همه چیز در مورد سیستم فری کولینگ {مزایا+کاربردها}

سیستم فری کولینگ چیست؟

سیستم فری کولینگ یک فرایند است که در آن ضمن خارج کردن چیلر از مدار، می‌توان به کمک دمای پایین، هوای محیط آب سرمایشی مورد نیاز را فراهم نمود. البته چنین هوایی معمولا در اواخر پاییز، زمستان و اوایل بهار در دسترس می‌باشد. فرایند فری کولینگ را یکی از فرایندهای اقتصادی در نظر می‌گیرند که در آن به کمک هوای سرد محیط می‌توان دمای آب را کاهش داد و برای مصارف سرمایشی و سرمایش‌های صنعتی از آن بهره گرفت. آبی که از این طریق تولید می‌شود، می‌تواند بلافاصله در مدار مورد استفاده واقع شود و یا اینکه در داخل یک مخزن ذخیره گردد. این تجهیزات می‌توانند یا به شکل یکپارچه روی چیلر نصب شوند و یا به عنوان یک تجهیزات جداگانه به مدار چیلر اضافه گردند که در جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی کمک کننده باشند.

چگونگی عملکرد سیستم فری کولینگ

زمانی که دمای هوای محیط تا اندازه مورد نظری که قبلاً روی دستگاه فری کولینگ تعریف گشته است کم شود، همه یا بخشی از آب سرد از طریق یک شیر سه راهه از مدار خارج می‌شود و به سمت تجهیزات سیستم فری کولینگ هدایت می‌گردد. در آن قسمت درست مانند یک مبدل حرارتی هوای خنک ضمن چرخش تعداد زیادی فن، از طریق دمای پایین محیط آب سرد می‌شود. سپس این آب وارد مدار چیلر شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که دمای آب هنوز به اندازه کافی کم نشده باشد، از طریق تعدادی کمپرسورهای فعال شده در چیلر دمای آب به حد مورد انتظار شما خواهد رسید. جالب است بدانید که اگر دمای هوای محیط خیلی کم باشد، یعنی در صورتی که دمای هوا نسبت به آب سردی که مورد نیاز شماست بسیار پایین‌تر باشد، کل دستگاه چیلر خاموش می‌شود و همه آب مورد نیاز به وسیله سیستم فری کولینگ سرد می‌گردد. روزهای گرم نیز هنگامی که دمای هوای محیط بالا است، آب از طریق شیر سه راهه به سمت فری کولینگ هدایت نمی‌شود و به طور مستقیم به سمت اواپراتور چیلر منتقل می‌گردد.

اجزای سیستم فری کولینگ

اجزای این سیستم درست مانند چیلرهای معمولی است؛ منتها تفاوتی اجزای چیلر فری کولینگ با چیلر معمولی دارد این است که در فری کولینگ مبدل‌های حرارتی یک شیر سه طرفه و چند قطعه کنترلی دیگر دارند. این تجهیزات معمولا به دو شکل نصب و راه‌اندازی می‌گردد که عبارت‌اند از:

• به شکل مجزا: همانطور که گفتیم در روزهای سرد سال آب پیش از اینکه به چیلرها وارد گردد، به سمت سیستم فری کولینگ می‌رود و به وسیله هوای خنکی که توسط فن‌ها به وجود می‌آید، سرد می‌شود. در صورتی که این دما به حد مورد نیاز پایین نرود، چیلر غیر فعال خواهد شد و اگر هنوز دما به آن دمایی که مد نظر شماست نرسد، آب وارد اوپراتور چیلر می‌شود و متناسب با نیاز شما فقط قسمتی از کمپرسورهای چیلر فعال می‌شوند تا دمای آب را کاهش دهند؛ بدین ترتیب چیلر فقط با قسمتی از توان خود کار می‌کند و دقیقاً به همان اندازه انرژی برق را مصرف می‌نماید.
• به شکل یکپارچه: منظور از تجهیزات یکپارچه این است که علاوه بر کویل‌های کندانسور که حاوی مبرد هستند، یک ردیف کویل‌ها که حاوی آب جاسازی شده می‌باشند نیز است که در روزهای گرم سال از یک مدار خاص آب را وارد کویل کرده و توسط هوایی که به وسیله فن‌های کندانسور به حرکت در می‌آید، آب را خنک می‌کنند. این آب که خنک شده است داخل یک مبدل صفحه‌ای می‌شود و قبل از ورود به اپراتور چیلر سرد خواهد شد. در این مدل فن‌های مبدل حالت قبلی حذف می‌شوند و فن‌های کندانسور عمل خنکسازی را انجام می‌دهند.

کاربردهای سیستم فری کولینگ

در خصوص کاربردهای سیستم فری کولینگ باید بگوییم که هر نوع کاربرد سرمایش تهویه یا صنعتی که در آن به سرمایش احتیاج باشد، می‌تواند به وسیله این دستگاه انجام شود. برخی از رایج‌ترین کاربردهای سیستم فری کولینگ عبارت‌اند از:

° در بخش‌های داخلی یک پاساژ بزرگ تجاری ممکن است به دلیل شلوغی، احتیاج به تهویه هوا با دمای پایین باشد. از طرفی ممکن است محیط اطراف پاساژ نیز به گرمایش احتیاج داشته باشند. در چنین شرایطی می‌توان با فعال کردن سیستم گرمایش پاساژ، سیستم سرمایش را نیز فعال کرد و اگر تجهیزات فری کولینگ در آنجا فعال باشد، دیگر به کارکرد دائمی تجهیزات ایجاد آب سرد احتیاجی نیست. پس به کمک هوای سرد زمستان یا پاییز می‌توان دمای آبی که قرار است در فن کویل‌ها یا هواسازها به گردش درآید را کاهش داد و به حد مورد نظر رساند.

° بعضی از دستگاه‌های صنعتی در همه روزهای سال در حال کار هستند و اگر از چیلر در مدار آنها برای سرمایش استفاده شده باشد، جزو یکی از مناسب‌ترین گزینه‌ها برای نصب فری کولینگ می‌باشند. فقط کافیست که در مدار کنترل این چیلرها به شکل اتوماتیک و هوشمند سیستمی طراحی شود تا به محض کم شدن دمای محیط، سیستم را فعال کند تا آب مدار سرمایشی به سمت فری کولینگ منحرف گردد و بدون نیاز به کارکرد چیلر، سرمایش آب تامین شود.

° یکی از رایج‌ترین کاربردهای دستگاه فری کولینگ در مراکز پردازش اطلاعات با سوپر کامپیوترها است که اصطلاحا به این مراکز دیتاسنتر گفته می‌شود. با توجه به اینکه این مراکز در تمام طول سال به طور مداوم فعال هستند و احتیاج به تجهیزات سرد دارند و از طرفی برق زیادی را نیز مصرف می‌کنند، بهترین پتانسیل را برای نصب تجهیزات فری کولینگ دارا می‌باشند. فقط کافیست این تجهیزات را روی چیلرهای این مراکز نصب کنید تا در روزهای سرد سال تقریباً به طور رایگان این پردازنده‌ها خنک شوند.

مزایای سیستم فری کولینگ

از جمله مزایای فری کولینگ می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱ـ اولین مزیت این سیستم کاهش مصرف برق در روزهای سرد سال است؛ زیرا کمپرسورها و فن‌های چیلر را غیر فعال می‌کند و در مصرف انرژی سالیانه با توجه به منطقه‌ای که دستگاه در آنجا نصب می‌شود تا حد زیادی صرفه‌جویی خواهد کرد. البته باید بدانید که هر چقدر میانگین دمای هوای یک منطقه کمتر باشد، بهینه‌سازی انرژی نیز بیشتر خواهد بود.

۲ـ مزیت دوم این دستگاه افزایش عمر چیلر و کاهش استهلاک آن است؛ چرا که در طی این فرایند همه یا بخشی از کمپرسورها و فن‌های چیلر غیر فعال می‌شوند و مستهلک نخواهند شد.

۳- مزیت سوم فری کولینگ این است که طراحی و ساخت آن چندان پیچیده و پرهزینه نیست و احتیاج به تکنولوژی خاصی برای تولید و طراحی آن نمی‌باشد. برای راه اندازی فری کولینگ تنها با افزودن یک مبدل هوای خنک و سیستم کنترل هوشمند، می‌توانید نهایت بهره را بگیرید.

آیا استفاده از این سیستم در ایران به صرفه است؟

در کشورهای اروپایی یک چیلر حدوداً بین ۳۵ تا ۴۹ هزار یورو در طول سال انرژی الکتریکی مصرف می‌کند. اگر قیمت یورو را حدود ۱۰۰ هزار تومان در نظر بگیریم، در طول سال حدودا بین۳.۵ تا ۵ میلیارد تومان هزینه مصرف انرژی الکتریکی یک چیلر خواهد بود. از آنجایی که هزینه مصرف انرژی در کشورهای اروپایی بسیار بالاست، پس استفاده از این دستگاه‌ها در شرکت‌ها و کارگاه‌های صنعتی قابل توجیه می‌باشد و برای بهینه‌سازی دستگاه‌ها بسیار مفید است. به عنوان مثال در کشور انگلیس یک چیلر با توجه به میانگین دمای هوا در طول سال، می‌تواند ۳۵ درصد از مصرف انرژی بکاهد که حدوداً معادل ۱۲ تا ۱۷ هزار یورو در سال است.

اما در کشور ایران به دلیل اینکه هزینه مصرف انرژی چه از طرف تولید کننده و چه از طرف مصرف کننده پایین است، برای استفاده از تکنولوژی‌هایی نظیر فری کولینگ، استقبال کمتری وجود؛ یعنی فقط در مواردی که بتوان با صرف هزینه پایین به صورت چشمگیری هزینه‌های مصرف انرژی را کم کرد، بهره‌گیری از این دستگاه مناسب می‌باشد. البته این را نیز باید بدانید که از آنجایی که تنها مزیت دستگاه فری کولینگ مصرف انرژی نیست، پس استفاده از آن برای فضاهای مختلف و تجهیزات صنعتی، قابل توجیه اقتصادی می‌باشد.