سیستم free cooling فری کولینگ چیست ؟

سیستم فری کولینگ یک روش مورد استفاده در سیستم های سرمایش و یا تهویه مطبوع است که در آن با بهره گیری از دمای پایین هوای محیط در فصل های پاییز، زمستان و اوایل بهار، از آب سرمایشی که برای سرمایش مورد نیاز استفاده می شود، به صورت اقتصادی استفاده می شود. در این روش، با خارج کردن چیلر از مدار، هوای سرد محیط به کاهش دمای آب کمک می کند و از این آب برای مصارف سرمایشی تهویه یا سرمایش صنعتی استفاده می شود. این آب سرد می تواند بلافاصله در مدار مورد استفاده قرار بگیرد و یا داخل مخزنی ذخیره شود. در برخی موارد، این تجهیزات به صورت یکپارچه بر روی چیلر نصب شده و در برخی موارد به عنوان تجهیزات جانبی به مدار چیلر اضافه می شوند تا بهینه سازی مصرف انرژی صورت گیرد. از این روش به عنوان یک روش اقتصادی و پایدار برای کاهش مصرف انرژی و حفظ محیط زیست استفاده می شود.

عملکرد سیستم فری کولینگ free cooling

در سیستم فری کولینگ free cooling ، با خارج کردن چیلر از مدار، می‌توان با استفاده از دمای پایین هوای محیط، آب سرد مورد نیاز برای سرمایش را فراهم کرد. برای این منظور، از یک شیر سه راهه استفاده می‌شود که تمام یا قسمتی از آب سرد را از مدار چیلر بای پس می‌کند و به سمت تجهیزات سیستم فری کولینگ هدایت می‌کند. در این تجهیزات، با استفاده از چرخش تعدادی فن، آب سرد با دمای پایین محیط بیرون، از طریق کویل‌های حاوی آب عبور داده می‌شود و دمای آب سرد کاهش می‌یابد.

سپس این آب وارد مدار چیلر شده و در صورت لزوم، یک یا تعدادی از کمپرسورهای چیلر فعال می‌شوند تا دمای آب را به دمای مورد نظر برسانند.در واقع سیستم فری کولینگ یکی از روش‌هایی است که با استفاده از آن معمولا در چیلر‌های هوا خنک می‌باشد. این سیستم هنگامی که دمای هوای خارجی از دمای داخلی و دمای تعریف شده در دستگاه کمتر است، با استفاده از شیر سه راهه (Triple Valve)، بخشی از آب چیلر را بایپس می‌کند و باقی مانده آن را به کویل فری کولر، که روی کندانسور اصلی چیلر نصب شده است، ارسال می‌کند. سپس، آب بازگردانده شده از چیلر با هوای خارجی تبادل حرارت می‌کند.

این آب سرد سپس می‌تواند جهت خنک سازی در پروسه صنعتی برای خنک کردن دستگاه‌ها و یا در فرآیند تهویه مطبوع برای خنک کردن آب مورد نیاز کویل سرمایشی هواساز یا فن کویل مورد استفاده قرار گیرد. لازم به ذکر است که اگر هوای محیط سردتر از آب خنک مورد نیاز سیستم تبرید باشد، مدار دستگاه چیلر خاموش خواهد شد و تمام آب سرد از سیستم فری کولینگ تأمین می‌شود. با این حال، توصیه می‌شود که قبل از استفاده از هرگونه تجهیزاتی، دستورالعمل‌های مربوط به آن‌ها را به دقت مطالعه کرده و از آن‌ها به درستی پیروی کنید تا مشکلات ناشی از استفاده نادرست از تجهیزات را به حداقل برسانید.

 تاثیر فری کولینگ free cooling در مصرف برق چیلر

معمولا در منطقه‌هایی با شرایط آب و هوایی خنک، سیستم فری کولینگ برای تولید آب سرد بدون نیاز به سیکل تبرید تراکمی و با استفاده از چیلر، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روزهای سرد سال مثل اوایل بهار، پاییز و زمستان، استفاده از فری کولینگ می‌تواند باعث کاهش بار کمپرسور چیلر و در نتیجه کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های مربوط به تهویه مطبوع و خنک کننده‌های صنعتی شود.مقدار برق صرفه جویی شده توسط free cooling به عوامل متعددی از جمله طراحی سیستم، آب و هوای محل کار و بار سرمایشی ساختمان بستگی دارد. با این حال، به طور کلی پذیرفته شده است که سیستم های خنک کننده رایگان می توانند مصرف برق را تا 70٪ در مقایسه با سیستم های تهویه مطبوع سنتی کاهش دهند.

سیستم های free cooling می توانند تأثیر قابل توجهی بر مصرف برق چیلر داشته باشند که منجر به کاهش هزینه های انرژی و کاهش ردپای کربن می شود. با این حال، اثربخشی سیستم های خنک کننده آزاد به عوامل مختلفی از جمله طراحی سیستم و آب و هوای مورد استفاده در آن بستگی دارد. با طراحی دقیق و پیاده‌سازی سیستم‌های خنک‌کننده رایگان، مالکان و اپراتورهای ساختمان‌ها می‌توانند ضمن فراهم کردن محیط‌های داخلی راحت، صرفه‌جویی در مصرف انرژی را به حداکثر برسانند.

از سیستم فری کولینگ در چه مواردی میتوان بحره برد

» صنایعی که برای افزایش سرعت و کارایی خود نیاز به خنک کردن دارند، از این سیستم در کنار چیلرهای صنعتی استفاده می‌کنند.

» در مراکز پردازش داده و دیتا سنتر ها، کامپیوترهای بزرگ یا سوپر کامپیوترها برای انجام کارهای مختلف استفاده می‌شوند. برای عملکرد بهتر آنها، باید در تمام روزهای سال با استفاده از چیلرها سرد شوند. این فضا به برق زیادی نیاز دارد و به همین دلیل، استفاده از سیستم خنک کنندگی آزاد در اینجا مناسب است. این سیستم برای مراکز داده واقع در مناطق با آب و هوای معتدل تا سرد ایده آل هستند، جایی که می توان از دمای بیرون برای خنک کردن آب خنک کننده مرکز داده استفاده کرد.

» در کاربردهای مختلف صنعتی که نیاز به آب خنک کننده دارند، مانند کارخانه های فرآوری مواد غذایی و کارخانه های شیمیایی استفاده می شود. این تاسیسات دارای بار خنک کننده بالایی هستند و یک سیستم فری کولینگ می تواند به کاهش مصرف انرژی و هزینه های عملیاتی آنها کمک کند. سیستم free cooling را می توان با سیستم خنک کننده موجود ادغام کرد تا ظرفیت خنک کننده را تکمیل کند، که می تواند به ویژه در زمان اوج بار یا ماه های گرم تابستان مفید باشد. با استفاده از سیستم خنک کننده رایگان، این تاسیسات می توانند مصرف انرژی و هزینه های عملیاتی خود را کاهش دهند و منجر به عملکرد پایدارتر و مقرون به صرفه تر شوند.

» در فضاهای شلوغ و پرتردد که به گرمایش و خنک کردن نیاز دارند، می‌توان از سیستم free cooling در ساختار چیلرها استفاده کرد تا در فصول سرد سال، با هزینه و مصرف انرژی کمتری، برودت تأمین شود. با استفاده از هوای بیرون برای خنک کردن آب در چیلر، می توان حجم کار کمپرسور را به میزان قابل توجهی کاهش داد که منجر به کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه می شود.

 مزیت‌های سیستم free cooling

سیستم فری کولینگ یکی از روش‌های کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های تهویه مطبوع است و دارای مزایایی می باشد که عبارتند از:

 کاهش هزینه‌های انرژی

استفاده از سیستم فری کولینگ به دلیل کاهش مصرف برق، می تواند به کاهش هزینه‌های انرژی و حفظ محیط زیست کمک کند. از آنجایی که این فناوری از دمای پایین هوای خارجی برای خنک کردن استفاده می کند، نیاز به خنک کننده مکانیکی مانند چیلرها را کاهش می دهد. این امر منجر به کاهش قبض انرژی و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود.

افزایش عمر دستگاه‌ها

با کاهش دمای دستگاه‌های الکترونیکی و سایر دستگاه‌های صنعتی، عمر آن‌ها نیز افزایش می‌یابد.

افزایش بازدهی

سیستم فری کولینگ گزینه های طراحی انعطاف پذیری را ارائه می دهند که آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردها مناسب می کند. آنها را می توان با سیستم های HVAC موجود ادغام کرد و به مشاغل اجازه می دهد تا سیستم های خنک کننده خود را بدون تغییرات قابل توجه در زیرساخت خود ارتقا دهند و با کاهش دما در سیستم‌های صنعتی و کامپیوترها، بازدهی و کارایی آن‌ها نیز افزایش می‌یابد.

هزینه پایین نگهداری و تعمیرات

این سیستم نسبت به سیستم های خنک کننده سنتی به قطعات کمتری نیاز دارند و خطر خرابی سیستم را کاهش می دهند. علاوه بر این، سیستم‌های free cooling قطعات متحرک کمتری دارند، که نیازهای تعمیر و نگهداری و خطر خرابی سیستم را کاهش می‌دهد.

استفاده در فصول گرم

سیستم فری کولینگ در فصل‌های گرمایشی نیز قابل استفاده است؛ به این صورت که در صورتی که هوا خنک باشد، می‌توان به جای استفاده از چیلر، از سیستم فری کولینگ استفاده کرد که منجر به صرفه‌جویی در هزینه و انرژی می‌شود.

بهبود کیفیت و حفظ محیط زیست

استفاده از سیستم فری کولینگ free cooling در محیط‌هایی که در آن‌ها نیاز به ایجاد برودت است، باعث ایجاد راحتی برای کاربران می‌شود و می‌تواند به بهبود کیفیت کار در آن محیط کمک کند. از آنجایی که این فناوری از هوای تازه بیرون برای خنک کردن استفاده می کند، خطر آلودگی هوای داخل خانه را کاهش می دهد. علاوه بر این، سیستم‌های خنک‌کننده آزاد از مبرد استفاده نمی‌کنند که می‌تواند گازهای مضر را به محیط منتشر کند.

انواع و اجزا سیستم فری کولینگ free cooling 

فن‌های مبدل به طور کامل حذف می شوند و خنک سازی با استفاده از همان فن های کندانسور انجام می شود. در این سیستم یک کویل حاوی آب و یک کندانسور حاوی مبرد در کنار هم قرار می گیرند. آب داخل کویل از طریق مداری با طراحی مخصوص تامین می شود که برای ماه های سردتر مناسب است. آب هنگام عبور از کندانسور خنک می شود و پس از عبور از مبدل حرارتی، هوای داخل را خنک می کند.

در فصل سرد آب از طریق این سیستم جریان پیدا می‌کند و با کمک فن های موجود در سیستم، سرد می‌شود. اگر آب به اندازه کافی سرد شد، چیلرها خاموش خواهند شد و هیچ انرژی اضافی مصرف نخواهند کرد، اما اگر آب به اندازه کافی سرد نشد، چیلرها روشن شده و با کمک کمپرسورها، آب را سرد می‌کنند.