu, sterowana jego automatyką.
• Sucha chłodnica (dry cooler) w obiegu równoległym, osobne urządzenie z zaworem przełączającym, częsty wariant przy modernizacji istniejącej instalacji.
• Free cooling na wieży chłodniczej w układzie z agregatem wodnym, wymiennik pośredni między obiegiem wieży a obiegiem wody lodowej.

Kiedy układ może wejść w tryb free cooling

Free cooling wymaga wystarczającej różnicy temperatur między obiegiem a otoczeniem. Próg pracy częściowej i pełnej oblicza się z charakterystyki wymiennika, przepływu i aktualnego obciążenia. Nie ma jednej temperatury przełączenia wspólnej dla wszystkich urządzeń.

Kiedy inwestycja ma sens, a kiedy nie

Warunki sprzyjające

• Instalacja pracuje cały rok, najlepiej w ruchu ciągłym lub na kilka zmian.
• Proces dopuszcza wyższą temperaturę zasilania (zwykle powyżej 10 °C).
• Zapotrzebowanie chłodnicze jest w miarę stabilne również zimą.
• Jest miejsce na wymiennik powietrzny i dostęp do swobodnego przepływu powietrza.
• Planowana jest i tak wymiana agregatu, wtedy dopłata do wersji z free coolingiem jest niewielka względem całości.

Warunki niesprzyjające

• Instalacja pracuje głównie latem (klimatyzacja obiektów sezonowych).
• Proces wymaga wody o temperaturze poniżej 8 °C bez możliwości podniesienia nastawy.
• Zakład pracuje jedną zmianę w dzień, czyli w najcieplejszych godzinach doby.
• Brak miejsca na urządzenie zewnętrzne lub bardzo trudny dostęp instalacyjny.

Jak policzyć zwrot: metoda, nie gotowa liczba

Uczciwe wyliczenie wymaga danych z konkretnej instalacji. Nie da się podać jednej liczby ważnej dla wszystkich, dlatego poniżej jest metoda, a nie obietnica.

1. 1Ustal rzeczywisty profil zapotrzebowania chłodniczego w rozbiciu na miesiące [kW i godziny pracy].
2. 2Zestaw go z rozkładem temperatur zewnętrznych dla lokalizacji zakładu (dane meteorologiczne dla najbliższej stacji).
3. 3Wyznacz liczbę godzin w roku, w których temperatura pozwala na pracę pełną i częściową w trybie swobodnym.
4. 4Policz energię, której nie zużyje sprężarka w tych godzinach, i odejmij energię pobraną przez wentylatory i pompy w trybie free cooling.
5. 5Pomnóż różnicę przez rzeczywistą stawkę za energię z faktury, nie przez cenę cennikową.
6. 6Zestaw z nakładem: dopłatą do urządzenia lub kosztem dry coolera z przebudową hydrauliki i automatyki.

Najczęstsze błędy przy wdrażaniu free coolingu

• Zbyt wąska strefa przełączania w automatyce, układ przeskakuje między trybami zamiast pracować stabilnie w trybie mieszanym.
• Brak trybu pracy częściowej, free cooling załącza się dopiero przy pełnym pokryciu, przez co można ograniczyć wykorzystanie tego trybu.
• Pominięcie zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego, obieg zewnętrzny musi mieć glikol o właściwym stężeniu albo pewny układ opróżniania.
• Zaniedbanie czyszczenia wymiennika powietrznego, zabrudzone lamele obniżają wydajność trybu swobodnego szybciej niż wydajność skraplacza.
• Brak pomiaru efektu po wdrożeniu, bez licznika energii nie da się stwierdzić, czy inwestycja pracuje zgodnie z założeniem.