فری کولینگ به معنای استفاده از هوای سرد محیط (به خصوص در اواخر پاییز، زمستان و اوایل بهار) برای خنک کردن آب چیلر در سیستم های سرمایشی است. در این روش، به جای استفاده از سیکل تبرید مکانیکی (که نیازمند کمپرسور و مصرف انرژی بالاست)، از دمای پایین هوای محیط بهره برداری می شود؛ به همین دلیل «خنک کاری آزاد» یا «اکونومایزر» نیز به آن می گویند.
خرید انواع چیلر با بهترین قیمت
در فروشگاه چیلر فن کویل
ساختمانی، صنعتی، دیتاسنتر و…
اصول انتقال حرارت
انتقال حرارت به طور طبیعی از نقطه دمای بالاتر به نقطه دمای پایین تر صورت می گیرد. در سیستم های تبرید، جریان حرارت معکوس شده و انرژی مصرف می شود. اما در فری کولینگ، با بهره گیری از هوای سرد بیرونی، به طور طبیعی و بدون مصرف زیاد انرژی، آب خنک تولید می شود.
نحوه عملکرد سیستم سیستم فری کولینگ چگونه است؟
سیستم فری کولینگ یک راهکار هوشمند برای کاهش مصرف انرژی در فرآیند خنک کاری است. این سیستم زمانی وارد عمل می شود که دمای هوای بیرونی به اندازه کافی پایین باشد (معمولاً کمتر از ۱۳ یا ۵ درجه سانتی گراد). در چنین شرایطی، به جای استفاده از کمپرسورها و سیکل تبریدی که مصرف انرژی زیادی دارند، سیستم از سرمای طبیعی محیط برای خنک کردن آب چیلر استفاده می کند.
فرآیند کار به این صورت است که یک شیر سه راهه (Triple Valve) مسیر بخشی از آب چیلر را تغییر داده و آن را از مدار چیلر به سمت مبدل حرارتی (کویل هوا/آب) هدایت می کند. در این مبدل، هوای سرد محیط که توسط فن های مخصوص یا فن های کندانسور هدایت می شود، از روی کویل عبور کرده و باعث کاهش دمای آب خواهد شد. سپس، آب خنک شده دوباره به مدار اصلی بازمی گردد و به تجهیزات موردنیاز انتقال می یابد.
در صورتی که دمای محیط بسیار پایین باشد، سیستم چیلر به طور کامل خاموش می شود و کل فرآیند خنک کاری تنها از طریق فری کولینگ انجام می گیرد. اما اگر دمای بیرونی در حدی نباشد که سرمای لازم را به تنهایی تأمین کند، سیستم در حالت ترکیبی کار خواهد کرد. یعنی بخشی از خنک کاری توسط هوای آزاد انجام می شود و در صورت نیاز، کمپرسورها وارد مدار شده و دمای آب را به مقدار مطلوب می رسانند.
حالت های عملکرد
- خنک کاری آزاد (Free Cooling): در دماهای بسیار پایین، تنها فن ها و پمپ های سیستم کار می کنند.
- خنک کاری ترکیبی: در دمای بین ۵ تا ۱۵ درجه سانتی گراد، بخشی از بار خنک سازی توسط فری کولینگ تأمین شده و باقی مانده با کمک کمپرسورها تکمیل می شود.
- خنک کاری مکانیکی: در دماهای بالاتر از ۱۵ درجه، سیستم به صورت کامل به سیکل تبرید مکانیکی متکی می شود.
آشنایی با اجزا و انواع نصب سیستم فری کولینگ
اجزای اصلی سیستم سیستم فری کولینگ به شرح زیر است:
- شیر سه راهه: جهت هدایت آب بین مدار چیلر و مبدل حرارتی.
- مبدل حرارتی (کویل هوا/آب): برای انتقال حرارت از آب به هوای محیط.
- فن ها: جهت عبور هوای سرد از روی کویل.
- پمپ یا سیستم کنترل: برای جابجایی آب بین بخش های مختلف سیستم.
- کمپرسور (در حالت ترکیبی یا مکانیکی): در صورت نیاز برای کاهش دمای آب در حد مطلوب.
روش های نصب سیستم فری کولینگ را می توانید در لیست زیر مطالعه کنید:
- سیستم های مجزا:
در این حالت کویل های فری کولینگ به صورت جداگانه نصب شده و از طریق لوله کشی و شیرآلات کنترل به مدار چیلر متصل می شوند.
- سیستم های یکپارچه:
در کنار کویل های کندانسور، یک ردیف کویل حاوی آب قرار داده می شود که با همان فن های کندانسور عمل خنک کاری انجام می دهد. این طرح به حذف تجهیزات اضافی (مانند فن های جداگانه) کمک می کند.
انواع سیستم های فری کولینگ بر اساس منبع خنک کننده
انواع سیستم های فری کولینگ را می‌توانید در این قسمت مطالعه کنید.
۱. سیستم های هوایی (Air-Based Free Cooling)
سیستم های هوایی، از هوای سرد محیط برای کاهش دمای آب یا هوا استفاده می کنند و به دو نوع مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می شوند:
- خنک کاری هوایی مستقیم:
در روش خنک کاری هوایی مستقیم هوای سرد بیرون مستقیماً وارد فضا یا کویل های حرارتی می شود و عملیات خنک سازی را انجام می دهد. این فرایند مشابه باز کردن پنجره در یک روز سرد برای خنک سازی یک اتاق است.
- خنک کاری هوایی غیرمستقیم:
اما در خنک کاری هوایی غیرمستقیم هوای بیرونی از طریق یک مبدل حرارتی هوا/هوا، بدون ورود مستقیم به فضای داخلی، حرارت را از آب یا هوای گرم داخلی جذب کرده و از محیط خارج می کند. این روش مانع ورود آلودگی و رطوبت ناخواسته به فضای داخلی شده و برای محیط هایی که نیاز به هوای تمیز دارند (مانند دیتاسنترها و بیمارستان ها) عالی است.
۲. سیستم های آبی (Water-Based Free Cooling)
در این سیستم ها به جای هوا، از منابع آب طبیعی خنک مانند دریا، رودخانه، چاه های آب زیرزمینی یا آب های خروجی از برج های خنک کننده، برای کاهش دمای مدار سرمایشی استفاده می شود. برای انتقال حرارت در این روش، می توان از فناوری های مختلفی بهره گرفت:
- چرخه استرینر (Strainer Cycle):
آب خنک در چرخه استرینر (Strainer Cycle) از منبع طبیعی جمع آوری شده و پس از فیلتر شدن، برای خنک کاری مورد استفاده قرار می گیرد.
- جریان طبیعی مبرد (Thermosiphon):
با روش جریان طبیعی مبرد و به کمک اصول ترمودینامیکی جریان طبیعی، مبرد درون سیستم بدون نیاز به پمپ و صرف انرژی اضافی، به گردش درمی آید و فرآیند خنک کاری انجام می شود.
- مبدل حرارتی صفحه ای (Plate and Frame Heat Exchanger):
در روش مبدل حرارتی صفحه ای (Plate and Frame Heat Exchanger)، حرارت از آب گرم سیستم به آب سرد بیرونی (مانند آب دریا یا رودخانه) از طریق صفحات فلزی منتقل می شود، بدون اینکه این دو جریان با هم ترکیب شوند. این فرآیند یکی از بهینه ترین روش های انتقال حرارت است که کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی سیستم را به دنبال دارد.
تا دریافت مشاوره تخصصی و خرید
فقط یک تماس فاصله دارید
کاربردهای سیستم فری کولینگ چیست
سیستم فری کولینگ در کجا استفاده می شود؟ اگر سوالی شبیه به این دارید، حتما ادامه این بخش را بخوانید:
- در ساختمان های تجاری و تهویه مطبوع:
- پاساژها، هتل ها و بیمارستان ها که همزمان نیاز به گرمایش (در نزدیکی پنجره ها یا نواحی بیرونی) و سرمایش (در بخش های داخلی با تراکم جمعیت بالا) دارند.
- استفاده در سیستم های هواساز، روفتاپ پکیج و فن کویل ها.
- در صنعت و مراکز داده:
- صنایع با کارکرد ۲۴ ساعته مانند دستگاه های تزریق پلاستیک، صنایع دارویی و دیگر فرآیندهای صنعتی.
- دیتا سنترها که به سرمایش مداوم نیاز دارند و کاهش مصرف انرژی نیاز است.
مزایا و اثرات اقتصادی سیستم فری کولینگ
آمار صرفه جویی در مصرف انرژی به وسیله فری کولینگ به شرح زیر است:
- کاهش مصرف برق تا ۷۵ درصد در روزهای سرد به دلیل خاموش شدن یا کاهش فعالیت کمپرسورها و فن ها.
- کاهش هزینه های سالانه انرژی (مثلاً در یک چیلر ۳۰۰ کیلووات در کشورهای اروپایی می تواند تا ۳۵ درصد صرفه جویی کند).
کاهش خطر ابتلا به بیماری هایی مانند Legionella نسبت به سیستم های مبتنی بر برج های خنک کننده.
سیستم های فری کولینگ راهکاری اقتصادی هستند که با بهره گیری از هوای سرد طبیعی محیط، امکان تولید آب چیلر با مصرف انرژی بسیار پایین را فراهم می کنند. این سیستم ها با طراحی های یکپارچه یا مجزا و امکان به کارگیری در دو سیستم هوایی و آبی، انعطاف پذیری بالایی در کاربرد دارند. استفاده از این سیستم ها علاوه بر کاهش مصرف انرژی، باعث افزایش عمر تجهیزات و کاهش هزینه های نگهداری و تعمیر نیز می شود.
بیشتر بخوانید
استفاده از چیلر برای کاهش دمای آب جکوزی
چیلر فلودد چیست Flooded و تفاوت آن با چیلر DX
چیلر توربوکر چیست Turbocor مناسب چه مکان هایی است
خنک کاری دستگاه های صنعتی با چیلر
