W numerze 11/2007 ukazał się artykuł autorstwa A. Dąbrowskiego dotyczący agregatu wody lodowej z free-cooling Climaveneta opisujący typoszereg urządzeń uwzględniających systematykę różnych systemów swobodnego chłodzenia oraz w skrócie opis wraz z uwypukleniem zalet i ewentualnych wad oraz niedogodności w użytkowaniu poszczególnych rozwiązań. W odpowiedzi na artykuł Pan Piotr Niewiadomski z firmy Carrier Polska zapowiedział przygotowanie publikacji przez specjalistów z firmy Carrier. Artykuł został zamieszczony w numerze 4/2008 „CH&K”. 

    Po zapoznaniu się z tą publikacją przyznam się jednak, iż jestem rozczarowany artykułem firmy Carrier, którego oczekiwałem z niecierpliwością mając nadzieję, iż w artykule pojawi się wypowiedz autora patentu DX free-cooling firmy Carrier. Zawiodłem się otrzymując mnóstwo informacji marketingowych o tym, iż Carrier to firma rewolucyjna bo stosuje pionierskie rozwiązania, że odkrywcza bo zauważa kryzys paliwowy, że zaangażowana bo prowadzi prace badawcze itd. Nie usłyszałem niestety szczegółów techniczno-ekonomicznych, które by mnie przekonały, iż zastosowane rozwiązanie jest faktycznie korzystne przede wszystkim dla inwestorów użytkujących instalacje wody lodowej z funkcją swobodnego chłodzenia (free-cooling).
    W artykule uwypuklono aspekt kryzysu energetycznego i jego wpływ na działania modernizacyjne urządzeń odpowiedzialnych za zaopatrywanie w chłód (a także ciepło) instalacji, aczkolwiek nie został wskazany trend zmian konstrukcyjnych urządzeń podyktowany koniecznością zmniejszenia emisj i gazów cieplarnianych – problem szczególnie dzisiaj obecny ze względu na wpływ na globalne ocieplenie i który bezpośrednio związany jest ze wspomnianym kryzysem energetycznym.
    Wskazano w artykule na sprzeczność pomiędzy zwiększającą się energochłonnością instalacji a koniecznością „dramatycznego” obniżania kosztów zużywanej energii, aczkolwiek ten aspekt nazwałbym raczej sprzecznością pomiędzy koniecznością zwiększenia intensywności chłodzenia na m² powierzchni spowodowanej nasyceniem sprzętem elektronicznym budynków biurowych lub zakładów przemysłowych wymuszającym tym samym większą sprawność urządzeń, a pośrednio koniecznością oszczędności finansowych poprzez zmniejszanie energochłonności instalacji klimatyzacyjnych czy chłodniczych.
    Ograniczyć systemy chłodzenia lub całkowicie zrezygnować z chłodzenia budynków biurowych czy w procesie produkcyjnym niestety nie można i to przede wszystkim ze względu na wysoce wymagające urządzenia w stosowanych technologiach. Na przykład w serwerowniach komputerowych mówi się już o bardzo kompaktowych systemach typu rack, gdzie zużycie chłodu na m² zwiększa się prawie dwukrotnie wymuszając zmiany w technologii chłodzenia odpowiadającą za przetransportowanie energii w sposób bardziej sprawny (energochłonność) i skuteczny.

    O ile ze stwierdzeniem dotyczącym konieczności obniżenia kosztów energetycznych instalacji nie można dyskutować o tyle z zaskoczeniem przyjąłem stwierdzenie, że firma którą autorzy artykułu reprezentują potrzebowała lat monitoringu aby stwierdzić potrzebę modernizacji produkowanych agregatów wody lodowej w kierunku swobodnego chłodzenia w agregatach wody lodowej ze skraplaczami chłodzonymi powietrzem. Free-cooling z powodzeniem był stosowany już od lat przez innych producentów w tym Climaveneta, która jako pierwsza firma wprowadziła z sukcesem na rynek w roku 2006 agregat wody lodowej z funkcją free-cooling wykorzystującą jako czynnik chłodniczy freon R134a. Wiele instalacji chłodniczych wykonanych w ostatnich 10-15 latach z powodzeniem wykorzystuje swobodne chłodzenie, a wiele z nich znajduje się w naszym kraju i niewątpliwie doświadczenia związane z eksploatacją tych urządzeń są elementem wspomagającym podczas wyboru technologii chłodu przez inwestorów rozpatrujących element energochłonności i wpływu na środowisko naturalne. (...)

 

    Porównanie wydajności chłodniczej agregatów wskazuje także, iż agregat Climaveneta free-cooling osiąga pełną moc chłodniczą w funkcji swobodnego chłodzenia przy np. 0°C dla mocy chłodniczej 909 kW dla wody wejściowej/wyjściowej 12/7,5°C. Zakładając, iż sprawność free-cooling w agregatach 30RB jest identyczna jak w 30XA, wtedy aby osiągnąć maksymalnie 70% wydajności chłodniczej agregat Carrier osiągnie ją przy różnicy ok. 20-22K pomiędzy temperaturą wejściową powietrza na skraplacz a temperaturą wyjściową wody lodowej. Oznacza to, że dopiero przy temperaturze zewnętrznej -13°C agregat Carrier osiągnąć może maksymalnie 636 kW, co dyskwalifikuje tego typu rozwiązanie, przede wszystkim jak wspomniano w zastosowaniach instalacji całorocznych (np. serwerownie komputerowe, telekomunikacja itp.).
    Współczynnik EER oraz ESEER agregatów z free-cooling różni się jedynie nieznacznie w porównaniu do agregatów 30XA i w przypadku analizy energochłonności z wykorzystaniem pracy agregatu jako hybrydy standardowego agregatu z free-cooling oszczędności energetyczne dla warunków klimatycznych Warszawy wypadają bardzo pozytywnie i zamykają się, w zależności od temperatury wyjściowej z agregatu, na poziomie ok. 30% rocznie. Oznacza to, ze nakłady finansowe na agregat z free-cooling zwrócą się już po około od 1,5 roku do 3 lat w zależności od okresu użytkowania.
    Porównanie gabarytów agregatu Climaveneta FOCS FC z Carrier 30XA wskazuje, iż do mocy 1 MW porównanie wypada korzystnie dla Climaventa, aczkolwiek należy się skłaniać bardziej do porównania powierzchni zajmowanej do mocy chłodniczej free-cooling. Praktycznie dopiero przy mocy chłodniczej agregatu powyżej 1 MW powierzchnia (tzw. foot print) agregatu z free-cooling różni się o około 2 m i jest to związane z potrzebą zastosowania dodatkowych wentylatorów koniecznych dla zapewnienia sprawności wymiany ciepła w wymienniku FC.

    Kolejnym elementem różniącym nowoczesne rozwiązanie free-cooling Climaveneta od rozwiązania Carrier jest możliwość pracy free-cooling w bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. Ze względu na bardzo duże przechłodzenie występujące przy bardzo niskich temperaturach i wzmożonym ruchu powietrza przewietrzającego chłodnicę skraplacza w agregatach Climaveneta zastosowana jest automatyczna separacja (zmniejszenie) powierzchni czynnej chłodnicy skraplacza. Dzięki temu w każdym momencie, gdy konieczne jest załączenie równoczesne funkcji free-cooling wraz ze sprężarką chłodniczą dzieje się to bez szkody dla sprężarek chłodniczych i zapewnia poprawną stabilną pracę zaworu rozprężnego, a przez to całego układu chłodniczego. W agregacie Carrier w bardzo niskich temperaturach zewnętrznych nastąpi silne przechłodzenie skraplacza freonowego, które uniemożliwi natychmiastowe przełączenie agregatu z funkcji DX free-cooling na schładzanie sprężarką ze względu na zakłócenia gospodarką olejową odpowiedzialną za najczęstsze uszkodzenia sprężarek śrubowych w agregatach z typem zalanym wymiennika (parowacza).

    Konstrukcja free-cooling Climaveneta w przeciwieństwie do rozwiązania Carrier DX free-cooling pozwala na pracę agregatu jako hybrydy wykorzystującej w praktyce skutecznie zjawisko swobodnego chłodzenia i równoczesnej pracy układu chłodniczego. Podział powierzchni czynnej chłodnicy w funkcji free-cooling pozwala także na poprawną i bezpieczną pracę układu chłodniczego w warunkach bardzo niskich temperatur zewnętrznych (opcja do -30^oC). Trzeba tu wspomnieć, iż nie wszystkie agregaty wody lodowej mogą pracować w tak niskich temperaturach, gdyż konstrukcyjnie nie są one przystosowane do przenoszenia naprężeń jakie powstają przy różnicy temperatur występujących w takich warunkach pracy, a także funkcjonalnie nie są w stanie kontrolować zjawiska nadmiaru mocno przechłodzonej cieczy odpowiedzialnej za niestabilność pracy zaworu rozprężnego i przez to zakłócony przebieg wymiany ciepła w parowaczu.
    Oczekiwane wyliczenie oszczędności ekonomicznych nie nastąpiło być może dlatego, że free-cooling DX Carrier nie jest w stanie jednoznacznie określić oszczędności, a jedynie teoretycznie wskazać na możliwe oszczędności, które naszym zdaniem przy aktualnej konstrukcji tego rozwiązania są czysto hipotetyczne. Na podstawie przykładowych doborów agregatu Carrier udało się porównać przykładowo dwa typy agregatów Carrier 30XA i Cl imaveneta FOCS-FC. (...)

Podsumowanie
    Aktywne magazynowanie energii chłodniczej (w instalacj i wody lodowej) przy zastosowaniu Carrier free-cooling DX nie ma technicznego uzasadnienia, a jedynie system pasywny (zapas mocy chłodniczej) ma sens po spełnieniu określonych warunków, które niestety dyskwalifikują to rozwiązanie. Na podstawie danych zdobytych od firmy Carrier w postaci konkretnych kopii doborów agregatu z free-cooling DX oraz danych technicznych należy stwierdzić, iż agregat 30XA z free-cooling jest nadal jednostką wysoce prototypową jeżeli chodzi o rozwiązanie free-cooling i pomimo wielu zalet z punktu widzenia innowacyjności w podejściu do procesu swobodnego chłodzenia nie spełnia on jeszcze wymogów stawianych przez instalacje z zastosowaniem tego typu chłodzenia.
    Do listy wad, albo raczej wątpliwości jakie trzeba wymienić, a o których autorzy artykułu nie wspominają (lub zapominają o nich wspomnieć) należą:
● niska wydajność systemu Carrier freecooling DX, która to wada dopiero przy wysokich różnicach temperatur pomiędzy wodą lodową a otoczeniem staje się porównywalna z tradycyjnym free-cooling,
● niemożność osiągnięcia pełnej mocy chłodniczej z użyciem free-cooling, którą to wartość określa Carrier jako maksymalnie ok. 70% wydajności,
● niebezpieczeństwo krótkich cyklów pracy układu chłodniczego, który może spowodować niestabilność temperatury wody lodowej,
● brak możliwości równoczesnej pracy freecooling i sprężarki chłodniczej w jednym układzie chłodniczym,
● wątpliwa praca free-cooling w jednym układzie przy równoczesnym uruchomieniu w drugim układzie sprężarki chłodniczej ze względu na wymianę ciepła przebiegającą w tym samym wymienniku ciepła – wspólny parowacz,
● brak możliwości pracy free-cooling, gdy uszkodzeniu ulegnie układ freonowy lub też pompa ciekłego czynnika.

    Na przeciwko agregatów DX free-cooling Carrier stają sprawdzone urządzenia z freecooling firmy Climaveneta, których praca jest potwierdzona wieloletnią eksploatacją z następującymi zaletami:
● stabilność pracy free-cooling i pełna kontrola nad procesem włączenia pracy agregatu jako hybrydy swobodnego chłodzenia i pracy sprężarki chłodniczej,
● pozostawienie wody jako medium chłodniczego w instalacji w rozwiązaniu typu freecooling – non glycol przy temperaturach wody lodowej powyżej +4°C,
● praca w standardowym punkcie pracy w funkcji free-cooling, co jest szczególnie ważne dla systemów chłodzenia w przemyśle już przy niewielkiej różnicy temperatury pomiędzy otoczeniem a wodą lodową,
● możl iwość pracy w temperaturach zewnętrznych do -30°C,
● kompaktowość rozwiązania i kompensata wielkości i masy agregatu poprzez jego niezawodność i odporność na zmiany temperatur otoczenia,
● większa niezawodność systemu ze względu na brak dodatkowego elementu jakim jest pompa ciekłego czynnika,
● możliwość pracy free-coling niezależnie od ewentualnego uszkodzenia lub remontu układu chłodniczego freonowego.

    Climaveneta z funkcją free-cooling pracuje skutecznie oszczędzając energię w instalacjach przemysłowych, w dużych kompleksach biurowych, hotelach, dużych serwerowniach, centrach handlowych i wielu innych zastosowaniach w których rozwiązanie swobodnego chłodzenia od dawna było postrzegane jako element oszczędzania energii, dostrzeżone przez niektórych konkurentów dopiero wtedy, gdy pojawiły się realne zagrożenia kryzysem energetycznym.
    Pomimo wyżej wspomnianych wad firmie Carrier należą się słowa uznania za innowacyjność i umiejętne wykorzystanie niekorzystnego zjawiska jakim było wspomniane przechłodzenie czynnika freonu w skraplaczu i zjawisko termosyfonu, aczkolwiek moim zdaniem jest to konstrukcja bardziej marketingowa w tym momencie, aniżeli konkurencja w stosunku do nowoczesnych rozwiązań free-cooling opartych o hybrydową kombinację systemów wody lodowej sterowaną nowoczesną automatyką. Oczekuję, iż w najbliższym czasie firma Carrier zdecyduje się jednak na opublikowanie szczegółowych danych technicznych free-cooling DX, ponieważ oprócz doborów technicznych, pozostawiających to rozwiązanie daleko z tyłu w stosunku do tradycyjnych rozwiązań, brak jest rzetelnych analiz oraz doświadczeń z tzw. „pola walki” jakim są zbudowane dotychczas instalacje.
    Firma A.C. Refrigeration, dystrybutor urządzeń Climaveneta służy pomocą w udostępnieniu danych porównawczych z istniejących już instalacji free-cooling w Polsce, opartych oczywiście o agregaty z funkcją free-cooling Climaveneta, a które dowodzą słuszności opisanych wyżej opinii i stwierdzeń.