फ्री कूलिंग

फ्री कूलिंग जल को ठंडा करने में सहायता के लिए कम बाहरी वायु के तापमान का उपयोग करने का प्रभावकारी प्रणाली है, जिसका उपयोग औद्योगिक प्रक्रियाओं, या एयर कंडीशनिंग प्रणाली के लिए किया जा सकता है। इस प्रकार ठंडा जल या तब तुरंत उपयोग किया जा सकता है और थोड़े या लंबे समय के लिए संग्रहीत किया जा सकता है। इस प्रकार जब बाहरी तापमान घर के अंदर के तापमान की तुलना में कम होता है, तब यह प्रणाली ठंडी बाहरी वायु को फ्री कूलिंग स्रोत के रूप में उपयोग करती है। इस प्रकार से, प्रणाली समान शीतलन परिणाम प्राप्त करते हुए पारंपरिक एयर कंडीशनिंग प्रणाली में चिलर को परिवर्तित कर देता है। इस प्रकार ऐसी प्रणालियाँ एकल भवनों या जिला शीतलन नेटवर्क के लिए बनाई जा सकती हैं।

संचालन
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जब परिवेशी वायु का तापमान निर्धारित तापमान तक गिर जाता है, तब मॉड्यूलेटिंग वाल्व ठंडे जल के सभी या कुछ भाग को उपस्तिथ चिलर को बायपास करने और मुक्त शीतलन प्रणाली के माध्यम से चलाने की अनुमति देता है, इस प्रकार जो कम विद्युत का उपयोग करता है और ठंडा करने के लिए कम परिवेशी वायु तापमान प्रणाली में जल का उपयोग करता है।

इसे किसी भी उपस्तिथ चिलर के साथ या अकेले एयर ब्लास्ट कूलर स्थापित करके प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रकार कम परिवेश के तापमान के समय, इंस्टॉलेशन उपस्तिथ चिलर को बायपास कर सकता है, जिससे कूलिंग आवश्यकताओं से समझौता किए बिना 75% तक की ऊर्जा बचत होती है।

सर्दियों के महीनों में ऊष्मा, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग (एचवीएसी) में, बड़ी व्यावसायिक इमारतों के आंतरिक स्थानों को ठंडा करने की आवश्यकता हो सकती है, जबकि परिधि वाले स्थानों को भी ऊष्मा की आवश्यकता हो सकती है। इस प्रकार फ्री कूलिंग चिलर के उपयोग के बिना ठंडे जल का उत्पादन है, और इसका उपयोग सामान्यतः समशीतोष्ण क्षेतों में देर से शरद ऋतु, सर्दियों और प्रारंभिक वसंत में किया जा सकता है। अतः फ्री कूलिंग पूर्ण प्रकार से फ्री नहीं है जिससे कि चिलर अभी भी प्रारंभ है।

विधियाँ
यह मानते हुए कि प्रणाली फ्री कूलिंग का उपयोग कर सकता है, अतः फ्री कूलिंग का उपयोग करने की तीन विधियाँ होती हैं।

छलनी चक्र
कूलिंग टॉवर के जल को ठंडे जल के परिपथ के माध्यम से सीधे प्रवाह से जोड़ा जा सकता है। इस प्रकार यदि कूलिंग टॉवर खुला होता है तब टावर के अंदर जमा होने वाले किसी भी मलबे को समाप्त करने के लिए छलनी की आवश्यकता होती है। अतः निवेश बचत जल चिलर ऊर्जा के सीमित उपयोग से जुड़ी है। इस विधि का उपयोग करने से क्षरण का खतरा बढ़ जाता है।

प्लेट और फ़्रेम उष्मा का आदान प्रदान करने वाला
ऊष्मा स्थानांतरण ठंडे जल के लूप से सीधे कूलिंग टॉवर लूप में ऊष्मा स्थानांतरित करता है। इस प्रकार एक्सचेंजर कूलिंग टॉवर के जल को कूलिंग कॉइल्स के माध्यम से बहने वाले कूलेंट से भिन्न रखता है। इस प्रकार चिलर का जल पहले से ठंडा हो जाता है और भवन जल ठंडा हो जाता है। चूँकि चिलर लोडिंग कम होने से ऊर्जा की बचत होती है और इस प्रकार ऊर्जा की खपत में कमी आती है। अतः पंप को दबाव के अंतर की भरपाई करने की आवश्यकता के कारण निवेश में वृद्धि हुई है।

प्रशीतन प्रवासन
जल चिलर के अंदर वाल्व व्यवस्था कंडेनसर (ऊष्मा हस्तांतरण) और वाष्पीकरणकर्ता के मध्य सीधा रास्ता खोलती है। इस प्रकार चिलर लूप में अपेक्षाकृत उष्मित तरल पदार्थ रेफ्रिजरेंट को वाष्पित कर देता है, और ऊर्जा सीधे कंडेनसर में ले जाया जाता है, जहां इसे कूलिंग टॉवर से जल द्वारा ठंडा और संघनित किया जाता है। इस प्रकार यह विधि इस विचार से प्रेरित है कि रेफ्रिजरेंट प्रशीतन परिपथ में सबसे ठंडे बिंदु की ओर बढ़ता है। इस विधि से जुड़ी निवेश बचत संपीडक की निष्क्रियता के कारण होती है, जिससे कि ब्लोअर, पंखे और पंप सभी प्रारंभ होते हैं।

उच्च परिवेश तापमान
जब प्रक्रिया में जल का तापमान परिवेशी वायु तापमान के सामान्तर या उससे कम होता है, तब फ्री शीतलन उपयुक्त नहीं होता है। प्रणाली का थ्री-वे वाल्व फ्री कूलिंग ऊष्मा स्थानांतरण को बायपास करेगा और चिलर के माध्यम से द्रव प्रवाह को आवश्यक निर्धारित बिंदु तापमान तक ठंडा करने के लिए निर्देशित करेगा।

मिड सीज़न ऑपरेशन
मध्य-मौसम संचालन के लिए, जल को आंशिक रूप से संपीडक द्वारा और आंशिक रूप से परिवेश के तापमान द्वारा ठंडा किया जाता है। मध्य-मौसम में प्राप्त मुक्त शीतलन का प्रतिशत मौसमी तापमान पर निर्भर करता है, चूंकि आंशिक मुक्त शीतलन तब प्रारंभ होता है जब परिवेशी वायु का तापमान प्रक्रिया वापसी जल के तापमान से कम होता है। इस प्रकार जल को फ्री कूलर के माध्यम से आंशिक रूप से ठंडा किया जाता है, फिर आवश्यक निर्धारित बिंदु तापमान प्राप्त करने के लिए चिलर के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है।

शीतकालीन ऑपरेशन
सर्दियों में, जब बाहरी तापमान अधिक कम होता है, तब जल को केवल फ्री कूलिंग कॉइल द्वारा ठंडा किया जाता है। इस प्रकार इससे चिलर के संपीडक का संचालन बंद हो जाता है, जिससे महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा की बचत होती है। चूँकि शीतकालीन संचालन में उपयोग की जाने वाली एकमात्र विद्युत शक्ति पंखा संचालन के लिए है। यह तब प्राप्त किया जा सकता है जब परिवेशी वायु का तापमान प्रक्रिया आपूर्ति जल तापमान से 3 डिग्री सेल्सियस से 5 डिग्री सेल्सियस कम होती है।

सीमाएँ
परिवेशी वायु का तापमान 0 डिग्री सेल्सियस नीचे आते ही ठंड लग सकती है। अन्य सीमा ऊष्मा स्थानांतरण में तापमान का अंतर है। इस प्रकार ऊष्मा स्थानांतरण जिसके पार तापमान का अंतर बहुत कम है, अतः आर्थिक रूप से अवास्तविक हो सकता है। ऊष्मा स्थानांतरण का अर्थशास्त्र लगभग 5 डिग्री सेल्सियस न्यूनतम निःशुल्क शीतलन जल तापमान की अनुमति देता है.

ऊर्जा दक्षता
डेटा सेंटर वैश्विक विद्युत खपत का 2% भाग हैं।

यूनाइटेड किंगडम: सन्न 2013 में, चांसलर जॉर्ज ओसबोर्न ने डेटा केंद्रों को कार्बन कटौती प्रतिबद्धता (सीआरसी) से छूट देने और उन्हें अपना स्वयं का जलवायु परिवर्तन समझौता (सीसीए) तैयार करने की अनुमति देने के लिए रियायत देने पर सहमति व्यक्त की थी। इस प्रकार इसे सत्र 2030 तक यूरोपीय संघ के ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को 40% तक कम करने के लिए नए यूरोपीय आयोग द्वारा भी मान्यता दी गई है। अतः डेटा केंद्रों या सर्वर रूम को ठंडा करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए ऊर्जा बचाने के लिए फ्री कूलिंग एक आदर्श समाधान हो सकता है।

प्रकार
डेटा सेंटर या सर्वर रूम के लिए दो फ्री कूलिंग विकल्प हैं, पहला इंटीग्रल फ्री कूलिंग कॉइल या चिलर है जो फ्री कूलर यूनिट के साथ कार्य करता है। इस प्रकार इंटीग्रल चिलर उन साइटों के लिए आदर्श हैं जिनके पास सीमित स्थान होता है और उच्च विद्युत दक्षता स्तर प्रदान कर सकते हैं। इस प्रकार इन इकाइयों में स्क्रॉल और स्क्रू संपीडक, अक्षीय पंखे और तीन-तरफा मॉड्यूलेटिंग वाल्व सहित उच्च गुणवत्ता वाले घटक सम्मिलित होते हैं।

अन्य विकल्प स्वतंत्र फ्री कूलर है जिसमें ताप विनिमय की अधिक क्षमता होती है, जिससे कि इसका आकार दक्षता को अधिकतम करने के लिए होता है जो तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण के लिए बड़े क्षेत्र को सक्षम बनाता है। इस प्रकार स्वतंत्र निःशुल्क कूलरों ने 70% तक की ऊर्जा बचत दिखाई है।