[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Różne rozwiązania free-cooling, różne oszczędności energetyczne

Opublikowano: 10.08.2011

image

W niniejszym artykule przedstawiono różne rozwiązania free-coolingu, wybrane aspekty związane z ich pracą, a także porów­nanie różnych metod i rozwiązań free-coolingu dostępnych na rynku urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych. Przedstawiono ogólne warunki jakie powinny być uwzględnione przy analizach rozwiązań free-cooling pod kątem uzyskiwanych oszczędności energetycznych.

 

 

 
Analogicznie do cytatu: „Jeśli masz jeden zegarek wiesz która godzina. Gdy masz dwa zegarki nie jesteś tego pewien" - A. de Mello, można określić sytuację związaną z żywym za­interesowaniem projektantów, inwestorów i innych zainteresowanych stron energooszczędnymi rozwiązaniami free-cooling.


Autorzy referatów i publikacji dotychczas bardzo obszernie poruszali kwestię wizji oszczędności energetycznych związanych z zastosowaniem funkcji free-coolingu w sprężarkowych agregatach wody ziębniczej. Problem tkwi w tym, że każde rozwiązanie free-coolingu danego pro­ducenta było porównywane do standardowego sprężarkowego agre­gatu chłodniczego w taką funkcję nie wyposażonego. Zawsze zatem każde rozwiązanie free-coolingu w analizach ekonomicznych przynosiło oszczędności energetyczne.


Obecnie projektanci przy wielu projektach traktują równoważnie różne rozwiązania free-cooling sądząc, że wszystkie przyniosą identycznie wymierne oszczędności energetyczne. Niestety każde rozwiązanie free-cooling cechuje się odmiennymi warunkami pracy oraz ograniczeniami, zatem oszczędności będą się również (często nawet znacznie) różniły.


Dysponując tak różnorodną ofertą, jeśli chodzi o rozwiązania free-cooling, pozostaje zasadnicze pytanie na co zwrócić uwagę dokonując porównania poszczególnych technologii i wyboru tego optymalnego rozwiązania. Na to pytanie autor postara się odpowiedzieć w dalszej części tekstu.


Przykładowe rozwiązania free-cooling'u


  • Rozwiązanie standardowe z trójdrogowym zaworem regulacyjnym oraz wymiennikiem free-cooling (rys. 1)

Typowe rozwiązanie free-cooling polega na wykorzystaniu trójdrogowego zaworu regulacyjnego montowanego przed wymiennikiem parowacza oraz dodatkowego wymiennika free-cooling (free-cooler) montowanego przed skraplaczem. Jeżeli temperatura powietrza ze­wnętrznego jest niższa od temperatury wody ziębniczej na powrocie, a dokładniej mówiąc od temperatury wodnego roztworu glikolu o ok. 1÷2 °C trójdrogowy zawór regulacyjny ustawia się w pozycji umożliwia­jącej pracę układu free-cooling.


Oznacza to, że w tym rozwiązaniu proces rozpoczyna się bardzo wcześnie, bo już przy niewielkiej różnicy temperatur pomiędzy medium na powrocie, a temperaturą powietrza zewnętrznego i przy relatywnie wysokiej temperaturze powietrza zewnętrznego (1÷2°C niższa od temperatury medium na po­wrocie).


Gdy temperatura powietrza jest wyższa od temperatury medium na powrocie z instalacji wówczas agregat pracuje bez załączonej funkcji free-cooling wykorzystując sprężarkowy układ chłodniczy.


Jeżeli różnica pomiędzy temperaturą medium na powrocie a tem­peraturą powietrza zewnętrznego jest nieduża, wydajność wymiennika free-cooling jest niewystarczająca do osiągnięcia pełnej wydajności agregatu. Konieczne jest zatem dochłodzenie medium za wymiennikiem free-cooling do żądanej temperatury na wyjściu z wykorzystaniem sprę­żarkowego układu chłodniczego.


Rozwiązanie free-cooling z trójdrogowym zaworem regula­cyjnym i dodatkowym wymiennikiem free-cooling umożliwia jednoczesną pracę sprężarkowego układu chłodniczego oraz free-cooling. Taka równoległa praca obu układów jest kontynuowana dopóki temperatura na zewnątrz pozwoli na osiągnięcie przez wymiennik free-cooling żądanej wydajności. Można jednak zauważyć, że wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej udział w produkcji mocy chłodniczej przez układ free-cooling będzie zwiększał się, powodując odciążenie układu sprężarkowego aż do momentu jego całkowitego wyłączenia.


Gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest na tyle niska, że po­zwala na osiągnięcie przez wymiennik free-cooling żądanej wydajności chłodniczej (od około 16 do 20°C poniżej temperatury medium na powrocie), wówczas układ sprężarkowy zostaje wyłączony, a schłodzenie medium odbywa się tylko z wykorzystaniem układu free-cooling (100% free-cooling).

Rys. 1. Przykład tradycyjnego rozwiązania free-coolingu bezpośredniego wyposażonego w trójdrogowy zawór regulacyjny oraz dodatkowy wymiennik free coolingu. Woda ziębnicza bezpośrednio odbiera chłód od powietrza zewnętrznego.

  1. powrót medium z instalacji;
  2. wylot schłodzonej wody na instalację;
  3. wymiennik „free-cooling" (tylko dla wersji z funkcją „free-cooling");
  4. skraplacz;
  5. sprężarki;
  6. parowacz;
  7. pompy cyrkulacyjne;
  8. zawór trójdrogowy (tylko dla wersji z funkcją „freecooling");
  9. wentylatory;
  10. armatura obiegu chłodniczego;
  11. powietrze zewnętrzne.

 

  • Rozwiązanie z czynnikiem chłodniczym jako substancją pośredniczącą (rys. 2)

Rozwiązanie to wykorzystuje standardowe wymienniki parowacza i skraplacza zamontowane w agregacie chłodniczym. Nie ma konieczności montażu dodatkowego wymiennika free-cooling. Wykorzystywane jest tutaj zjawisko tzw. „termosyfonu", czyli samoistnego krążenia czynnika chłodniczego w zamkniętym układzie chłodniczym powstałego na wsku­tek różnic gęstości czynnika (temperatury). W trybie free-cooling czynnik chłodniczy odbiera ciepło od wody oziębianej w parowaczu, a następnie przekazuje je w skraplaczu. Sprężarki pozostają w tym czasie wyłączone. Proces krążenia czynnika w zamkniętym obiegu chłodnicy jest wspoma­gany pracą pompy czynnika chłodniczego.


Można zauważyć, że rozwiązanie to obniża temperaturę powietrza zewnętrznego, przy której układ rozpoczyna pracę w trybie free-cooling. Układ posiada dwa wymienniki parowacza i skraplacza, na których występują straty w przekazywaniu ciepła od wody ziębniczej do czynnika oraz od czynnika chłod­niczego do powietrza zewnętrznego. Start procesu free-coo­ling możliwy dopiero przy różnicy temperatury pomiędzy wodą na powrocie, a powietrzem zewnętrznym równej ok. 6-10 K.


Rozwiązanie pokazane na rys. 2 umożliwia jednoczesną pracę układu sprężarkowego oraz układu free-cooling tylko wtedy, gdy agre­gat chłodniczy jest wyposażony w dwa niezależne układy chłodnicze. Należy jednak zwrócić uwagę, że przełączanie układu sprężarkowego na free-cooling może się odbyć tylko przy osiągnięciu żądanej wydajności wymienników. Z uwagi na wykorzystanie tych samych wymienników jak w układzie chłodniczym sprężarkowym występują tutaj ograniczenia w wydajności wymienników osiąganych w trybie free-cooling. Według biuletynów technicznych jednego z producentów przy różnicy pomiędzy temperaturą medium na powrocie z instalacji a temperaturą powietrza zewnętrznego:

  • równej 10 K free-cooling pozwala na osiągnięcie 40-55% (zależnie od wielkości) znamionowej wydajności ziębienia agregatu.
  • równej 20 K wydajność free-coolera wynosić będzie od 60-90% mocy chłodniczej znamionowej.

 

Niezmiernie istotny jest fakt, że to rozwiązanie free-coolingu może nie osiągnąć pełnej mocy chłodniczej dla warunków rzeczywistej pracy.

Rys. 2. Rozwiązanie tzw. free-coolingu pośredniego z wykorzystaniem czynnika ziębniczego, który stanowi medium pośredniczące pomiędzy powietrzem zewnętrznym a schładzaną wodą. Wymiana ciepła usprawniona jest poprzez zastosowanie pompy czynnika chłodniczego zamontowanej w układzie chłodniczym agregatu.

  • Rozwiązanie z glikolem jako substancją pośredniczącą tzw. „non glycol free-cooling" (rys. 3)

Rozwiązanie to stanowi modyfikację tradycyjnych rozwiązań free-cooling z trójdrogowym zaworem regulacyjnym pozwalającym na wyeliminowanie glikolu z instalacji jako nośnika ciepła pomiędzy agregatem a odbiornikami chłodu. Rozwiązanie to w wielkim skrócie polega na zastosowaniu dodatkowego wymiennika pośredniczącego, pompy glikolu oraz dodatkowego wymiennika free-cooling. Woda ziębnicza przepływa w pierwszej kolejności przez wymiennik pośredniczący, a następnie przez wymiennik parowacza. Pomiędzy wymiennikiem pośredniczącym a do­datkowym wymiennikiem krąży wodny roztwór glikolu, którego przepływ jest wymuszony przez pompę glikolu.


Jeżeli temperatura powietrza zewnętrznego jest wystarczająca do załączenia układu free-cooling załączana jest pompa glikolu powodująca odbiór ciepła od wody ziębniczej, a następnie przekazywanie go w dodat­kowym wymienniku free-cooling do powietrza zewnętrznego.
Podobnie jak dla rozwiązania z czynnikiem chłodniczym jako medium pośredniczącym to rozwiązanie free-cooling rozpoczyna swoją pracę również przy stosunkowo niskiej temperaturze powietrza zewnętrznego.


Istnieje jednak w tym rozwiązaniu free-cooling możliwość jednoczesnej pracy układu sprężarkowego oraz free-cooling.

Rys. 3. Przykład zastosowania pośredniego systemu free-cooling - „non glycol free-cooling". Woda ziębnicza jest schładzana przez powietrze zewnętrzne za pośredni­ctwem cieczy pośredniczącej (wodny roztwór glikolu).
3a - praca w okresie letnim;
3b - praca w okresie przejściowym;
3c - praca w okresie zimowym.

 

  • Rozwiązanie z dry-coolerem jako free-coolerem dla agregatów wody ziębniczej ze skraplaczem chłodzonym cieczą

Ten typ free-coolingu wykorzystywany jest w agregatach ze skrapla­czem chłodzonym cieczą współpracujących z dry-coolerem. Dry-cooler w takich układach, w okresie letnim, pełni rolę urządzenia odprowadzają­cego ciepło od wody chłodzącej skraplacz agregatu chłodniczego.
Analizując pracę dry-coolera oraz parametry jego pracy można zauważyć, że dla założonych parametrów wody ziębniczej na parowaczu agregatu (np. 12/7°C) jego wydajność chłodnicza zmienia się wraz z temperaturą powietrza zewnętrznego. W określonej temperaturze powietrza zewnętrznego, jego wydajność będzie odpowiadać wydaj­ności ziębniczej agregatu chłodniczego. Układ w takich warunkach może przełączyć się w tryb free-cooling pobierając dużo mniejszą moc elektryczną (tylko przez wentylatory) w stosunku do załączonego układu sprężarkowego o dużo większym poborze mocy (koniecznym do napędu sprężarek).


W „tradycyjnych"1 tego typu rozwiązaniach nie jest możliwa jed­noczesna praca sprężarkowego agregatu chłodniczego oraz układu free-cooling w tym samym czasie. Powoduje to, że układ free-cooling zostaje załączany z dużym opóźnieniem w stosunku do np. rozwiązania z trójdrogowym zaworem regulacyjnym i dodatkowym wymiennikiem free-coolera.


Patrząc z punktu widzenia pracy układu free-cooling dla tego rozwią­zania można zauważyć, że:

  • w tego typu rozwiązaniach (brak możliwości jednoczesnej pracy suchej chłodnicy jako dry-coolera i free-coolera), dry-cooler pracuje jako urządzenie odprowadzające ciepło ze sprężarkowego agregatu chłodniczego aż do momentu osiągnięcia dla zadanych parametrów wody ziębniczej 100% mocy chłodniczej agregatu;
  • aby dry-cooler mógł pracować jako free-cooler często konieczne staje się jego przewymiarowanie w stosunku do dry-coolera wymiarowa­nego tylko na potrzeby odprowadzenia ciepła z agregatu;
  • temperatura zewnętrzna, przy której wymiennik free-cooling osiąga pełną wydajność ziębniczą jest zależna od powierzchni wymiany ciepła wymiennika free-coolera, temperatur czynników uczestniczących w pro­cesie wymiany ciepła, itp. Każdorazowo przy wymiarowaniu free-coolera konieczne staje się określenie temperatury zewnętrznej, przy której układ ma się przełączyć na tryb free-coolingu;
  • w zakresie występowania temperatur zewnętrznych od maksy­malnych do temperatury odpowiadającej punktowi przełączania układu na free-cooling, pracuje sprężarkowy układ chłodniczy (dry-cooler odprowadza ciepło z agregatu). Poniżej tej umownej temperatury układ przełącza się na tryb free-cooling. Rozpatrywane są zatem dwa umowne okresy pracy: letni i zimowy;
  • w tego typu rozwiązaniach brak jest możliwości jednoczesnej pracy układu sprężarkowego i układu free-cooling.

Charakterystyka pracy układu free-cooling


O tym czy dane rozwiązanie jest bardziej korzystne w stosunku do innego, można stwierdzić przede wszystkim na podstawie porównania zużycia energii elektrycznej w ciągu sezonu dla analizowanych roz­wiązań. Takie porównanie jest możliwe po opracowaniu charakterystyk pracy układów free-cooling. Charakterystyki te będą uzupełniały się (lub przecinały) z charakterystyką pracy sprężarkowego układu chłodniczego.

 

Punkty charakterystyczne to:

  • moment startu układu free-cooling, tzn. przy jakiej temperaturze powietrza zewnętrznego układ free-cooling zostanie załączony;
  • te wyznaczające wydajność układu free-cooling przy danej tempe­raturze powietrza zewnętrznego;
  • te określające przy jakiej temperaturze powietrza zewnętrznego układ free-cooling osiąga wydajność chłodzenia odpowiadającą pełnej mocy chłodniczej agregatu.

 

Charakterystyka pracy układu free-cooling może zostać przedsta­wiona przez producenta lub należy taką stworzyć w oparciu o podawane w biuletynach technicznych przez producentów charakterystyczne punkty pracy free-cooling.


Moment, w którym rozpoczyna się proces free-cooling, możliwość jednoczesnej pracy sprężarkowego układu chłodniczego i układu free-cooling oraz ich zobrazowanie w postaci punktów na jednej płaszczyźnie odniesienia, którą jest częstość występowania powietrza o danej tempe­raturze stanowi fundamentalną podstawę do obliczeń.


Każde z dostępnych na rynku rozwiązań powinno zostać prze­analizowane w pełnym zakresie temperatur powietrza zewnętrznego i tylko wtedy można dokonywać wiarygodnego porównania rozwiązań free-cooling.


Każdej temperaturze powietrza zewnętrznego odpowiada określona liczba godzin pracy w sezonie. Im wyższa temperatura powietrza ze­wnętrznego, przy której rozpoczyna się proces free-coolingu, tym dłuższy okres jego pracy i tym większe oszczędności energetyczne.


Zastosowanie wszelkich cieczy i wymienników pośredniczących pomiędzy wodą ziębniczą o powietrzem zewnętrznym obniża temperaturę powietrza zewnętrzneg, przy której rozpoczyna pracę układ free-cooling. Maleje przy tym liczba godzin pracy w sezonie podczas, których można wykorzystać darmowy chłód zawarty w powietrzu zewnętrz­nym, a także oszczędności energetyczne jakie mogłyby zostać pozyskane.


Analiza i porównanie różnych metod free-cooling mogą zostać przedstawione zarówno w formie graficznej jak rów­nież w formie analitycznej. Zasadnicze pytanie jakie należy postawić sobie szukając rozwiązania optymalnego to: czy istnieje możliwość w tym samym czasie równoległej pracy sprężarkowego układu chłodniczego i układu free-cooling. Tylko te rozwiązania, które taką pracę umożliwiają, a także te, które rozpoczynają swoją pracę od stosunkowo wysokiej temperatury powietrza zewnętrznego (niewiele niższej od temp. medium na powrocie) gwarantują uzyskanie najwięk­szych oszczędności energetycznych.


Dla przykładu na wykresie 1 przedstawiono charakte­rystykę funkcji free-cooling dla przykładowego agregatu chłodniczego o mocy chłodniczej 381 kW ze skraplaczem chłodzonym powietrzem z wbudowaną funkcją free-cool ing dla parametrów pracy 12/7°C MEG 35%. Z przytoczonego wykresu można wywnioskować m.in., że:

  • praca układu free-cooling możliwa jest we współ­pracy ze sprężarkowym układem chłodniczym;
  • układ free-cooling rozpoczyna pracę przy tempera­turze powietrza zewnętrznego +10°C po czym zwiększa swoją wydajność liniowo aż do temperatury -8°C, przy której osiąga 100% wydajności ziębienia sprężarkowego układu chłodniczego;
  • w zakresie temperatur pomiędzy +10°C a -8°C równolegle z pracą układu free-cooling pracuje sprężarkowy układ chłodniczy. W miarę wzrostu wydajności układu free-cooling sprężarkowy układ chłodniczy zmniejsza swoją wydajność, aż do momentu całkowitego wyłączenia sprężarek przy temperaturze -8°C (wtedy układ free-cooling osiąga pełną wydajność i praca układu sprężarkowego jest zbędna i nieefektywna).

Wykres 1. Przykładowe charakterystyki układu free-cooling opartego na trójdrogowym zaworze regulacyjnym oraz dodatkowym wymiennikiem free-cooling. Na osi odciętych ujęto temperaturę zewnętrzną, na osiach rzędnych kolejno: procentową wydajność układu free-cooling (1a), wydajność układu free-cooling w kW (1b), procentową wydajność ziębienia sprężarkowego układu chłodniczego (1c), wydajność chłodniczą sprężarkowego układu chłodniczego (1d), procentowy pobór mocy elektrycznej przez sprężarkowy układ chłodniczy (1e) oraz pobór mocy elektrycznej przez sprężarkowy układ chłodniczy w kW (1f).

 

Przykładowe porównania różnych rozwiązań free-cooling


Jak przedstawiono powyżej różne rozwiązania cechować się będą różnymi charakterystykami free-cooling. Wymierne oszczędności energetyczne wynikają przede wszystkim z zachowania się danego rozwiązania free-cooling na tle występujących temperatur powietrza zewnętrznego. Aby zaprezentować jak bardzo mogą się różnić różne rozwiązania free-cooling autor posłuży się dwoma przykładami.
Pierwszy przypadek porównawczy będzie zobrazowany metodą gra­ficzną (wykres 2) i dotyczyć będzie porównania rozwiązań free-cooling bezpośredniego A (trójdrogowy zawór regulacyjny i dodatkowy wymien­nik free-cooling) z pośrednim rozwiązaniem free-coolingu B (czynnik chłodniczy jako medium pośredniczące).


Przedstawione na wykresie 2 różnice w oszczędnościach energii chłod­niczej tylko z graficznej interpretacji wykresu stanowią ok. 3-krotność oszczędności energii wynikającej z zastosowania funkcji free-coolingu bezpośredniego. Ogromne różnice w oszczędnościach wynikają tylko z zasadniczego faktu, że zastosowanie wymienników pośredniczących (woda ziębnicza-czynnik chłodniczy oraz czynnik chłodniczy-powietrze zewnętrzne) oraz cieczy pośredniczącej (czynnik ziębniczy) obniża punkt pracy, przy którym rozpoczyna pracę układ free-cooling. Maleje w tym momencie liczba godzin pracy, przy której może zostać wykorzystany układ free-cooling.

Wykres 2. Porównanie dwóch różnych rozwiązań free-coolingu bezpośredniego - A (z trójdrogowym zaworem regulacyjnym oraz dodatkowym wymiennikiem pośredniczącym) oraz free-coolingu pośredniego - B (z czynnikiem chłodniczym jako medium pośred­niczącym). Agregaty chłodnicze o mocy chłodniczej 300 kW, parametry pracy instalacji 15/10°C glikol 35%.


Drugi przypadek dotyczy wyników porównania metodą analityczną dwóch rozwiązań free-coolingu bezpośredniego - A (trójdrogowy zawór regulacyjny i dodatkowy wymiennik free-cooling) i B (agregat ze skrap­laczem chłodzonym cieczą i dry-coolerem pełniącym w okresie zimo­wym rolę free-coolera). Przyjęto do porównania powyższe rozwiązania aby zaprezentować, że brak możliwości pracy w okresie przejściowym rozwiązań nawet free-coolingu bezpośredniego B również przynosi duże straty energetyczne.


W tabeli 1 przedstawiono wyniki tych kalkulacji. Dla agregatów chłod­niczych o mocy 380 kW różnice w kosztach eksploatacji przy założeniu ciągłej pracy układu chłodniczego przez cały rok wyniosły 307 311 kWh. Przy przyjęciu jednostkowych kosztów 1 kWh = 0,40 PLN odpowiada to kwocie 122 924 PLN/sezon.

 

Tabela 1. Porównanie różnych rozwiązań free-cooling metod analityczną.

Dane techniczne Monoblokowy agregat ze skraplaczem chłodzonym powietrzem i free-cooling z trójdrogowym zaworem regulacyjnym Monoblokowy agregat ze skraplaczem chłodzonym cieczą i free-cooling realizowany z wykorzystaniem dry-coolera
Moc chłodnicza 381 kW 383 kW
Pobór mocy sprężarek 111 kW 118 kW
Dodatkowy pobór mocy 13 kW (went. agregatu) 26 kW (went. dry-coolera) + 3 kW (pompy skraplacza)
Efektywność układu chłodniczego EER 3,43 3,24
Efektywność agregatu chłodniczego EER bez uwzględnienia pomp parowacza 3,07 2,59
Free-cooling Start przy + 10°C, 100% FC przy -8°C, możliwość równoległej pracy układu sprężarkowego oraz układu free-cooling Start przy -1°C, brak możliwości równoległej pracy układu sprężarkowego oraz free-cooling
Założenia pracy instalacji Agregaty pracują stale z pełną wydajnością 380 kW przez cały sezon (8 761 godzin). W analizie uwzględniono pobór mocy przez sprężarki i wentylatory przy pominięciu wpływu temperatury ze­wnętrznej na osiągi urządzeń (pominięto wpływ zmiany temperatury zewnętrznej na wydajność chłod­niczą i pobór mocy elektrycznej przez agregaty). Kalkulacje są szacunkowe. Przy założeniu ciągłej pracy urządzeń chłodniczych przez cały sezon można rozpatrywać charaktery­styczne punkty pracy obu rozwiązań:
  • Agregat A praca układu chłodniczego w zakresie temperatur powietrza zewnętrznego: 35÷10°C; praca w okresie przejściowym (częściowa praca układu chłodniczego/częściowa praca w trybie free-cooling): 10÷(-8)°C; praca w trybie free-cooling w zakresie temperatur powietrza zewnętrznego od-8÷(-20)°C.
  • Agregat B praca tylko układu chłodniczego w zakresie temperatur powietrza zewnętrznego: 35÷-1 °C; praca w trybie free-cooling w zakresie temperatur powietrza zewnętrznego od -1÷(-20) °C.
Dane meteorologiczne dla miasta Krakowa:
Liczba godzin pracy agregatów: 8 761 godz/sezon. Liczba godzin pracy w zakresie weryfikowanych przedziałów częstości występowania temperatur zewnętrznych:
Agregat A
  • 35÷-10°C: 3 879 godz./sezon.
  • 10÷-8°C: 4 596 godz./sezon
  • -8÷-20°C: 286 godz./sezon
Agregat B + Dry-cooler:
  • 35÷-1°C: 7 265 godz./sezon
  • -1÷-20°C: 1 496 godz./sezon
Analiza porównawcza
  • Zużycie energii elektrycznej dla rozwiązania opartego na agregacie A:
Kalkulacje oparte są dla trzech okresów wyznaczonych przez pracę układu free-cooling:
Okres letni: Eel,1 = Pel x t = (111,0 + 13) kW x  879godz. = 480 996kWh
Okres przejściowy: Eel,2 = Pel* x  t = (55,5 + 13) kW x 4 596 godz. = 314 826kWh
Okres zimowy: Eel,3 =Pel* x t = 13 kW x 286 godz. = 3 718 kWh
Eel = Eel,1 + Eel,2 + Eel,3 =480 996 + 314 826 + 3 718 kWh = 79954kWh
  • Zużycie energii elektrycznej dla rozwiązania opartego na agregacie B wraz z dry-coolerem:

Praca układ chłodniczy:
Eel,1 = Pel x t = (118,0 + 26 + 3) kW x 7 265 godz. = 1 067 955 kWh
Praca tryb free-cooling:
Eel,2 = Pel x t = 26 kW x 1 496 godz. = 38 896 kWh
E = Eel,1 + Eel,2 = 1 °67 955 + 38 896 = 1 106 851 kWh
 

*Pel - pobór mocy elektrycznej przez sprężarki jest wartością interpolowaną dla okresu przejściowego 0% przy temperaturze -8,0°C, 100% przy temperaturze 10°C. Funkcja w przybliżeniu liniowa w tym zakresie.

Różnica w kosztach eksploatacji Agregat A: 799 540 kWh
Agregat B + Dry-cooler: 1 106 851 kWh
Różnica w zużyciu energii elektrycznej w sezonie wynikająca z zastosowania agregatu A z funkcją free-cooling w stosunku do zaproponowanego agregatu B: 1 193 970 - 799 540 = 307 311 kWh. Oszczędności na kosztach eksploatacji w wyniku zastosowania agregatu A przy ww. założeniach oraz po przyjęciu kosztów 1 kWh = 0,40 PLN: 122 924 PLN/sezon.


Wnioski


Na podstawie niniejszego referatu można wyciągnąć następujące wnioski:

  • poszczególne rozwiązania funkcji free-cooling różnią się wzajemnie nie tylko konstrukcyjnie, ale także cechują się zróżnicowanymi oszczęd­nościami energetycznymi;
  • w oparciu o analizę porównawczą niektórych rozwiązań free-cooling można wykazać, że różnice w kosztach eksploatacji mogą być bardzo znaczące;
  • w celu dokonania porównania różnych rozwiązań funkcji free-coling konieczne jest przeanalizowanie zachowania się układów free-cooling w pełnym zakresie występowa­nia temperatur zewnętrznych (kiedy następuje rozpoczęcie procesu free-cooling, moż­liwość równoległej pracy ze sprężarkowym układem chłod­niczym, kiedy dany układ free-cooling osiąga 100% wydaj­ność ziębniczą agregatu, itp.);
  • jak wynika z przepro­wadzonych analiz tylko roz­wiązania free-cooling, które pozwalają na pracę już od wysokich temperatur powie­trza zewnętrznego (niewiele niższych od wymaganej tem­peratury wody na powrocie z instalacji), równoległą pracę układu free-cooling i sprężara także na osiągnięcie pełnej wydajności chłodniczej przy stosunkowo wysokiej tempe­raturze powietrza zewnętrznego, cechują się największymi oszczędnoś­ciami energetycznymi;
  • rozwiązania tradycyjne oparte na trójdrogowym zaworze regulacyj­nym i dodatkowym wymienniku free-coling spełniają powyższe postulaty i powinny być rozpatrywane w pierwszej kolejności jako te cechujące się największymi oszczędnościami energetycznymi, prostotą, zintegrowanym sterowaniem oraz umożliwiające płynne przejście z pracy układu sprę­żarkowego na układ free-cooling bez konsekwencji dla instalacji (brak zmiany temperatury w układzie);
  • tylko w takich instalacjach, w których z różnych przyczyn nie jest możliwe wykorzystanie tradycyjnych rozwiązań free-cooling zalecane jest stosowanie innych metod free-cooling.
     

W niniejszym referacie pominięto analizę układu free-cooling opar­tego na agregacie chłodniczym ze skraplaczem chłodzonym cieczą oraz dry-coolerem połączonych ze sobą układem hydraulicznym umożliwia­jącym jednoczesną pracę dry-coolera w trybie free-cooling (free-cooler) oraz jako urządzenia odprowadzającego ciepło ze skraplacza agregatu chłodniczego.


Literatura

  1. B. Adamski: „Free-cooling pośredni czy bezpośredni? Dylemat inwestora i projektanta". Chłodnictwo i Klimatyzacja 08/2010
  2. B. Klimczuk: „Tzw. free-cooling w systemach z bezpośrednim odparowaniem syntetycznego czynnika chłodniczego" - Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 03/2010
  3. J. Kot: „DX free-cooling - w oczekiwaniu na polemikę" - Chłodnictwo i Klimatyzacja 05/2008
  4. B. Adamski: „Free-cooling^Free-cooling cz. 1" - Rynek Instalalcyjny 03/2011 [5] Biuletyny techniczne oraz DTR urządzeń CLIVET WSAT-XSC 65D-180F, CARRIER 30RB 232-522

 


Autor: mgr inż. Bartłomiej ADAMSKI - PZITS o/Kraków

Tekst artykułu na podstawie referatu prezentowanego na Forum Wentylacja-Salon Klimatyzacja 2011

Źródło: www.energiaibudynek.pl (05/2011).

 



KONTAKT wyślij zapytanie ofertowe

Zrzeszenie Audytorów Energetycznych

E-mail: zae@zae.org.pl

Tel: 505 676 805
Fax: 22 825 86 70
Adres:
ul. Świętokrzyska 20
00-002 Warszawa

Katalog firm

  • BOLID

    Bolid Sp. z o. o. - polski producent chillerów i stabilizatorów…
    BOLID
  • Coldteam

    Coldteam Sp z o. o to nowoczesna firma chłodnicza , której specjalnośc…
    Coldteam
  • ChillerTech Wiktor Aptacy

    ChillerTech Wiktor Aptacy to rodzinna firma działająca prężnie w branży chłod…