Wprowadzenie

W zakładach przemysłowych, w których procesy technologiczne wymagają chłodzenia przez cały rok, chłodzenie procesowe stanowi jeden z największych składników całkowitych kosztów energii.

W przeszłości najczęściej moc chłodnicza była generowana przez sprężarkowe agregaty wody lodowej pracujące całorocznie – niezależnie od pory roku, ponieważ proces technologiczny wymaga utrzymania określonej temperatury medium niezależnie od temperatury otoczenia.
W praktyce oznacza to, że przedsiębiorstwa, które nie wykorzystują freecoolingu, nawet zimą płacą za chłodzenie prawie tak, jakby był środek lata.
Tymczasem w naszym klimacie przez znaczną część roku temperatura powietrza zewnętrznego jest wystarczająco niska, aby pracę sprężarek można było zastąpić chłodzeniem naturalnym – czyli freecoolingiem pośrednim.

W praktyce instalacja freecoolingu pośredniego zawiera wymiennik ciepła („free-cooler”), przez który przepływa chłodzone medium.
Gdy temperatura zewnętrzna spada poniżej zadanej temperatury czynnika chłodniczego, system automatycznie przełącza się na tryb freecoolingu – pracują wtedy wentylatory i pompy, a sprężarki mogą zostać wyłączone całkowicie, lub w okresach przejściowych tylko dochładzać czynnik wstępnie schłodzony przez freecooler.
Dzięki temu freecooling jest szczególnie efektywny w klimacie umiarkowanym i chłodniejszym, gdzie znaczna część roku oferuje temperatury pozwalające na pasywne chłodzenie.

Na czym polega freecooling pośredni?

Freecooling pośredni to układ, w którym medium chłodzące (zazwyczaj woda lub roztwór glikolu) przekazuje ciepło odebrane z procesu technologicznego do powietrza zewnętrznego poprzez wymiennik pośredni – tzw. chłodnię wentylatorową (dry cooler).
W przeciwieństwie do freecoolingu bezpośredniego, wykorzystywanego najczęściej przez centrale wentylacyjne, potrzebny jest w związku z tym dodatkowy, pośredni element.
Dzięki temu można chłodzić zamknięte obiegi technologiczne, utrzymując czystość medium i wysoką stabilność pracy.
System jest najczęściej zintegrowany z istniejącym układem sprężarkowym.
Sterownik automatycznie przełącza instalację w tryb częściowego lub pełnego freecoolingu, gdy temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej zadanej wartości.
W praktyce przez 6–8 miesięcy w roku można ograniczyć lub całkowicie wyłączyć pracę sprężarek, co oznacza potężne oszczędności.

Branże wymagające całorocznego chłodzenia procesowego

Freecooling pośredni znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie chłodzenie jest niezbędne niezależnie od pory roku.
Do najczęściej korzystających z tego rozwiązania branż należą:
– Przetwórstwo tworzyw sztucznych – chłodzenie form wtryskowych, wytłaczarek i granulatorów. Systemy pracują 24/7, a medium chłodzące ma zwykle 8–15°C. 
– Przemysł chemiczny i farmaceutyczny – chłodzenie reaktorów, kolumn destylacyjnych i fermentorów. 
– Produkcja napojów i przemysł spożywczy – chłodzenie pasteryzatorów, fermentatorów, syropów i napojów. 
– Metalurgia, obróbka cieplna i obróbka metali – chłodzenie cieczy obróbkowych, olejów hydraulicznych, form odlewniczych i urządzeń testowych. 
– Przemysł papierniczy, drukarski i tekstylny – stabilizacja temperatury maszyn, farb i klejów. 
– Energetyka i przemysł ciężki – chłodzenie transformatorów, generatorów, spawarek i laserów. 

W każdej z tych branż chłodzenie procesowe stanowi duży procent kosztów operacyjnych, dlatego redukcja zużycia energii o kilkadziesiąt procent przekłada się na realne zyski.

Ekonomia freecoolingu – kiedy inwestycja się zwraca?

Koszt instalacji modułu freecoolingu i stopa zwrotu z inwestycji w taki moduł (chłodnia powietrzna, automatyka, zawory, orurowanie) jest zależna od wielu czynników, takich jak: moc układu, stopień jego skomplikowania (np. zbiorniki buforowe dodatkowo magazynujące np. chłód wygenerowany podczas pracy nocnej), temperatura procesowa, koszt energii elektrycznej.

W praktyce przy obecnych cenach energii, całodobowej pracy zakładu i zapotrzebowaniu na temperaturę czynnika na poziomie ok 10 stopni okres zwrotu wynosi 3-5 lat, a przy wyższych temperaturach procesowych 12-15 okres ten może wynieść nawet kilkanaście miesięcy i należy oczekiwać, że przy tendencjach wzrostowych cen energii elektrycznej okres ten będzie się skracał.

Jeśli jesteś zainteresowany jakie korzyści freecooling pośredni w Twoim procesie, zapraszamy do kontaktu z nami, a przygotujemy kalkulację i dokładnie obliczymy stopę zwrotu dla warunków panujących w Twoim zakładzie.

Wytyczne projektowe i eksploatacyjne

Skuteczność freecoolingu pośredniego zależy od właściwego projektu układu, w tym m.in. od:

  • przyjęcia właściwych założeń,
  • dokonania prawidłowych obliczeń i doboru podzespołów systemu (wymiennika ciepła, pomp, zbiornika)
  • Sterowania pogodowego – algorytmu decydującego o przejściu z trybu sprężarkowego na freecoolingowy. 
  • Rodzaju i pojemności zbiornika buforowego, zbiorniki wielokomorowe odseparują czynnik powracający od czynnika już schłodzonego zapewniając większą sprawność
  • bieżącego serwisu – zabrudzenia ograniczają efektywność wymiany ciepła i zmniejszają sprawność freecoolingu. 

Dobrze zaprojektowany system freecoolingu może przez 2/3 roku pokrywać zapotrzebowanie na chłód bez pracy sprężarek, a przez pozostałą część – działać w trybie hybrydowym, wspomagając agregat sprężarkowy.

Zakres wykorzystania freecoolingu dla temperatur chłodzenia 15/20°C i 10/15°C dla centralnej Polski

Podsumowanie

Freecooling pośredni to obecnie jedno z najbardziej opłacalnych rozwiązań dla przemysłu wymagającego całorocznego chłodzenia procesowego.
Jego zaletą jest fakt, że nie wymaga rewolucyjnej przebudowy instalacji – można go wdrożyć jako moduł uzupełniający do istniejących chillerów.
Oszczędności energii rzędu 40–70% zależnie od parametrów są w pełni realne, a okres zwrotu inwestycji często nie przekracza dwóch lat.
Dla przedsiębiorstw szukających stabilnych i natychmiastowych sposobów obniżenia kosztów operacyjnych, freecooling pośredni to rozwiązanie szybkie we wdrożeniu, trwałe, które po prostu się opłaca.

Jeśli chciałbyś poznać dokładne korzyści, jakie freecooling pośredni może dać w Twoim zakładzie zapraszamy do kontaktu.