Свободное охлаждение — это экономичный метод использования низких температур наружного воздуха для охлаждения воды, которая затем может использоваться для промышленных процессов или систем кондиционирования воздуха . Охлажденную воду можно использовать немедленно или хранить в течение краткосрочного или долгосрочного периода. Когда наружная температура ниже температуры в помещении, эта система использует прохладный наружный воздух в качестве источника свободного охлаждения. Таким образом, система заменяет чиллер в традиционных системах кондиционирования воздуха, достигая при этом того же результата охлаждения. Такие системы могут быть созданы для отдельных зданий или сетей централизованного охлаждения .
Для версии с человеческим приводом см. yakhchal .
Когда температура окружающего воздуха падает до заданной температуры, регулирующий клапан позволяет всей охлажденной воде или ее части обходить существующий охладитель и проходить через систему естественного охлаждения, которая потребляет меньше электроэнергии и использует более низкую температуру окружающего воздуха для охлаждения воды в системе.
Это может быть достигнуто путем установки воздушного охладителя с любым существующим охладителем или отдельно. При низких температурах окружающей среды установка может обойти существующий охладитель, что обеспечивает экономию энергии до 75%, не снижая требований к охлаждению. [1]
При отоплении, вентиляции и кондиционировании воздуха ( HVAC ) в зимние месяцы внутренние помещения больших коммерческих зданий могут нуждаться в охлаждении, даже если периметральные пространства могут нуждаться в отоплении. [2] Свободное охлаждение — это производство охлажденной воды без использования чиллера , и может использоваться, как правило, поздней осенью, зимой и ранней весной в умеренных зонах . [3] Свободное охлаждение не является полностью бесплатным, поскольку чиллер все еще работает.
Если предположить, что система может использовать естественное охлаждение, то существует три способа его использования:
Вода из градирни может быть напрямую связана с потоком через контур охлажденной воды . Если градирня открыта, то требуется сетчатый фильтр для удаления любого мусора, который может скапливаться внутри башни. Экономия средств связана с ограниченным использованием энергии водяного охладителя . При использовании этого метода существует повышенный риск коррозии.
Теплообменник будет передавать тепло непосредственно из контура охлажденной воды в контур градирни. Теплообменник отделяет воду градирни от охлаждающей жидкости, протекающей через охлаждающие змеевики. Таким образом, вода чиллера предварительно охлаждается, а здание охлаждается жидкостью . Экономия энергии достигается за счет снижения нагрузки на чиллер и, следовательно, снижения потребления энергии. Стоимость увеличивается из-за необходимости насоса компенсировать разницу давления.
Клапанное устройство внутри водяного охладителя открывает прямой путь между конденсатором и испарителем . Относительно теплая жидкость в контуре охладителя испаряет хладагент, и энергия передается непосредственно в конденсатор, где она охлаждается и конденсируется водой из градирни. [2] Этот метод основан на идее, что хладагент имеет тенденцию перемещаться к самой холодной точке в холодильном контуре. Экономия средств, связанная с этим методом, обусловлена бездействием компрессора, поскольку воздуходувка, вентиляторы и насосы все работают.
Если температура возвратной воды процесса равна или ниже температуры окружающего воздуха, свободное охлаждение не подходит. Трехходовой клапан системы обойдет теплообменник свободного охлаждения и направит поток жидкости через охладители для охлаждения до требуемой заданной температуры.
Для работы в середине сезона вода частично охлаждается компрессором и частично температурой окружающей среды. Процент свободного охлаждения, достигаемый в середине сезона, зависит от сезонных температур, хотя частичное свободное охлаждение начинается, когда температура окружающего воздуха на 1 °C ниже температуры возвратной воды процесса. Вода частично охлаждается через свободный охладитель, затем протекает через охладители для достижения требуемой заданной температуры.
Зимой, когда наружная температура достаточно низкая, вода охлаждается исключительно змеевиком свободного охлаждения. [4] Это позволяет компрессорам охладителей прекратить работу, что позволяет сэкономить значительное количество энергии. Единственная электрическая энергия, используемая в зимнее время, используется для работы вентилятора. Этого можно достичь, когда температура окружающего воздуха на 3–5 ° C ниже температуры технологической воды.
Замерзание может произойти, когда температура окружающего воздуха опустится ниже 0 °C . Другим ограничением является разница температур на теплообменнике. Теплообменник, который имеет очень низкую разницу температур на теплообменнике, может стать экономически нереалистичным. Экономика теплообменника допускает минимальную температуру свободной охлаждающей воды около 5 °C . [3]
Великобритания : В 2013 году канцлер Джордж Осборн согласился пойти на уступку, чтобы центры обработки данных были освобождены от Обязательства по сокращению выбросов углерода (CRC) и позволили им разработать собственное Соглашение об изменении климата (CCA). Это также признано новой Европейской комиссией, которая сократит выбросы парниковых газов ЕС на 40% к 2030 году. Охлаждение центров обработки данных или серверных комнат требует большого количества энергии, поэтому свободное охлаждение может быть идеальным решением для экономии энергии. [5]
Существует два варианта свободного охлаждения для центра обработки данных, серверной комнаты и базовых станций GSM, первый из которых представляет собой встроенный змеевик свободного охлаждения или чиллер, который работает вместе с блоком свободного охлаждения. Встроенные чиллеры идеально подходят для мест с ограниченным пространством и могут обеспечить высокий уровень энергоэффективности . Эти блоки оснащены высококачественными компонентами, включая спиральные и винтовые компрессоры, осевые вентиляторы и трехходовые модулирующие клапаны. [ необходима цитата ]
Другие варианты — это независимый фрикулер, который имеет большую емкость для теплообмена, поскольку он рассчитан на максимальную эффективность, что позволяет увеличить площадь для передачи тепловой энергии. Независимые фрикулеры показали экономию энергии до 70%. [ необходима цитата ]