A szabadhűtés hatékony megoldás lehet a hűtőrendszer energiafogyasztásának csökkentésére
A szabadhűtésnek többféle felhasználási változata és alkalmazási területe van. Az alkalmazhatóságot három fő tényező határozza meg: a földrajzi elhelyezkedés, az időjárási viszonyok és a kiszolgálandó épület vagy a technológia. A módszerek szerteágazóak. Ha a rendszer megengedi, alkalmazható friss levegős szabadhűtés gépi szellőztetéssel, vagy akár anélkül. Az utóbbi ipari méretben inkább átgondolt építészeti megoldást jelent, mint gépészeti megfontolást és nagyon kedvező, de az alkalmazás lehetőségei korlátozottak, pedig háztartási méretben mindenki alkalmazza, aki hűvös nyári hajnalon ablakokat nyit otthon.
Közvetítőközeges hűtőrendszerek esetében a hőhordozó közeg lehűtésének lehetőségét kell megvizsgálni. Ahhoz, hogy a szabadhűtés használható legyen, a külső hőmérsékletnek a hűtendő közeg hőmérséklete alatt kell lennie, és fenn kell állnia hűtési igénynek. Hűtési igény hűvös időben fennállhat ipari folyamatoknál, adatközpontokban, bármilyen olyan helyiségben, ahol nagy a belső hőfelszabadulás vagy a szoláris nyereség. Itt még mindig több megoldás közül választhat a felhasználó az igényei és beruházási keret szerint. Létezik direkt expanziós, önálló szárazhűtős és integrált szárazhűtős megoldás, ha csak a levegő forrású hidraulikai szabadhűtésnél maradunk. A direkt expanziós szabadhűtés alkalmazhatósága és rugalmassága korlátozott, mert a működéséhez nagyobb hőmérsékletkülönbségre van szükség, mint a szárazhűtős megoldásoknak, valamint ebben az esetben a vegyes üzem kizárt, ezért jelen írás részletesebben a szárazhűtős szabadhűtéssel fog foglalkozni.
A szárazhűtős szabadhűtés alkalmazható a hagyományos folyadékhűtős rendszerrel összhangban, ha azt a fentebb említett körülmények lehetővé teszik, és a felhasználó igényei megkívánják. Kis hidraulikai átalakítással, egy léghűtésű szárazhűtő beépítésével a rendszer készen áll. A szárazhűtőt többféleképp be lehet építeni, de célszerű a folyadékhűtő előtt elhelyezni, a bypasshoz és esetleg a vegyes üzemhez megfelelő szelepekkel ellátni. A folytatásban a következő feltételeket tekintjük adottnak: egész éves hűtési igény, Magyarországra jellemző éghajlat. A szárazhűtő nélküli rendszerben egész évben üzemel a kompresszoros hűtés. Ahogy csökken a külső hőmérséklet úgy nő a teljesítménytényező, vagyis egységnyi hűtési energiát annál kevesebb villamosenergiába kerül előállítani. Az EER érték egy szokványos 7/12-es rendszernél 0°C-ban persze több tényezőtől függ, de akár 8-9 körüli is lehet. Ilyen körülmények között kérdéses, hogy ha ennyire hatékony a hűtési rendszer, akkor mennyivel előnyösebb szabadhűtést használni.
A hűtési rendszert terhelik a villamosenergia átalakítás, a kompresszorok, az áramlás és hőátadás veszteségei, míg szabadhűtés üzemben ezekkel nem kell számolni. A közös pont a szivattyú, amelynek a fogyasztása egyes üzemállapotokban eltérő lehet, hiszen a szabadhűtő és a folyadékhűtő hőcserélőjének nyomásesése különbözik, azonban tény, hogy szivattyút mindkét esetben használni kell, ezt a különbséget viszont esetünkben elhanyagolhatónak tekinthetjük. Egy szabadhűtő esetében így már csak egy nagyobb fogyasztóval kell számolnunk, a ventilátorral. Ha 200 kW hűtési teljesítményt szeretnénk leadni a hűtőközegnek, azt a hőcserélő felület és a ventilátor választástól függően 7-10 kW villamos teljesítmény felhasználásával tudjuk megtenni. Ez 20-28-as EER értéket jelent. Látható tehát, hogy a nagyon jó teljesítménytényezővel működő mechanikai hűtésnél a szabadhűtés példánkban min. 2-3-szor hatékonyabb. Ennyivel lesz kevesebb a villamos teljesítményfelvétel, és ennyivel lesz alacsonyabb a villanyszámla erre az időszakra vonatkozóan.
Ha megnézzük a hőfokgyakorisági görbét, akkor felmerülhet a kérdés, hogy megéri-e a beruházás, hiszen az év töredékében van a külső hőmérséklet a példaként használt 0°C alatt. Ez tervezési, szabályozási és megint csak beruházási költség kérdése. A hőcserélőt lehet úgy is méretezni, hogy a teljes teljesítmény igényt már akkor kielégítse, amikor a külső hőmérséklet 3-5 K-nel az előremenő hőmérséklet alatt van, ezzel kiterjesztve a működési időt és a beruházási költségeket.
További lehetőség a vegyes üzem használata, ami a szabályzást bonyolítja, de kifejezetten előnyös lehet. Valójában onnantól, hogy a külső hőmérséklet akár 1 K-nel a visszatérő hőmérséklet alatt van, a szárazhűtő már képes hőt leadni, a maradék teljesítményigényt pedig a folyadékhűtő látja el. Így a rendszer esetünkben akár már 11°C külső hőmérséklettől üzemképes, persze itt a szárazhűtőből kinyerhető teljesítmény részaránya még nagyon alacsony.
Olyan ipari folyamatoknál, adatközpontoknál, ahol van lehetőség a hőfoklépcső emelésére 15/20, vagy 20/25°C-ra, a szabadhűtés már az évnek akár felében üzemelhet. A megtakarítás jelentős mértékű lehet, de mivel függ az üzemeltetéstől, az üzemóráktól, a kiszolgálandó rendszertől, nem lehet százalékos becslésekbe bocsátkozni, ezt projektenként kell kiszámolni.
A gyártók különféle lehetőségeket kínálnak szabadhűtés megvalósítására. A hidraulikai szabadhűtésnél maradva két opció lehetséges, az önálló szárazhűtős és az integrált szabadhűtés. Az önálló szárazhűtőnél a tervező és a beruházó kezében van a döntés, hogy milyen teljesítményre, zajszintre, körülményre választják ki a berendezést, mekkora helyet szánnak neki. A szabályzás megvalósítása, cső- és villamos vezetékek kiépítése ebben az esetben plusz tervezői, kivitelezői feladat és költség a szabadabb mozgástérért cserébe.
Az Aquaciat Power LD folyadékhűtőkhöz elérhető integrált szabadhűtés Plug & play jellegű, itt a CIAT leveszi a rendszer és automatika tervezési, kivitelezési plusz feladatok költségeit a beruházóról. A Connect touch szabályzó üzemelteti a mechanikai- és a szabadhűtést egyszerre vagy külön-külön, beleértve az üzemmód váltást, a szelepeket, a ventilátorokat. Nem szükséges többlet csővezetéket kiépíteni, a ventilátorok azonosak a kondenzátor ventilátorokkal, így gyakorlatilag egy berendezés látja el kettő feladatát. A megoldás fő korlátja a méret, hiszen a folyadékhűtő kerete adott, bizonyos mennyiségű szárazhűtő integrálható a rendszerbe, ezzel korlátozva a beépíthető szabadhűtési teljesítményt.
Mindkét esetben, mivel a berendezések kültéren helyezkednek el, elkerülhetetlen a fagyállóval való feltöltés. Ha ez valamilyen okból nem lehetséges, az Aquaciat Power LD folyadékhűtőkhöz elérhető „glycol free free cooling” opció nyújthat segítséget, ami tartalmazta a beépített leválasztó hőcserélőt és a keringető szivattyút is, így csak a szabadhűtő köre van glikollal töltve és a fagyvédelem a kültéri körben megoldott.
A szabadhűtés hatékony megoldás lehet a hűtőrendszer energiafogyasztásának csökkentésére, és akár belátható időn belül megtérülhet, ha az üzemórák száma ezt lehetővé teszi. A szabadhűtés potenciális nyeresége és üzemképessége annál magasabb, minél magasabb hőmérsékletű rendszert szolgál ki. Egyszerű és relatíve olcsó, környezetbarát kiegészítő hűtési megoldást nyújthat mindenkinek, aki hatékony rendszert szeretne építeni és üzemeltetni.
