Войти
Кондиционер для хранения льда - это процесс возможность использования льда для накопления тепловой энергии. Это практично из-за большой теплоты плавления воды: одна метрическая тонна воды (один кубический метр) может хранить 334 мегаджоулей (МДж) (317,000 BTU ) энергии, что эквивалентно 93 кВтч (26,4 тонно-часов).
Лед первоначально добывали в горах или вырезали из замерзших озер и перевозили в города для использования в качестве охлаждающей жидкости. Первоначальное определение «тонны охлаждающей способности » (тепловой поток) было теплом, необходимым для плавления одной тонны льда за 24-часовой период. Этот тепловой поток - то, что можно было бы ожидать от дома площадью 3000 квадратных футов (280 м) в Бостоне летом. С тех пор это определение было заменено менее архаичными единицами измерения: одна тонна HVAC мощность равна 12000 БТЕ в час. Небольшое хранилище может вместить достаточно льда, чтобы охладить большое здание от одного дня до одной недели, независимо от того, производится ли этот лед с помощью чиллеров безводного аммиака или его тянут конные телеги.
Заморозка грунта также может быть использована; это может быть сделано в форме льда, когда земля насыщена. Системы также будут работать с чистым камнем. Везде, где образуется лед, теплота плавления льда не используется, так как лед остается твердым на протяжении всего процесса. Метод, основанный на промерзании грунта, широко используется при разработке горных работ и проходке туннелей для укрепления неустойчивого грунта во время земляных работ. Земля замораживается с помощью просверленных отверстий с концентрическими трубами, по которым рассол из охладителя выходит на поверхность. Холод извлекается аналогичным образом с использованием рассола и используется так же, как и для обычного хранения льда, обычно с теплообменником «рассол-жидкость», чтобы довести рабочие температуры до приемлемого уровня при более высоких объемах. Мерзлый грунт может оставаться холодным в течение месяцев или дольше, что позволяет хранить холод в течение длительного времени при незначительных затратах на конструкцию.
Замена существующих систем кондиционирования воздуха хранилищами льда предлагает рентабельный метод хранения энергии, позволяющий использовать излишки энергии ветра и другие такие прерывистые источники энергии должны храниться для использования при охлаждении в более позднее время, возможно, через несколько месяцев.
С раннего исторического периода до появления механизированного охлаждения лед широко транспортировали и круглый год хранили в ледниках. Если не было легкодоступного источника льда, то поблизости часто строили неглубокие затененные бассейны, и лед снимали с них в период заморозков.
Наиболее широко используемая форма этой технологии может быть найдена в системах кондиционирования воздуха всего кампуса или системах охлажденной воды больших зданий. Системы кондиционирования воздуха, особенно в коммерческих зданиях, вносят наибольший вклад в пиковые электрические нагрузки, наблюдаемые в жаркие летние дни в различных странах. В этом случае стандартный чиллер работает ночью, чтобы произвести кучу льда. Затем вода циркулирует в куче в течение дня, чтобы произвести охлажденную воду, которая обычно является дневной продукцией чиллера.
Система частичного хранения сводит к минимуму капитальные вложения, так как чиллеры работают почти 24 часа в сутки. Ночью они производят лед для хранения, а днем охлаждают воду для системы кондиционирования воздуха. Вода, циркулирующая через тающий лед, увеличивает их производство. Такая система обычно работает в режиме производства льда от 16 до 18 часов в сутки и в режиме плавления льда в течение шести часов в сутки. Капитальные затраты сводятся к минимуму, поскольку чиллеры могут составлять всего 40-50% от размера, необходимого для обычной конструкции. Обычно достаточно льда, достаточного для хранения отклоненного тепла за полдня.
Полная система хранения сводит к минимуму затраты на энергию для работы этой системы, полностью отключая чиллеры в часы пиковой нагрузки. Капитальные затраты выше, поскольку для такой системы требуются несколько более крупные охладители, чем для системы частичного хранения, и более крупная система хранения льда. Системы хранения льда достаточно недороги, поэтому полные системы хранения часто могут конкурировать с традиционными системами кондиционирования воздуха.
Эффективность чиллеров для кондиционирования воздуха измеряется их коэффициентом полезного действия (COP). Теоретически системы аккумулирования тепла могут сделать чиллеры более эффективными, поскольку тепло отводится в более холодный ночной воздух, а не в более теплый дневной воздух. На практике потеря тепла перевешивает это преимущество, так как лед тает.
Было доказано, что аккумулирование тепла для кондиционирования воздуха приносит пользу обществу. топливо, используемое в ночное время для производства электроэнергии, в большинстве стран является внутренним ресурсом, поэтому используется меньше импортного топлива. Кроме того, исследования показывают, что этот процесс значительно снижает выбросы, связанные с производством энергии для кондиционеров, поскольку вечером неэффективные «пиковые» установки заменяются установками с базовой нагрузкой с низким уровнем выбросов. Установки, вырабатывающие эту энергию, часто работают более эффективно, чем газовые турбины, обеспечивающие пиковую мощность в течение дня. Кроме того, поскольку коэффициент нагрузки на установках выше, для обслуживания нагрузки требуется меньше установок.
Новый поворот в этой технологии: лед используется в качестве конденсирующей среды для хладагента. В этом случае обычный хладагент перекачивается в змеевики, где он используется. Однако вместо компрессора для преобразования его обратно в жидкость, низкая температура льда используется для охлаждения хладагента обратно в жидкость. Этот тип системы позволяет преобразовать существующее оборудование HVAC на основе хладагента в системы аккумулирования тепловой энергии, что раньше было нелегко сделать с помощью технологии холодной воды. Кроме того, в отличие от систем водяного охлаждения с водяным охлаждением, которые не испытывают огромной разницы в эффективности днем и ночью, этот новый класс оборудования обычно заменяет дневную работу конденсаторных агрегатов с воздушным охлаждением. В регионах, где существует значительная разница между пиковой дневной температурой и внепиковой температурой, этот тип устройства обычно более энергоэффективен, чем оборудование, которое он заменяет.
Накопитель тепловой энергии также используется для охлаждения воздуха на входе в газовую турбину сгорания . Вместо того, чтобы переносить потребность в электроэнергии в ночное время, этот метод переносит генерирующую мощность на дневную. Для образования льда ночью турбина часто механически соединяется с компрессором большого чиллера. Во время пиковых дневных нагрузок вода циркулирует между грудой льда и теплообменником перед воздухозаборником турбины, охлаждая всасываемый воздух до температур, близких к отрицательным. Поскольку воздух более холодный, турбина может сжимать больше воздуха при заданной мощности компрессора. Обычно и вырабатываемая электрическая мощность, и КПД турбины повышаются при активации системы охлаждения на входе. Эта система аналогична системе накопления энергии на сжатом воздухе.
