El enfriamiento gratuito es un método económico que utiliza bajas temperaturas del aire exterior para enfriar el agua, que luego se puede utilizar para procesos industriales o sistemas de aire acondicionado . El agua enfriada se puede utilizar inmediatamente o almacenar a corto o largo plazo. Cuando las temperaturas exteriores son más bajas que las interiores, este sistema utiliza el aire exterior frío como fuente de enfriamiento gratuito. De esta manera, el sistema reemplaza al enfriador en los sistemas de aire acondicionado tradicionales y logra el mismo resultado de enfriamiento. Estos sistemas se pueden realizar para edificios individuales o redes de refrigeración urbanas .
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Cuando la temperatura del aire ambiente desciende a una temperatura establecida, una válvula moduladora permite que toda o parte del agua fría pase por un enfriador existente y pase por el sistema de enfriamiento gratuito, que utiliza menos energía y utiliza la temperatura del aire ambiente más baja para enfriar el agua en el sistema.
Esto se puede lograr instalando un enfriador por soplado de aire con cualquier enfriador existente o por sí solo. Cuando la temperatura ambiente es baja, una instalación puede prescindir de un enfriador existente, lo que permite ahorrar hasta un 75 % de energía sin comprometer los requisitos de refrigeración. [1]
En calefacción, ventilación y aire acondicionado ( HVAC ) en los meses de invierno, los espacios interiores de los edificios comerciales grandes pueden necesitar refrigeración, incluso mientras que los espacios perimetrales pueden necesitar calefacción. [2] El enfriamiento gratuito es la producción de agua fría sin el uso de un enfriador , y se puede utilizar generalmente a fines del otoño, invierno y principios de la primavera, en zonas templadas . [3] El enfriamiento gratuito no es completamente gratuito ya que el enfriador aún está en funcionamiento.
Suponiendo que el sistema puede utilizar enfriamiento gratuito, hay tres formas de utilizarlo:
El agua de la torre de refrigeración se puede incorporar directamente al flujo a través del circuito de agua helada . Si la torre de refrigeración está abierta, se requiere un filtro para eliminar los residuos que puedan acumularse en el interior de la torre. El ahorro de costes está asociado al uso limitado de la energía del enfriador de agua . Con este método existe un mayor riesgo de corrosión.
Un intercambiador de calor transferirá calor directamente desde el circuito de agua fría al circuito de la torre de enfriamiento. El intercambiador mantiene el agua de la torre de enfriamiento separada del refrigerante que fluye a través de los serpentines de enfriamiento. De esta manera, el agua del enfriador se enfría previamente y el edificio se enfría por líquido . Se produce un ahorro de energía debido a la reducción de la carga del enfriador y, por lo tanto, una reducción del consumo de energía. Hay un aumento en el costo debido a que la bomba necesita compensar las diferencias de presión.
Una disposición de válvulas dentro del enfriador de agua abre un camino directo entre el condensador y el evaporador . El fluido relativamente cálido en el circuito del enfriador vaporiza el refrigerante y la energía se transporta directamente al condensador, donde se enfría y se condensa mediante el agua de la torre de enfriamiento. [2] Este método se basa en la idea de que el refrigerante tiende a moverse hacia el punto más frío en un circuito de refrigeración. Los ahorros de costos asociados con este método se deben a la inactividad del compresor, ya que el soplador, los ventiladores y las bombas están todos operativos.
Cuando la temperatura del agua de retorno del proceso es igual o inferior a la temperatura del aire ambiente, el enfriamiento gratuito no es adecuado. La válvula de tres vías del sistema evitará el intercambiador de calor de enfriamiento gratuito y dirigirá el flujo de fluido a través de los enfriadores para enfriarlo hasta la temperatura de consigna requerida.
Para el funcionamiento a mitad de temporada, el agua se enfría parcialmente mediante el compresor y parcialmente mediante la temperatura ambiente. El porcentaje de enfriamiento gratuito que se logra a mitad de temporada depende de las temperaturas estacionales, aunque el enfriamiento gratuito parcial comienza cuando la temperatura del aire ambiente es 1 °C inferior a la temperatura del agua de retorno del proceso. El agua se enfría parcialmente a través del enfriador gratuito y luego fluye a través de los enfriadores para alcanzar la temperatura de consigna requerida.
En invierno, cuando las temperaturas exteriores son lo suficientemente bajas, el agua se enfría únicamente mediante el serpentín de enfriamiento gratuito. [4] Esto permite que los compresores de las enfriadoras dejen de funcionar, lo que permite ahorrar una cantidad significativa de energía. La única energía eléctrica que se utiliza en el funcionamiento en invierno es la que se utiliza para el funcionamiento del ventilador. Esto se puede lograr una vez que la temperatura del aire ambiente sea de 3 °C a 5 °C inferior a la temperatura del agua de suministro del proceso.
La congelación puede ocurrir cuando la temperatura del aire ambiente desciende por debajo de 0 °C . Otra limitación es la diferencia de temperatura a través del intercambiador de calor. Un intercambiador de calor que tenga una diferencia de temperatura muy baja puede volverse económicamente poco realista. La economía del intercambiador de calor permite una temperatura mínima del agua de enfriamiento libre de aproximadamente 5 °C . [3]
Reino Unido : En 2013, el Ministro de Hacienda George Osborne acordó hacer una concesión para que los centros de datos queden exentos del Compromiso de Reducción de Carbono (CRC) y les permita elaborar su propio Acuerdo sobre Cambio Climático (CCA). Esto también es reconocido por una nueva Comisión Europea que pretende reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la UE en un 40% para 2030. Refrigerar los centros de datos o las salas de servidores requiere mucha energía, por lo que el enfriamiento gratuito puede ser una solución ideal para ahorrar energía. [5]
Existen dos opciones de enfriamiento gratuito para un centro de datos, una sala de servidores y estaciones base GSM. La primera es un serpentín de enfriamiento gratuito integrado o un enfriador que funciona junto con una unidad de enfriamiento gratuito. Los enfriadores integrados son ideales para sitios que tienen espacio limitado y pueden ofrecer altos niveles de eficiencia energética . Estas unidades cuentan con componentes de alta calidad que incluyen compresores de tornillo y de espiral, ventiladores axiales y válvulas moduladoras de tres vías. [ cita requerida ]
La otra opción es un refrigerador gratuito independiente que tiene una mayor capacidad de intercambio de calor, ya que está dimensionado para maximizar la eficiencia, lo que permite un área más grande para la transferencia de energía térmica. Los refrigeradores gratuitos independientes han demostrado ahorros de energía de hasta el 70%. [ cita requerida ]