System free-coolingu w urządzeniach klimatyzacyjnych, jako sposób na zmniejszanie zużycia energii podczas tworzenia warunków komfortu cieplnego, był już kilkakrotnie tematem artykułów zamieszczanych na łamach Ch&K.
Sytuacja na rynku energii zmienia się na naszych oczach. Koszty nośników energii w sposób ustawiczny się zwiększają i nie są to tylko działania spekulacyjne. Coraz częściej dowiadujemy się o wzroście cen ropy naftowej, gazu ziemnego lub węgla. Coraz częściej wśród dyskusji politycznych stawiana jest sprawa „bezpieczeństwa energetycznego”. 

     Wyższe koszty nośników energii coraz częściej też, są przedmiotem uwagi nas wszystkich, czyli –„zwykłych zjadaczy chleba”. Na naszych oczach dokonuje się przewartościowanie wielu pojęć i postaw, które mają związek ze słowem „energia”. Czy mogą to być zatem pierwsze objawy poważnej choroby zagrażającej nam wszystkim a określanej jako „kryzys energetyczny”? Wydaje się to wielce prawdopodobne. Taki stan będzie się prawdopodobnie pogłębiał do czasu przejścia z wytwarzania energii z technologii spalania węgla (jako pierwiastka) na inne technologie. Prace nad nimi są intensywnie prowadzone w wielu światowych ośrodkach naukowych.

    Następstwem tego są liczne programy wymuszające oszczędności zużycia energii w praktyce dotykające wszystkich jej odbiorców. Dla odbiorców przemysłowych wprowadzane są limity wynikające z emisji gazów cieplarnianych (dwutlenku węgla), a odbiorców komercyjnych od początku przyszłego roku obowiązywały będą charakterystyki energetyczne budynków. Stąd szczególnie istotna w dzisiejszych czasach staje się sprawność energetyczna stosowanych rozwiązań, gdyż właściciele budynków koncentrują się na redukcji zużycia energii i pośrednio ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
     Jak zatem pogodzić dwie sprzeczności: coraz większą energochłonność projektowanych budynków biurowych wynikającą z coraz większej ilości sprzętu elektronicznego na stanowiskach pracy (komputery, serwery, systemy klimatyzacji) z koniecznością dramatycznego obniżania kosztów zużywanej energii, a co za tym idzie kosztów eksploatacyjnych? Jak zapewnić komfort temperaturowy pomieszczeń projektując powierzchnie typu „open space„ nie znając dokładnie obciążeń cieplnych, które będą wprowadzone przez przyszłego najemcę? Są to dylematy znane doskonale każdemu projektantowi branży instalacyjnej. Co więcej, jasnych odpowiedzi na to pytanie nie można się spodziewać także ze strony inwestora.

    Firma Carrier, działając globalnie na rynkach światowych, od wielu lat monitorowała te problemy. We wszelkich dyskusjach, niezależnie od miejsca ich prowadzenia, krążyły one wokół tego samego problemu. Okazało się, że niezbędne jest wprowadzenie na rynek agregatów chłodniczych (chillerów), które w sezonach zimowych, oraz w przejściowych, będą produkowały wodę chłodniczą w systemie free-cooling. Podnoszono jednak warunek, że muszą one być pozbawione mankamentów technicznych i eksploatacyjnych, jakie posiadają tego typu urządzenia już istniejące na rynku.
     Po wielu latach prac studyjnych oraz przy zastosowaniu kilku międzynarodowych patentów, została wdrożona nowa konstrukcja rodziny agregatów wody lodowej (seria 30RB ze sprężarkami scrol l i R410A oraz seria 30XA ze sprężarkami śrubowymi i R134A) wraz z rewolucyjnym systemem free-cool ing zastosowanym w obiegu freonu. To nowatorskie rozwiązanie wykorzystuje znane zjawisko termosyfonu z zainstalowaną pompą odśrodkową dla zwiększenia intensywności przepływu freonu. Schemat obiegu freonu dla cyklu „sprężarkowego” i „free-cooling” przedstawiony jest na rys. 1.

Działanie zespołu w cyklu free-cooling
     Praca zespołu różni się istotnie od standardowego cyklu sprężarkowego. W pewnym uproszczeniu, działanie systemu można opisać z wykorzystaniem wykresu Moillera. Wyróżniamy cztery następujące po sobie etapy pracy układu chłodniczego:
● woda przepływając przez parownik oddaje swoje ciepło do czynnika chłodniczego powodując jego odparowanie. W wyniku zjawiska termosyfonu, pary przemieszczają się do skraplacza;
● zawór na rurociągu ssawnym kontroluje wielkość przepływu między parownikiem a skraplaczem;
● w skraplaczu ciepło czynnika chłodniczego oddawane jest do powietrza poprzez wykorzystanie wentylatorów skraplacza, w rezultacie czego następuje skroplenie czynnika chłodniczego;
● zainstalowana mała pompa obiegowa wspomaga powrót ciekłego freonu do parownika, gdzie cykl rozpoczyna się na nowo bez udziału sprężarek.

     Wydajność chłodnicza kontrolowana jest poprzez elektroniczny zawór rozprężny EXV oraz stopniowanie pracy wentylatorów skraplacza. Przełączenie urządzenia z cyklu pracy sprężarkowej na free-cooling dokonywane jest automatycznie przez system sterowania. Urządzenie może pracować w sposób ciągły przy różnicy temperatur 6o pomiędzy wymaganą temperaturą wody wyjściowej i temperaturą powietrza zewnętrznego. W celu podniesienia efektywności pracy często w okresach zimowych stosuje się podniesienie temperatury wyjściowej wody chłodniczej z np. 7 do 10^oC. Może to być dokonywane automatycznie przez zespół na podstawie wprowadzonego algorytmu pracy.

     Zakres pracy opcji free-cooling to:
● temperatura wody wyjściowej: 5 do 26^oC;
● temperatura powietrza zewnętrznego: - 20 do +25^oC. (...)

Wyeliminowanie wad systemów free-cooling
(...)

Wysoka sprawność także w rozwiązaniach przemysłowych
(...)