Системи за свободно охлаждане в сградни приложения (free cooling)

25.02.2020, брой 1/2020 / Технически статии / ОВК оборудване

  • Системи за свободно охлаждане в сградни приложения (free cooling)
  • Системи за свободно охлаждане в сградни приложения (free cooling)
  • Системи за свободно охлаждане в сградни приложения (free cooling)
  • Системи за свободно охлаждане в сградни приложения (free cooling)

Технически статии

 

Т. нар. свободно охлаждане (free cooling) е икономичен метод за интегриране на естествено охлаждане в сградната климатизация. Допълнителен източник на студ могат да бъдат например ниските външни температури, които да се използват за охлаждането на вода или друг работен флуид в ОВК системата. Охладената вода е възможно да бъде използвана веднага, като се задейства движението й в инсталацията, или да бъде съхранена за по-нататъшна употреба.

Технологии за свободно охлаждане се прилагат във все повече системи за климатизация на жилищни, търговски и обществени помещения, както и в обекти с повишени изисквания за охлаждане като центрове за данни и сървърни стаи. Принципът позволява използване както на ниво единична сграда, така и за комунални цели.

Източник на естествена енергия на охлаждане може да бъде външният въздух (особено нощният), морска или езерна вода на голяма дълбочина, геотермална енергия, както и хладен въздух от зони с голяма надморска височина. Икономически най-ефективно се оказва използването на студен външен въздух като допълнителен източник на охлаждане в сградните системи за климатизация.





Принцип на работа

Когато температурата на въздуха в помещението или сградата се повиши до предварително зададена стойност, специален модулиращ вентил активира подаването на дадено количество предварително охладена вода през съществуващ чилър към системата за свободно охлаждане. Благодарение на възможността водата да бъде охладена предварително с помощта на въздуха извън сградата (в моментите, когато той е с най-ниска температура, например нощем) системата използва много по-малко енергия от конвенционалните климатични инсталации.

Особено ефективен се оказва методът през зимния сезон, когато са налице големи спадове във външните температури и сериозен потенциал за съхранение на енергия за охлаждане. Системите за свободно охлаждане могат да функционират или самостоятелно (без допълнителен механичен източник на климатизация), или в комбинация с конвенционално ОВК решение като средство за подобряване на енергийната му ефективност.

При ниски външни температури охладената вода може само да преминава през съществуващ чилър, без той реално да работи, осигурявайки до 75% по-ниска консумация на енергия без компромис с изискваните нива на охлаждане и комфорт.

 


Популярни методи

Има 3 популярни метода за интегриране на свободно охлаждане в сградната климатизация чрез връзка с охладителните кули. При първия водният поток от охладителните кули директно се захранва към цикъла на климатичната система. При отворените кули се използват специални филтри, които задържат замърсяванията. Потенциалът за енергоспестяване е свързан с възможността чилърите да не се включват изобщо, когато температурната разлика го позволява. Този вариант обаче крие риск от корозия на инсталацията.

Вторият метод е свързан с пластинчат топлообменник, който пренася топлинна енергия директно от цикъла на климатизацията към цикъла на охладителната кула. Така двата водни потока на практика не се смесват, а охлаждащият флуид, циркулиращ в климатичната инсталация, не навлиза в потока към охладителните кули. Енергоспестяване се постига благодарение на намаленото натоварване върху чилърите. Необходима е обаче помпена система, която да компенсира разликите в налягането, което до известна степен редуцира ползите.

Третият метод е базиран на т. нар. "хладилна миграция". При него вентилно устройство във водния чилър отваря директна връзка между кондензатора и изпарителя. Сравнително топлият флуид в цикъла на чилъра изпарява хладилния агент, а енергията се пренася директно към кондензатора, където се извърша охлаждане и кондензация с помощта на водния поток от охладителната кула. Системите от този тип се възползват от принципа, че хладилният агент се придвижва към най-студената точка в една хладилна верига. Тук се постига икономия на енергия, тъй като не се налага компресорът да се задейства посредством електричество, когато вентилаторите и помпите работят.




Приложение в центрове за данни

Охлаждането на центровете за данни и сървърните помещения изисква много енергия, поради което свободното охлаждане може да бъде идеално решение за пестене на енергия. Методът може да бъде приложен дори при почти незабележима разлика между външните и вътрешните температури от порядъка на един градус. Това означава, че в един непрекъснато функциониращ (24/7) център за данни с типична температура 24°C през 95% от годишната му експлоатация може да бъде използвано свободно охлаждане.

В допълнение към възможностите за икономия на електроенергия благодарение на понижените потребности от механично охлаждане, паралелното свободно охлаждане увеличава ефективността на частичното натоварване на компоненти като вентилатори, инверторни помпи и центробежни компресори. Честотното управление на такива устройства позволява натоварването им да бъде изключително прецизно адаптирано към моментните потребности от охлаждане, като така се намалява консумацията на енергия и се редуцира ненужното износване на механичните компоненти.

В центрове за данни и сървърни помещения се прилагат 2 основни типа системни конфигурации с интегрирано свободно охлаждане. Първата включва интегрален чилър, който работи заедно с агрегат за свободно охлаждане. Чилърите от интегрален тип са подходящи за обекти с ограничения в пространството и могат да осигурят висока енергийна ефективност на приложението. Обикновено такива системи включват конусни и винтови компресори, аксиални вентилатори и трипътни модулиращи клапани.

Вторият вариант включва независим свободен охладител с голям капацитет за топлообмен, оразмерен така, че да максимизира ефективността. За целта се осигурява по-голяма площ за обмен на топлинна енергия. Независимите свободни охладители могат да постигнат високи икономии на енергия от порядъка на 70%.


 

Предимства и възможности

Използването на температурни сензори и контролери позволява т. нар. стъпково охлаждане, което прави възможен плавния преход между механична климатизация и свободно охлаждане. В една примерна конфигурация с шест чилъра в даден могат да работят произволен брой от тях в комбинация с наличния ресурс за свободно охлаждане, а в резултат се поддържат постоянни температури в помещението или сградата. Останалите чилъри остават в standby режим, докато не се наложи включването им. При комбинация от чилъри с въздушно и свободно охлаждане, контролната логика задава такава последователност на работа, че при ниски външни температури чилърът със свободно охлаждане да се задейства пръв.

В центрове за данни и други обекти в повишени изисквания за охлаждане консумацията на енергия за климатизация е най-голямото перо в експлоатационния бюджет. За 5 или 6 години в такова помещение разходите за охлаждане на един сървърен рак например могат да надминат първоначалната инвестиция за закупуване на самото оборудване. Агрегатите за свободно охлаждане в такива приложения обикновено се изплащат за сравнително кратък период от година или две, много по-бързо от конвенционалните системи за механична климатизация.

 

 

Комбинация с адиабатно охлаждане

Адиабатното охлаждане, комбинирано със система за директна или индиректна климатизация, представлява ефективна алтернатива с голям потенциал за икономия на енергия при мащабните сградни инсталации. В по-компактните системи, базирани на чилъри за свободно охлаждане, също могат да бъдат интегрирани принципи на адиабатно охлаждане с цел значително подобряване на оперативната ефективност. При адиабатното охлаждане се извършва трансфер на енергия между системите чрез водна медия, като в резултат е възможно да се постигне значително понижаване на температурата на въздуха в топли и сухи условия.

Охладената чрез метода вода впоследствие може да се използва като допълнителен източник на студ и в комбинация със свободно охлаждане да елиминира напълно нуждата от механична климатизация в дадени обекти с по-ниски изисквания. При повишени изисквания към охлаждащата инсталация е препоръчително използването на допълнителен механичен модул, който да повиши капацитета на системата за свободно с интегрирано адиабатно охлаждане до необходимите нива.



 

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Доставчици на решения за дейта центрове – част 2

Решения за окабеляване на центрове за данни от Шрак ТехникПроекти, реализации

Решения за окабеляване на центрове за данни от Шрак Техник

В областта на окабеляване на центрове за данни Шрак Техник предлага високопроизводителна гама предварително подготвени медни перманент линк кабели Led Link Line. Продуктите се асемблират в заводска среда и се тестват със сертификационен тестер, като генерираният тестови протокол съпровожда продукта до момента на непосредствена инсталация.

Вайд-Бул: Двойните подове са подходящо решение за дейта центрове и сървърни помещенияПроекти, реализации

Вайд-Бул: Двойните подове са подходящо решение за дейта центрове и сървърни помещения

Фирма Вайд-Бул ЕООД е пионерът в сферата на доставка и монтаж на двойни подове в България. За първи път представихме това решение в далечната 1991 година.

Инсталации в центрове за данни в БългарияПроекти, реализации

Инсталации в центрове за данни в България

Списание ТД Инсталации представя редакционен материал, посветен на решения, намиращи приложение в реализацията на дейта центрове. Материалът стартира с описание на два от действащите центрове за данни в България.

Енергийно ефективни центрове за данни – част ІІТехнически статии

Енергийно ефективни центрове за данни – част ІІ

В продължение на статията от миналия брой, в която представихме някои насоки при проектирането и избора на оборудване за подобряване на енергийната ефективност в центровете за данни, в настоящия материал се фокусираме върху ефективния контрол на микроклимата в сървърните помещения.Стратегията за регулиране на въздушните потоци в центровете за данни включва подходи на проектиране и конфигуриране, насочени към максимално утилизиране на отпадъчната топлина и минимизиране или елиминиране на смесването между охлаждащия въздух, подаван към оборудването, и отработения горещ въздух.

Енергийно ефективни центрове за данни – част І

Центровете за данни могат да консумират до 100 или 200 пъти повече електричество от обикновените офиси. Поради тази причина към тях се насочват все повече мерки за ефективно използване на енергията, които да снижат разходите и потреблението.

 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание ТД Инсталации. TLL Media © 2020 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top