سیستم فری کولینگ فرآیندی است که در آن با خروج چیلر از مدار و با استفاده از دمای پایین هوای محیط (در اواخر پاییز ، زمستان و اوایل بهار) آب سرد (سرمایشی) مورد نیاز برای سرمایش فراهم می شود.

باتوجه به این موضوع که در این سیستم از هوای سرد محیط (هوا با دمای کم) برای کاهش دمای آب سرد استفاده می­ شود این روش اقتصادی است که از این آب می ­توان برای مصارف سرمایشی تهویه یا سرمایش صنعتی بهره برد. آب سرد تولید شده با این روش می تواند بلافاصله در مدار مورد استفاده قرار بگیرد و در غیر این­صورت داخل مخزنی ذخیره شود. این تجهیزات را می ­توان از ابتدا به صورت یک پارچه بر روی چیلر نصب کرد و یا اینکه آن را به عنوان تجهیزاتی مجزا در راستای بهینه سازی مصرف انرژی به مدار چیلر اضافه نمود.

چگونگی عملکرد سیستم   Free Cooling

با کاهش دمای هوای محیط تا میزان مورد نظری که از قبل روی دستگاه تعریف شده، تمام یا قسمتی از آب سرد مدار چیلر توسط یک شیر سه راهه (Valve) از مدار خارج شده ( by-pass ) و به سمت تجهیزات سیستم فری کولینگ هدایت می ­شود که در آن، تعدادی فن با چرخش دمای پایین محیط بیرون را از اطراف کویل‌های حاوی آب عبور می­ دهند که این عمل دمای آب سرد را کاهش می ­دهد.

در مرحله بعد این آب وارد مدار چیلر می­ شود و در صورتی که دمای آن هنوز به اندازه کافی کاهش پیدا نکرده باشد، برای رسیدن به دمای مورد نظر یک یا تعدادی از کمپرسورهای چیلر فعال شده و دمای آب را کاهش می ­دهند.

در صورتی که دمای هوای محیط پایین تر از دمای آب سرد مورد نیاز باشد، کل چیلر خاموش شده و آب مورد نیاز فقط توسط سیستم فری کولینگ سرد می شود.

همچنین وقتی که دمای هوای محیط بالا است ( فصول گرم )، شیر سه راهه ، آب را مستقیما به سمت اواپراتور چیلر ارسال کرده و سیستم فری کولینگ را از مدار خارج می­ کند.

اجزای سیستم Free Cooling

تنها تفاوت اجزای این سیستم با چیلرهای معمولی در این است که مبدل های حرارتی هوا خنک به همراه یک شیر سه طرفه و نیز قطعات کنترلی به آن اضافه شده است و در باقی اجزا کاملا مشابه هستند.

این تجهیزات معمولا به دو صورت نصب می شود

1. به صورت مجزا

در طی روزهای سرد سال ، آب قبل از ورود به چیلرها وارد کویل سیستم فری کولینگ شده و توسط هوای خنکی که به وسیله فن ها دمیده می شود ، سرد می گردد. اگر دمای این آب سرد شده به اندازه مورد نیاز پایین باشد ، چیلرها به طور کامل غیر فعال می شوند و اگر هنوز دمای آب به حد کافی پایین نیامده باشد ، وارد اواپراتور چیلر شده و متناسب با نیاز تنها بخشی از کمپرسورهای چیلر فعال شده تا دمای آب را به حد کافی کاهش دهند و بدین ترتیب چیلر تنها با بخشی از توان کل کار کرده و به همان اندازه انرژی برق مصرف می کند.

2. به صورت ســـرهم (یکپارچه)

منظور از یکپارچه این است که در کنار کویل های کندانسور حاوی مبرد ، یک ردیف کویل حاوی آب جاسازی می شود که از یک مدار خاص و در روزهایی از سال که دمای هوای محیط پایین است ، آب وارد کویل شده و توسط هوایی که به وسیله فن های کندانسور به حرکت درآمده ، خنک می شود و این آب خنک وارد یک مبدل صفحه ای شده و آب مدار اصلی سرمایش را قبل از ورود به اواپراتور چیلر ، سرد می کند. این طرح باعث حذف فن های مبدل طرح قبلی (که در بالا اشاره شد) می گردد و در واقع با همان فن های کندانسور ، عمل خنک کاری آب درون کویل ها انجام می گیرد.

کاربردهای سیستم Free Cooling

1. برای مثال در قسمت های داخلی یک پاساژ بزرگ تجاری حتی در برخی روزهای زمستان هم به علت ازدحام جمعیت به تهویه هوا با دمای پایین (فعال شدن حالت سرمایش سیستم تهویه) نیاز است. در حالی که به طور همزمان محیط پیرامونی پاساژ (مغازه ها یا اماکن نزدیک به دیواره ها) به گرمایش نیاز دارد. در چنین شرایطی ضمن فعال بودن سیستم گرمایش پاساژ ، سیستم سرمایش نیز فعال شده و در صورت وجود تجهیزات فری کولینگ دیگر نیازی به کارکرد دائمی تجهیزات ایجاد آب سرد نیست و با کمک هوای سرد زمستان می توان دمای آب سردی که قرار است برای مثال در هواسازها یا فن کویل ها به گردش درآید را در سیستم فری کولینگ به دمای مورد نظر رساند.
2. برخی از دستگاه های صنعتی تقریبا در تمام روزهای سال در حال کار هستند و اگر در مدار آنها برای سرمایش از چیلر استفاده شده باشد ، یکی از مناسب ترین گزینه ها برای نصب تجهیزات فری کولینگ هستند. کافی است که مدار کنترل این چیلرها را به صورت اتوماتیک و هوشمند طراحی نمود تا به محض کاهش دمای هوای محیط ، سیستم بای پس چیلر فعال شده و آب مدار سرمایشی چیلر صنعتی مورد نظر به سمت سیستم Free Cooling منحرف شده و بدون نیاز به کارکرد چیلر بتوان آب سرد مورد نیاز را تامین کرد.
3. از جمله کاربردهایی که بایستی در تمام طول سال و به طور مداوم از تجهیزات سرد کننده استفاده نمود ، دیتا سنترها (مراکز پردازش اطلاعات با سوپر کامپیوترها) هستند که علی الخصوص برق زیادی نیز مصرف می کنند و یکی از مناسب ترین مکان ها برای نصب تجهیزات فری کولینگ محسوب می شوند. کافی است با نصب تجهیزات فری کولینگ بر روی چیلرهای این مراکز ، در روزهای سرد سال به طور تقریبا رایگان و با حداقل مصرف برق ، این پردازنده ها را خنک نمود.
4. و هر نوع کاربرد سرمایش تهویه یا صنعتی که در آن به سرمایش در تمام روزها یا بخشی از روزهای سرد سال نیاز باشد.

مزایای Free Cooling  

1. کاهش مصرف برق تا ۷۵ درصد در روزهای سرد سال به علت غیرفعال شدن کمپرسورها و فن های چیلر (میزان برق مصرفی سیستم سرمایشی فقط به اندازه چرخش فن های مبدل هوا خنک فری کولینگ و پمپ آب سرد محدود می شود) و همچنین کاهش حدودا ۲۰ تا ۵۰ درصدی هزینه مصرف انرژی سالیانه با توجه به منطقه ای که دستگاه در آنجا نصب می شود. به طوریکه هر چه دمای هوای میانگین در یک منطقه کمتر باشد ، بهینه سازی بیشتر خواهد شد.
2. کاهش استهلاک و افزایش عمر چیلر (به خاطر غیر فعال شدن کل یا بخشی از کمپرسورها و فن های چیلر)
3. عدم نیاز به تکنولوژی پیشرفته و طراحی و ساخت پیچیده و هزینه بر (چیلر فری کولینگ با افزودن یک مبدل هوا خنک و یک سیستم کنترل هوشمند به راحتی قابلیت ساخت دارد)

آیا استفاده از این سیستم در ایران به صرفه است ؟

در یک کشور اروپایی یک چیلر ۳۰۰ کیلو وات (تقریبا ۸۵ تن تبرید) حدودا بین ۳۵ تا ۴۹ هزار یورو در سال انرژی الکتریسیته مصرف می کند که معادل حدودا ۱ میلیارد تومان (اگر هر یورو تقریبا ۳۰ هزار تومان باشد) در سال است که خب به علت بالا بودن هزینه مصرف انرژی در اروپا ، تقریبا استفاده از هر سیستمی که بتواند منجر به کاهش مصرف انرژی گردد قابل توجیه بوده و شرکت ها همواره سعی بر آن دارند تا دستگاه های خود را بهینه سازی کنند. برای مثال تجهیزات فری کولینگ در کشور انگلستان (برای یک چیلر ۳۰۰ کیلو وات) با توجه به میانگین دمای هوا در طول سال می تواند تا ۳۵ درصد در مصرف انرژی سالیانه صرفه جویی کند که تقریبا معادل ۱۲ تا ۱۷ هزار یورو در سال می شود.

در کشور ما به علت ارزان بودن هزینه انرژی معمولا چه از طرف مصرف کننده و چه از طرف تولید کننده ، اقبال بسیار کمتری برای استفاده از تکنولوژی های کاهنده مصرف وجود دارد که تنها در مواردی که با صرف هزینه کم بتوان به طور چشمگیری هزینه های انرژی را کاهش داد ، مورد استقبال قرار می گیرد که سیستم فری کولینگ می تواند برای برخی از کاربردهایی که به عنوان نمونه در بالا ذکر کردیم در ایران هم قابل توجیه باشد. کافی است که برای پروژه ای خاص مقدار هزینه های مصرف برق سالانه محاسبه و قیمت تجهیزات فری کولینگ نیز استخراج شود و با محاسبه و پیش بینی مقدار انرژی صرفه جویی شده و محاسبه مدت زمان بازگشت هزینه اولیه خرید تجهیزات ، آن را به کارفرما یا مصرف کننده ارائه داد تا در خصوص خرید یا عدم خرید سیستم فری کولینگ به همراه چیلر تصمیم بگیرد.