El enfriamiento gratuito es un método económico de utilizar bajas temperaturas del aire externo para ayudar a enfriar el agua, que luego puede usarse 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 en relación con las temperaturas interiores, este sistema utiliza el aire fresco del exterior como fuente de enfriamiento gratuito. De esta manera, el sistema reemplaza al enfriador en los sistemas de aire acondicionado tradicionales logrando el mismo resultado de enfriamiento. Estos sistemas pueden diseñarse para edificios individuales o redes de refrigeración urbana .
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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 enfriada pase por alto un enfriador existente y pase por el sistema de enfriamiento gratuito, que usa menos energía y utiliza la temperatura más baja del aire ambiente para enfriar. el agua en el sistema.
Esto se puede lograr instalando un enfriador por aire con cualquier enfriador existente o solo. Durante temperaturas ambiente bajas, una instalación puede evitar un enfriador existente, lo que genera ahorros de energía de hasta un 75 %, sin comprometer los requisitos de refrigeración. [1]
En calefacción, ventilación y aire acondicionado ( HVAC ) en los meses de invierno, los espacios interiores de los grandes edificios comerciales pueden necesitar refrigeración, incluso mientras que los espacios perimetrales pueden necesitar calefacción. [2] El enfriamiento gratuito es la producción de agua enfriada sin el uso de un enfriador , y puede usarse generalmente a fines del otoño, invierno y principios de la primavera, en zonas templadas . [3] El enfriamiento gratuito no es completamente gratuito ya que la enfriadora todavía está operativa.
Suponiendo que el sistema puede utilizar refrigeración gratuita, existen tres formas de utilizarla:
El agua de la torre de enfriamiento se puede conectar directamente al flujo a través del circuito de agua enfriada . Si la torre de enfriamiento está abierta, se requiere un filtro para eliminar cualquier residuo que pueda acumularse dentro de la torre. Los ahorros de costos están asociados con el uso limitado de la energía del enfriador de agua . Existe un mayor riesgo de corrosión al utilizar este método.
Un intercambiador de calor transferirá calor directamente desde el circuito de agua enfriada 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 este modo, el agua del enfriador se preenfría y el edificio se enfría mediante líquido . El ahorro de energía se debe a la reducción de la carga del enfriador y, por tanto, a la reducción del consumo de energía. Hay un aumento en el costo debido a que la bomba necesita compensar las diferencias de presión.
Un dispositivo de válvula dentro del enfriador de agua abre un camino directo entre el condensador y el evaporador . El fluido relativamente caliente en el circuito de refrigeración vaporiza el refrigerante y la energía se transporta directamente al condensador, donde el agua de la torre de enfriamiento la enfría y condensa. [2] Este método se basa en la idea de que el refrigerante tiende a moverse hacia el punto más frío de 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 que se enfríe a la temperatura de ajuste requerida.
Para el funcionamiento a mitad de temporada, el agua es parcialmente enfriada por el compresor y parcialmente por la temperatura ambiente. El porcentaje de enfriamiento gratuito logrado a mitad de temporada depende de las temperaturas estacionales, aunque el enfriamiento gratuito parcial comienza cuando la temperatura del aire ambiente es 1 °C por debajo de 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 referencia 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, ahorrando cantidades significativas de energía. La única energía eléctrica utilizada en el funcionamiento en invierno es para el funcionamiento del ventilador. Esto se puede lograr una vez que la temperatura del aire ambiente esté entre 3 °C y 5 °C por debajo de la temperatura del agua de suministro del proceso.
La congelación puede ocurrir una vez que la temperatura del aire ambiente desciende por debajo de 0 °C . Otra limitación es la diferencia de temperatura en el intercambiador de calor. Un intercambiador de calor que tenga una diferencia de temperatura muy baja puede resultar económicamente poco realista. La economía del intercambiador de calor permite una temperatura mínima del agua de refrigeración gratuita de aproximadamente 5 °C . [3]
Reino Unido : En 2013, el canciller George Osborne acordó hacer una concesión para que los centros de datos estuvieran exentos del Compromiso de Reducción de Carbono (CRC) y les permitiera producir su propio Acuerdo sobre Cambio Climático (CCA). Esto también lo reconoce una nueva Comisión Europea para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la UE en un 40% para 2030. La refrigeración de centros de datos o salas de servidores requiere mucha energía, por lo que el freecooling puede ser una solución ideal para ahorrar energía. [5]
Hay 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 integral o un enfriador que funciona junto con una unidad de enfriamiento gratuito. Los enfriadores integrales 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 scroll y de tornillo, ventiladores axiales y válvulas moduladoras de tres vías. [ cita necesaria ]
La otra opción es un freecooler independiente que tiene mayor capacidad de intercambio de calor, ya que está dimensionado para maximizar la eficiencia lo que permite una mayor área para la transferencia de energía térmica. Los free-coolers independientes han demostrado ahorros de energía de hasta el 70%. [ cita necesaria ]