Popis úsporného opatření

Free cooling

Free cooling (volné chlazení) je využívání nízkých venkovních teplot pro výrobu chladu (chladící vody) v chladných obdobích bez nutnosti používání kompresorového chlazení. Provoz Free coolingu je z energetického hlediska velice nenáročný. Při tomto druhu chlazení fungují pouze ventilátory, které nasávají vzduch skrz lamelový výměník s nemrznoucí kapalinou, ta své teplo odevzdává do vzduchu a tím se ochlazuje.

Velkou energetickou nevýhodou standardního kompresorového chlazení je, že při výrobě chladu fungují spolu s ventilátory i kompresory, které spotřebovávají několika násobně více energie než ventilátory.

Free cooling se vyplatí pro budovy, kde je nutné chladit celoročně - například datová centra.

Pro maximální využití Free coolingu je také vhodné, když je teplota chladící vody vyšší, než je běžně obvyklé. Běžná teplota chladící kapaliny bývá např. 6/12 °C, pro Free cooling je vhodnější vyšší teplota – např. 14/18 °C.

Teplota chladící vody je velice důležitý údaj, protože pokud budeme používat teplotní spád 6/12 °C, pak 100% výkon jednotky pro Free cooling navrhujeme na teplotu venkovního vzduchu +4 °C. Teplota nižší než +4 °C je 3 040 hodin ročně (údaj je brán z Referenčního klimatického roku pro Prahu Ruzyni – dále jen RKR). Pokud použijeme teplotní spád 14/18 °C, pak je možné navrhovat Free cooling na 100% výkon už od teploty +12 °C, což představuje možnost provozovat free cooling cca 5 687 hodin ročně. To je o 87 % déle než u první varianty. Na níže uvedeném grafu vidíme hodinové rozložení teplot v závislosti na venkovní teplotě dle RKR Praha Ruzyně.

Chladič nadimenzovaný pro volné chlazení (free-cooling) s teplotním spádem 12/18°C
Chladič nadimenzovaný pro volné chlazení (free-cooling) s teplotním spádem 12/18°C

  • Měrné ceny, úspory, návratnostiposlední editace 27.8.2018

    Orientační měrné náklady

    Většina chladících jednotek disponuje funkční volného chlazení

    Úspora komodity lokální

    Úspora elektřiny na pohon kompresorů

    Na čem závisí návratnost

    Na počtu hodin s možností využití volného chlazení. Čim vyšší tepla chladné vody v okruhu chlazení, tím vyšší využitelnost volného chlazení.

    Vlastní spotřeba

    Na pohon ventilátorů a oběhových čerpadel chladícího okruhu

    vícenáklady

    Oproti klasickému návrhu chlazení se spádem 6/12°C přináší koncept volného chlazení při větších teplotách (např. 14/18°C) větší plochu chladících výměníků

  • Spočtěte si sami

  • Výhody, nevýhody, mýtyposlední editace 27.8.2018

    Silné stránky

    •  Úspora energie při strojním chlazení

    •  Nižší hlučnost díky vypnutým kompresorů chlazení

     

    Slabé stránky

    •  Lze využít pouze malou část v roce. Délka využití závisí na návrhu teplotního spádu chladícího okruhu.

    •  Při vyšší teplotním spádu např. 14/18°C větší velikosti výměníků např. fancoilů = dražší vnitřní jednotky

    Příležitosti

    •  Na chlazení obecně nelze získat dotační příspěvek od státu. Chlazení zvyšuje energetickou náročnost objektu.

    Mýty

    •  Při volném chlazení uspoříme 100% energie na chlazení. To není pravdou. Pokud je potřeba chlazení celoroční, může být úspora cca 30%

  • Související úsporné opatřeníposlední editace 27.8.2018

    Noční předchlazování
    Kompresorové chlazení

  • Specifika pro jednotlivé sektory budov a dotační potenciál

  • Termíny a definice

    Nejpoužívanější pojmypopisjednotka
    AHUAnglický ekvivalent pro VZT jednotku (air handling unit).
    Free cooling(Volné chlazení) je využívání nízkých venkovních teplot nižších než teplot vzduchu v interieru. Freecoling se používá buď v systému chlazení, kdy díky freecolingu není nutné použít kompresorové chlazení. Nebo je freecoling použít přímo ve vzduchotechnice, kdy systém MaR vyhodnotí, že je venku v letním období chladněji než uvnitř a přes bypass je vzduch přímo využit pro chlazení. Toto je vhodné spíše u tzv. VaV systémů, kdy je nasáváno např. do administrativního objektu větší množství vzduchu určeného pro přenos energie (nejen objem vzduchu pro větrání). Výsledkem freecolingu je výrazné snížení provozních nákladů a dosažení finančních úspor. Freecoling se používá nejčastěji pro průmyslové aplikace, nebo pro budovy kdy se na chlazení používá teplejší voda než klasická 6/12°C například 12/18°C.
    CHChlazení
    ChillerJednotka určena pro chlazení v objektu. Jednotka obsahuje výparník, kde se předává energie mezi vodou a chladivem. Chiller obsahuje 4 části: kompresor, kondenzátor, expanzní ventil a výparník obdobně jako tepelné čerpadlo. Chillery mohou být buď vzduch/vzduch nebo voda/voda. Výrobníky chladu vzduch/voda se pak dělí na kompaktní a jednotky s odděleným kondenzátorem.
    Chladicí věžTepelný výměník, v němž se předává teplo chladicí vody z kondenzátoru do okolního vzduchu. Nejpoužívanější jsou chladicí věže s přirozeným tahem, charakterizované tahovým komínem z železobetonového hyperboloidního pláště. Přiváděná voda je rozstřikována na drobné kapičky, které jsou ochlazovány proudem stoupajícího vzduchu. Dalším typem chladících věží jsou ventilátorové chladicí věže (chladiče).
    KompresorZařízení na stlačování plynů. Může jít o různé principy stlačování, např. pístový komresor, odstředivý kompresor, šroubový, zubový aj.
    Suchý chladičSuché chladiče se používají k předávání tepla do okolního vzduchu. Nejčastěji se používají v průmyslu, nebo v obytné zástavbě kde není možné použít klasický monoblokový výrobník chladu (chiller) z důvodu nízkého hluku. Nebo se používají na Freecoling (volné chlazení) kdy využíváme nízkou teplotu venkovního vzduchu.
    Teplonosná látkaLátka, která přenáší teplo. Může to být tedy např. voda, ale i vzduch. U tepelných čerpadel země/voda je to nemrznoucí směs kolující v kolektorech. Někdy se nesprávně teplonosná látka nazývá teplonosné medium.
    Teplotní spádTeplotní spád je rozdíl teplot mezi dvěma místy. Základní jednotkou pro teplotní spád je 1 Kelvin, označuje velkým písmenem K. Správné označení je sice Kelvin (K), ale používá se také stupeň Celsia (°C). Běžně se uvádí teplotní spád u otopných těles, kotlů, tepelných čerpadel aj. Pokud je teplota vody v přívodním potrubí do otopného tělesa 90 °C a teplota vody ve vratném potrubí 70 °C, pak je teplotní spád 90 – 70 = 20 K. V odborné literatuře se označuje 90/70. U chlazení se pak teplotní spád pohybuje nejčastějí 6/12°C či v případě volného chlazení např. 14/18°C.
    Výměník teplaZaložen na principu, kdy horká voda protéká potrubím přes studenou vodu a odevzdá přitom studené vodě teplo a zároveň se ochladí.

  • Detailní popis úsporného opatřeníposlední editace 27.8.2018

    Typy Free coolingu

    V současné době se používají 3 druhy zapojení Free coolingu do systému. Každý typ zapojení má své výhody a nevýhody.

    • Přímý Free cooling chladivem
    • Free cooling vestavěný do jednotky
    • Oddělený Free cooling CIAT

    Přímý Free coling chladivem

    Do chladícího okruhu je nainstalován bypass a čerpadlo chladiva. Při Free coolingu se zapne čerpadlo chladiva a otevře se bypass a začíná fungovat Free cooling.

    Výhodou tohoto zařízení jsou stejné rozměry a stejná hmotnost jednotky a snadná regulace chodu motorů. Velkou nevýhodou je malý výkon, více částí v chladivovém okruhu, větší objem chladiva (o 20 %) a nemožnost provozovat strojní chlazení a Free cooling současně.

    Free cooling vestavěný do jednotky

    Toto je velice populární a jednoduchý způsob instalace Free coolingového výměníku do jednotky. Před kondenzátor je nainstalován další lamelový výměník, ve kterém proudí nemrznoucí kapalina. Touto instalací se ušetří zabraná plocha jednotky a využívají se stejné ventilátory jako při kompresorovém chlazení.

    Toto zapojení má bezesporu mnoho výhod ať již ve stejných rozměrech a velice snadné instalaci, ale nevýhody převažují nad výhodami. Mezi nevýhody patří zvýšená tlaková ztráta vzduchu ve výměnících a tím pádem i vyšší nutný příkon ventilátorů, vyšší plošné zatížení a největší nevýhoda je v regulaci chodu motorů ventilátorů.

    Chod motorů ventilátorů se řídí potřebami chladícího okruhu (kompresoru) strojního chlazení.
    Strojní chlazení vyžaduje při nízkých teplotách menší průtok vzduchu přes vzduchový výměník (kondenzátor), a proto vypíná jednotlivé ventilátory dle potřeby (teploty chladiva). Zatímco Free cooling (přímé chlazení kapaliny venkovním vzduchem) potřebuje, aby byly v provozu všechny ventilátory na maximální výkon, a tak může být výkon Free coolingu co největší.

    Tyto požadavky jsou naprosto protichůdné. Protože prioritu musí mít vždy požadavek strojního (kompresorového) chlazení, tak samotný Free cooling má při souběžném chlazení kvůli malému průtoku vzduchu malý výkon a tudíž je málo efektivní.

    Oddělený Freecoling

    Strojní (kompresorové) chlazení a Free cooling jsou od sebe oddělené ve dvou různých jednotkách, které mají stejný design a po instalaci za sebou vypadají jako jedna jednotka. Propojené jsou pouze spolu komunikačním kabelem a rozvody ochlazované kapaliny. Chlazená kapalina vchází nejprve do jednotky Free coolingu, kde se předchladí (nebo ochladí, záleží na okolních podmínkách) a poté vstupuje do strojního chlazení, kde se v případě potřeby kapalina dochladí na požadovanou teplotu.

    Mezi nevýhody patří vyšší hmotnost celku a větší rozměry. Výhodou je možnost doplnit Free cooling ke stávající jednotce a vynikající regulace chodu ventilátorů. Na rozdíl od vestavěného Free coolingu se ventilátory řídí podle požadavku Free coolingové části a v případě vhodných podmínek je Free cooling využíván na maximální výkon a není ničím omezován. Proto je efektivita chodu při souběžném chlazení maximální a úspory na spotřebované energii velice vysoké.

  • Referenceposlední editace 27.8.2018

    Alternativní a pasivní chlazení

  • Externí články, publikace

 

Autor, Odborný garant a administrátor editací:
Ing. Petr Kotek, Ph.D. - [napsat soukromou zprávu]