امروزه دغدغه‌های زیست محیطی و افزایش هزینه‌های انرژی تأثیرات زیادی را بر کسب‌وکارها از هر نوع و وسعتی گذاشته است اما در بعضی صنایع این مسئله به یک مشکل بزرگ و پیچیده تبدیل شده است و صاحبان کسب‌وکار را وادار به استفاده از سیستم فری کولینگ و چیلر فری کولینگ (سرمایش رایگان) می‌کند.
چرا باید از سیستم فری کولینگ استفاده کنیم؟
برای مثال کارخانه‌ها را در نظر بگیرید. فرآیندهای تولید در این صنایع بار حرارتی بسیار زیادی تولید می‌کند. این تولید گرما بخش جدایی ناپذیر این فرآیندها است و قابل حذف نیست اما باید به دقت کنترل شود. کنترل و دفع حرارت از دستگاه‌ها توسط سیستم‌ها انجام می‌شود که انرژی خیلی زیادی مصرف می‌کنند.
اما چطور می‌شود بدون آسیب زدن به فرآیند تولید، ایمنی محیط، کنترل کیفی و غیره، هزینه‌های مصرف انرژی و اثرات کربنی را کاهش داد؟ جواب این است که سرمایش رایگان در این مواقع می‌تواند برای بعضی صنایع گزینه‌ای بسیار خوب و کاربردی باشد.
سیستم فری کولینگ چیست؟
سیستم فری کولینگ نوعی تکنیک برای کاهش مصرف انرژی است که به منظور کم کردن میزان انرژی مصرفی سیستم خنک‌کننده و مدت زمان فعالیت آن انجام می‌شود. در این روش خنک سازی، از دمای هوای خارجی برای سرد سازی آب یا هوا و در نتیجه خنک کردن اتاق سرور (دیتا سنتر) یا دیگر محیط‌ها استفاده می‌شود.
عموماً در این تکنیک از صرفه‌جوگرهای آبی و هوایی استفاده می‌شود (صرفه‌جوگر یا economizer یکی از انواع مبدل حرارتی است که آب تغذیه بویلر از آن عبور داده می‌شود تا آب توسط گازهای داغ خروجی گرم شود). صرفه‌جوگر هوایی از دو روش بهره می‌گیرد. اساساً این صرفه‌جوگرها هوای تازه را مستقیماً با فیلتر یا تنظیم رطوبت هوای خارجی، خنک می‌کنند که از طریق لوله‌ها وارد بخش مورد نظر می‌شوند.
به کارگیری سیستم فری کولینگ یعنی وقتی دمای هوای بیرونی به میزان کافی پایین است و می‌تواند نیاز سردسازی محیط داخلی را فراهم کند، از این هوا برای تأمین هوای خنک فضا استفاده می‌کنیم تا فعالیت چیلر کاهش یابد. همچنین به دلیل اینکه فعالیت اصلی چیلر بر عهدۀ کمپرسور آن است، مصرف انرژی شدیداً کاهش خواهد یافت.
یکی از کاربردهای سیستم فری کولینگ در اتاق‌های دیتا سنتر است.
انواع سیستم فری کولینگ
استفاده از سرمایش رایگان روش‌های مختلفی دارد اما بهترین گزینه کاملاً وابسته به نیازهای پروژه است.
در کاربردهای سردسازی پروسس صنعتی، فری کولینگ به عنوان یک سیستم یکپارچه عمل می‌کند ( که کویل فری کولینگ توکار به چیلر متصل است) یا یک فری کولر مستقل که همگام با یک چیلر مجزا فعالیت دارد.
این نوع سیستم‌ها برای محیط‌هایی مناسب هستند که فضای کمتری دارند چرا که نسبت به دیگر سیستم‌ها جای کمتری اشغال می‌کنند. اما این کویل اضافی می‌تواند زمانی که فعالیت ندارد مانع جریان بهینۀ آب شود. پس شما با اینکه در شرایط مساعد می‌توانید از سیستم فری کولینگ استفاده کنید، دیگر مواقع شاهد افت راندمان خواهید بود.
با استفاده از فری کولینگ مستقل، انتخاب آزادانه‌تری در اندازۀ سیستم خواهید داشت. یعنی در محیط بزرگ‌تر، از ظرفیت سردسازی بیشتری بهره‌مند شوید. همچنین، به دلیل مستقل بودن این سیستم، در صورتی که شرایط برای استفاده از سرمایش رایگان محیا نباشد، تأثیری بر راندمان چیلر نخواهد داشت.
مزایای سیستم فری کولینگ
با اینکه این روش سردسازی بر خلاف اسم آن هزینه‌هایی را به دنبال دارد، اما این هزینه با صرفه‌جویی در مصرف انرژی جبران خواهد شد.
- استفاده از این نوع سیستم در مناطق سردسیر بسیار سودمند بوده و تمام هزینه‌های راه‌اندازی سیستم یا چیلر فری کولینگ را جبران خواهد کرد.
- به کارگیری این نوع سیستم، علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، نیاز شما به قطعات مکانیکی را کاهش خواهد داد. این بدین معناست که شما هزینۀ کمتری را بابت سرویس و نگهداری پرداخت می‌کنید و علاوه بر این، اثرات کربنی را به میزان خیلی کمتری در محیط خواهید داشت.
- همچنین، کاهش چشم‌گیر انتشار کربن و به طبع محافظت از محیط زیست، یکی دیگر از مزایای اصلی این سیستم‌ها محسوب می‌شود.
این سیستم‌ها در صورت نصب صحیح:
دارای خرابی کمتر هستند:
از آن‌جایی که این سیستم‌ها مدت زمان فعالیت کمپرسور و دیگر قطعات داخلی را کاهش می‌دهند، باعث افزایش طول عمر چیلر، کاهش نیاز به سرویس و نگهداری و همچنین هزینه‌های کلی مربوطه خواهد شد.
صرفه‌جویی هزینه و انرژی:
همانطور که گفتیم، ابزار اصلی این سیستم هوای خارجی است که هزینه‌ای ندارد. پس به دلیل عدم فعالیت چیلر یا فعالیت کم آن، هزینۀ مربوط به مصرف انرژی کاهش خواهد یافت. در شرایطی که بار ساختمان به حداکثر مقدار خود می‌رسد، خاموش بودن چیلر سبب کاهش شدید مصرف خواهد شد. صرفه‌جویی در هزینه می‌تواند تا 70% باشد.
جلوگیری از قطعی در اثر کم بودن فشار مکش (ساکشن):
استفاده از مبدل حرارتی هوایی برای فراهم کردن هوای خنک مورد نیاز محیط در دماهای پایین می‌تواند مانع از کار افتادن چیلر در اثر کاهش دما باشد. در زمان طراحی سیستم فری کولینگ، مشتری نیازی به خرید کنترل‌های دمای پایین محیط ندارد و همین امر سبب کاهش هزینه خواهد شد.
چیلر فری کولینگ چگونه کار می‌کند؟
عملکرد این نوع سیستم‌ها بسیار کارآمد و در عین حال ساده است. سیستم فری کولینگ از طریق یک شیر سه راهه به بار ساختمان یا قسمت بارگیری چیلر متصل است. سرمایش رایگان از یک کویل آبی و فن‌های کندانسور تشکیل شده است.
در یک سیستم یکپارچه، یک کویل آبی وجود دارد که مستقیماً به لولۀ مسی/ تیغۀ آلومینیومی کویل مبرد متصل است و به عنوان سطح تقطیر چیلر فری کولینگ (هوا خنک) عمل می‌کند. توجه داشته باشید که دمای شیر سه راهه با توجه به نیاز مصرف‌کننده قابل تنظیم است.
آیا سیستم فری کولینگ همیشه قابل استفاده است؟
استفاده از سیستم فری کولینگ و کارایی آن به دمای محیط خارجی وابسته است که در ادامه به بررسی میزان دما و تأثیر آن بر کاربرد سرمایش آزاد می‌پردازیم.
بالا بودن دمای محیط
در صورت بالا بودن دمای محیط خارجی، امکان استفاده از سرمایش رایگان وجود ندارد و کویل‌های چیلر فری کولینگ بلا استفاده هستند. در این شرایط، به کارگیری سردسازی مکانیکی 100% خواهد بود.
دمای میانه یا پری کولینگ
وابسته به نیاز محیط شما و تمایل به کنترل سیستم، شما می‌توانید شیر سه راهه سمت سیستم فری کولینگ را بین دمای -16 درجه و -15 درجۀ سانتی گراد و کمتر از دمای آب خنک سیستم باز کنید. اختلاف دمای بین فعالسازی سیستم و دمای تنظیمی خیلی کم بوده و برای افراد غیر متخصص قابل تشخیص نیست.
پس اگر سیستم با دمای استاندارد ( 6 درجۀ سانتیگراد) در حال فعالیت باشد، در صورت رسیدن دمای دماسنج خشک محیط به 5 درجه، از فری کولینگ استفاده خواهد کرد. در این شرایط شما همچنان برای رسیدن به ظرفیت کامل، به سیستم مکانیکی نیاز خواهید داشت اما بار مربوطه تقسیم شده و تا حد امکان از هوای محیط استفاده خواهد کرد. مثلاً میزان استفاده از ظرفیت یا کمپرسور برای سیستم خنک‌کننده 50% خواهد بود.
دمای پایین محیط
زمانی که دمای سیستم به حدود -15 تا -12 درجه و پایین‌تر از دمای تنظیمی برسد، قادر است با 100% ظرفیت خود از کویل‌های سیستم فری کولینگ استفاده کند. در این هنگام، شیر سه راهه کاملاً (100%) به سمت کویل‌های سیستم فری کولینگ باز شده و سیستم خنک‌کنندۀ مکانیکی خاموش می‌شود. البته، فن‌های کندانسور همچنان فعال هستند و هوای محیط را به داخل سیستم می‌کشند، اما با کاهش بیشتر دمای محیط غیر فعال شده و به طبع سبب صرفه‌جویی بیشتر انرژی خواهند شد.
محدودیت‌های سیستم
هنگامی که نیاز خنک‌سازی محیط از حد استاندارد فراتر می‌رود، شیر سه راهه برای جلوگیری از خنک‌سازی بیش از حد بسته خواهد شد تا دمای تنظیمی سیستم را در حالت مساعد حفظ کند. در مناطق سردسیر به منظور حل این مشکل از محلول گلیکول برای کاهش ریسک انجماد استفاده خواهد شد.
چه زمانی از سیستم فری کولینگ استفاده می‌شود؟
سیستم‌های فری کولینگ در مناطق سردسیر کاربرد بسیار بیشتری دارد و گاهاً می‌توان به راحتی آن‌ها را به سیستم‌های معمولی فعلی تجهیز یا بازبرازش کرد. همچنین می‌توانید سیستم سرمایش رایگان را با سیستم‌های تأسیساتی دیگر مانند تهویه مطبوع، گرمایشی یا تهویه همگام سازی کنید اما این نوع به روزرسانی راندمان کمتری را نسبت به مدرن‌سازی چیلرهای آبی خواهد داشت.
اتاق‌های سرور یا زیرساخت، علاوه بر تولید حرارت خیلی زیاد، انرژی فراوانی مصرف می‌کنند. سیستم‌های فری کولینگ عموماً کاربرد زیادی در این صنعت دارند و قادرند وابسته به میزان دما و رطوبت هوای محیط، 30 تا 50% درصد از انرژی مصرفی را کاهش دهند.
عموماً برای عملکرد بهینۀ این سیستم‌ها، دمای محیطی بین 20 -25 درجه و رطوبت کمتر از 60% مورد نیاز است تا از آسیب تجهیزات اتاق سرور جلوگیری شود.
جمع بندی
به طور کلی، سیستم فری کولینگ یکی از بهینه‌ترین تکنولوژی‌های در تأسیسات محسوب می‌شود که به میزان قابل توجهی انرژی مصرفی را کاهش داده و در صرفه‌جویی هزینه به مصرف‌کنندگان و صاحبان کسب‌وکار کمک می‌کند. این سیستم‌ها در صورت کمتر بودن دمای محیط خارجی، از هوای بیرون استفاده می‌کنند و با این کار سبب فعالیت کمتر یا صفر در سیستم خنک‌کنندۀ مکانیکی خواهند شد. در این شرایط، علاوه بر کاهش چشم‌گیر مصرف انرژی، انتشارات کربنی بسیار کمتر می‌شود و از آسیب به محیط زیست جلوگیری می‌کند.
سؤالات متداول
این سیستم‌ها عموماً در محیط‌های صنعتی و اتاق سرور کاربرد دارند که نیاز به سردسازی در آن‌ها چهارفصل بوده و مصرف انرژی بالایی دارند.
زمانی که دمای هوای پایین باشد می‌توان با استفاده از چیلر فری کولینگ و استفادۀ حداقلی از سیستم مکانی این امکان را فراهم کرد.
در این روش، اگر دمای محیط از دمای آب سرد بازگشتی کمتر باشد، با استفاده از این هوا و مبدل حرارتی می‌توان آب خنک را تولید و ذخیره کرد.
