Free cooling vähentää jäähdytysjärjestelmän sähkönkulutusta tyypillisesti 40–70 prosenttia verrattuna pelkkään kompressorikäyttöön, kun ulkolämpötila laskee riittävästi alle prosessin tavoitelämpötilan. Säästöpotentiaali on suurin pohjoismaisissa olosuhteissa, joissa kylmää ulkoilmaa on hyödynnettävissä merkittävän osan vuodesta. Seuraavat osiot vastaavat tarkemmin siihen, miten free cooling toimii, milloin se kannattaa ja miten säästöt lasketaan.
Miten free cooling toimii käytännössä?
Free cooling on jäähdytysmenetelmä, jossa jäähdytystarve katetaan hyödyntämällä ulkoilman ja jäähdytettävän prosessin välistä lämpötilaeroa ilman kompressoreiden käyttöä. Kun ulkolämpötila laskee riittävästi alle halutun prosessi- tai tilalämpötilan, lämpö siirtyy suoraan ulkoilmaan ilman mekaanista jäähdytyssykliä. Kompressorit eivät käy, jolloin niiden kuluttama sähkö jää kokonaan pois.
Käytännössä järjestelmä ohjaa ilman tai nestekierron ulkoilman kautta siten, että lämpö luovutetaan ympäristöön pelkän puhaltimen tai pumpun avulla. Kompressorit aktivoituvat vasta, kun ulkolämpötila nousee niin korkeaksi, ettei luonnollinen lämpötilaero enää riitä jäähdytystarpeen kattamiseen. Siirtyminen free cooling -tilasta kompressorikäyttöön tapahtuu automaattisesti asetettujen raja-arvojen mukaan.
Pohjoismaisessa ilmastossa free cooling -käyttötunnit kertyvät vuositasolla huomattaviksi. Talvikuukausina ulkolämpötila pysyy useita kuukausia tasolla, joka mahdollistaa täyden jäähdytystehon ilman kompressoreita. Tämä on keskeinen syy siihen, miksi free coolingin energiansäästöhyöty on Suomessa ja Pohjoismaissa erityisen merkittävä.
Kuinka paljon free cooling vähentää sähkönkulutusta?
Free cooling vähentää jäähdytysjärjestelmän sähkönkulutusta 40–70 prosenttia vuositasolla pohjoismaisissa olosuhteissa, kun järjestelmä on mitoitettu hyödyntämään kylmät kuukaudet täysimääräisesti. Tarkat luvut riippuvat prosessin jäähdytyslämpötilasta, vuotuisista käyttötunneista ja siitä, kuinka suuren osan vuodesta ulkolämpötila pysyy free cooling -kynnyksen alapuolella.
Kompressorin sähkönkulutus on jäähdytysjärjestelmän merkittävin yksittäinen energiaerä. Kun kompressori ei käy, järjestelmä kuluttaa sähköä vain puhaltimille ja mahdollisille pumpuille, joiden yhteinen tehontarve on murto-osa kompressorin tehosta. Tämä tarkoittaa, että jokainen tunti free cooling -tilassa vastaa suoraan kompressorin sähkönkulutuksen säästöä.
Prosessijäähdytyskohteissa, joissa jäähdytys on ympärivuorokautinen ja jatkuva, säästöpotentiaali on suurin. Suomen ilmastossa kompressorit voivat olla pois käytöstä jopa viisi kuukautta vuodessa, jos prosessin tavoitelämpötila on riittävän korkea suhteessa ulkolämpötilaan. Tämä näkyy suoraan vuotuisessa sähkölaskussa.
Milloin free cooling on kannattavinta ottaa käyttöön?
Free cooling on kannattavinta ottaa käyttöön kohteissa, joissa jäähdytystarve on jatkuva ja prosessin tavoitelämpötila on selvästi ulkolämpötilaa korkeampi useita kuukausia vuodessa. Kannattavuus kasvaa sitä mukaa, kun jäähdytettävän prosessin lämpötilaikkuna on leveä ja käyttötunnit vuositasolla korkeat.
Investoinnin takaisinmaksuaika riippuu kolmesta tekijästä: nykyisen jäähdytysjärjestelmän sähkönkulutuksesta, paikallisesta sähkön hinnasta ja siitä, kuinka monta tuntia vuodessa free cooling -toiminto on aktiivinen. Kohteissa, joissa sähkön hinta on korkea ja jäähdytys käy ympäri vuorokauden, takaisinmaksu on tyypillisesti lyhyt.
Vuonna 2026 teollisuuden sähkön hintataso tekee free coolingista erityisen ajankohtaisen investoinnin. Energiakustannukset ovat nousseet merkittävästi, ja kompressorikäytön vähentäminen on suoraviivainen keino leikata käyttökustannuksia ilman prosessin suorituskyvyn heikentymistä. Free coolingin käyttöönotto ei edellytä prosessimuutoksia, vaan se integroituu olemassa olevaan jäähdytysjärjestelmään.
Mihin kohteisiin free cooling soveltuu parhaiten?
Free cooling soveltuu parhaiten kohteisiin, joissa jäähdytys on jatkuvaa, prosessin tavoitelämpötila on positiivisella puolella ja sijainti on pohjoisessa ilmastovyöhykkeessä. Tyypillisiä hyötykohteita ovat prosessiteollisuus, biokaasulaitokset, datakeskukset, energiantuotantolaitokset ja muut kohteet, joissa lauhdutus- tai prosessijäähdytys käy ympäri vuorokauden.
Prosessijäähdytyskohteissa, kuten biokaasulaitoksissa ja kemianteollisuudessa, free cooling -käyttötunnit kertyvät vuositasolla erityisen suuriksi, koska jäähdytystarve ei ole kausiluonteinen. Näissä kohteissa jokainen kompressorivapaa tunti tarkoittaa suoraa säästöä energiakustannuksissa.
Varastot, tuotantohallit ja suuret teollisuustilat ovat myös soveltuvia kohteita, erityisesti jos tiloissa on lämpökuormia, jotka vaativat jäähdytystä myös talvikuukausina. Ilma-ilma -periaatteella toimivissa ratkaisuissa free cooling -hyöty realisoituu suoraan, kun kylmä ulkoilma kierrätetään tilaan kompressoreita käyttämättä.
Kohteet, joissa jäähdytys on puhtaasti kesäkuukausiin painottuva, hyötyvät free coolingista vähemmän, koska ulkolämpötila on suurimman jäähdytystarpeen aikana korkea. Näissä tilanteissa free coolingin säästöpotentiaali jää pienemmäksi, vaikka se silti kattaa kevään ja syksyn välikauden.
Mitä eroa on free coolingilla ja tavallisella ilmajäähdytyksellä?
Tavallinen ilmajäähdytys käyttää kompressoreita kylmäaineen kierrättämiseen ja lämmön siirtämiseen riippumatta ulkolämpötilasta. Free cooling puolestaan hyödyntää ulkoilman ja prosessin välistä luonnollista lämpötilaeroa ilman kompressoreita, kun olosuhteet sen sallivat. Ero on energiankulutuksessa: free cooling -tilassa kompressorit eivät kuluta sähköä lainkaan.
Tavallisessa ilmajäähdytyksessä COP-arvo eli hyötysuhde vaihtelee ulkolämpötilan mukaan, mutta kompressori käy aina. Free cooling -järjestelmässä kompressori aktivoituu vain silloin, kun ulkolämpötila ei enää riitä jäähdytystarpeen kattamiseen. Tämä hybridikäyttö on free coolingin keskeinen toimintaperiaate.
Toinen merkittävä ero on mekaaninen kuluminen. Kompressorit ovat jäähdytysjärjestelmän eniten kuluvat komponentit. Free cooling -tilassa kompressorit eivät käy, jolloin niiden käyttötunnit ja huoltotarve vähenevät suorassa suhteessa free cooling -tuntien määrään. Tämä pidentää kompressoreiden käyttöikää ja vähentää huoltokustannuksia.
Miten free coolingin säästöt lasketaan vuositasolla?
Free coolingin vuotuiset säästöt lasketaan kertomalla free cooling -käyttötunnit kompressorin tehonkulutuksella ja paikallisella sähkön yksikköhinnalla. Laskentaan tarvitaan neljä lähtötietoa: kompressorin sähköteho kilowatteina, vuotuiset free cooling -tunnit, sähkön hinta kilowattitunnilta sekä puhaltimien ja pumppujen kuluttama teho free cooling -tilassa.
Laskentakaava vuotuisille säästöille
Vuotuinen säästö euroissa lasketaan seuraavasti: (kompressorin teho kW miinus puhaltimien teho kW) kerrottuna free cooling -tunneilla ja sähkön hinnalla euroina per kilowattitunti. Esimerkiksi 30 kW:n kompressori, joka korvataan 3 kW:n puhaltimella 3 000 tunnin ajan vuodessa, tuottaa 27 kW:n tehonsäästön. Sähkön hinnan ollessa 0,12 euroa per kilowattitunti vuotuinen säästö on 9 720 euroa.
Käyttötuntien arviointi Suomen ilmastossa
Free cooling -käyttötunnit arvioidaan paikkakunnan lämpötiladatan ja prosessin kynnyslämpötilan perusteella. Suomessa ulkolämpötila on alle 10 °C noin 6 000–7 000 tuntia vuodessa ja alle 0 °C noin 3 500–4 500 tuntia vuodessa. Jos prosessin free cooling -kynnys on esimerkiksi +15 °C, käyttötunteja kertyy vuositasolla huomattava määrä.
Laskennassa on tärkeää erottaa osittainen ja täysi free cooling. Osittaisessa free coolingissa kompressori ajaa pienemmällä teholla ulkoilman avustaessa, täydessä free coolingissa kompressori on kokonaan pois käytöstä. Tarkka vuotuinen säästölaskenta huomioi molemmat tilat erikseen, jotta tulos vastaa todellista käyttöprofiilia.
Prosessijäähdytyskohteissa, kuten AirTreater Prosean soveltamiskohteissa, laskenta tehdään aina kohdekohtaisesti, koska prosessin lämpötilaprofiili, jäähdytysteho ja käyttötuntien jakauma vaihtelevat merkittävästi laitoksesta toiseen. Kohdekohtainen mitoitus varmistaa, että säästöarvio perustuu todellisiin käyttöolosuhteisiin eikä yleistettyihin viitearvoihin.
