Кондиционер для хранения льда
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2013 г. ) |
Кондиционирование воздуха с хранением льда — это процесс использования льда для хранения тепловой энергии . Этот процесс может снизить энергопотребление, используемое для охлаждения в периоды пикового спроса на электроэнергию . [1] Альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия, также могут использовать эту технологию для хранения энергии для последующего использования. [1] Это практично из-за большой теплоты плавления воды : одна метрическая тонна воды (один кубический метр) может хранить 334 мегаджоуля (МДж) (317 000 БТЕ ) энергии, что эквивалентно 93 кВтч (26,4 тонны-часа). [2]
Первоначальное определение « тонны холодопроизводительности » (теплового потока) заключалось в тепле, необходимом для растапливания одной тонны льда за 24 часа. Этот тепловой поток — это то, что можно было бы ожидать в помещении площадью 3000 квадратных футов (280 м2). 2 ) дом в Бостоне летом. С тех пор это определение было заменено менее архаичными единицами: одна тонна HVAC или холодильной мощности примерно эквивалентна 3520 Вт . Небольшое хранилище может вместить достаточно льда для охлаждения большого здания от одного дня до одной недели, независимо от того, производится ли этот лед холодильными машинами с безводным аммиаком .
замораживание грунта Также можно использовать ; это можно сделать в виде льда, если земля насыщена водой. Системы также будут работать с чистым камнем. Везде, где образуется лед, теплота плавления ледяного образования не используется, поскольку лед остается твердым на протяжении всего процесса. Метод, основанный на замораживании грунта, широко применяется при горных работах и проходке тоннелей для закрепления нестабильного грунта при земляных работах. Грунт замерзает с помощью скважин с концентрическими трубами, по которым рассол поступает из охладителя на поверхность. Холод извлекается аналогичным способом с использованием рассола и используется так же, как и при обычном хранении льда, обычно с помощью теплообменника рассол-жидкость, чтобы довести рабочие температуры до приемлемого уровня при больших объемах. Мёрзлый грунт может оставаться холодным в течение нескольких месяцев и дольше, что позволяет хранить его в холодильнике в течение длительного времени при незначительной стоимости конструкции. [3] [4]
Замена существующих систем кондиционирования воздуха хранилищем льда предлагает экономически эффективный метод хранения энергии, позволяющий хранить излишки энергии ветра и другие подобные периодические источники энергии для использования в охлаждении в более позднее время, возможно, через несколько месяцев.
Раннее хранение, отгрузка и производство льда
[ редактировать ]До появления механического охлаждения лед вырезали из замерзших озер или рек и перевозили в города для использования в качестве охлаждающей жидкости. [5] Лед широко перевозился и круглый год хранился в ледниках . Если не было легкодоступного источника льда, то поблизости часто строили неглубокие затененные бассейны, и лед из них удаляли в период морозов.
Кондиционер
[ редактировать ]Наиболее широко используемую форму этой технологии можно найти в системах кондиционирования воздуха по всему кампусу или в 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 охладитель работает ночью, производя груду льда. Затем вода циркулирует через котел в течение дня, производя охлажденную воду, которая обычно является дневной производительностью чиллера.
Система частичного хранения сводит к минимуму капитальные вложения, поскольку чиллеры работают почти 24 часа в сутки. Ночью они производят лед для хранения, а днем охлаждают воду для системы кондиционирования. Вода, циркулирующая через тающий лед, увеличивает их производство. Такая система обычно работает в режиме производства льда от 16 до 18 часов в день и в режиме плавления льда в течение шести часов в день. Капитальные затраты сводятся к минимуму, поскольку размеры чиллеров могут составлять всего 40–50% от размера, необходимого для традиционной конструкции. Хранения льда, достаточного для хранения отведенного за полдня тепла, обычно достаточно.
Полная система хранения минимизирует затраты на энергию для работы этой системы за счет полного отключения чиллеров в часы пиковой нагрузки. Капитальные затраты выше, поскольку для такой системы требуются охладители несколько большего размера, чем для системы частичного хранения, и более крупная система хранения льда. Системы хранения льда достаточно недороги, поэтому системы полного хранения часто конкурируют с традиционными конструкциями кондиционирования воздуха. [ нужна ссылка ]
Эффективность чиллеров для кондиционирования воздуха измеряется их коэффициентом полезного действия (COP). Теоретически системы аккумулирования тепла могут сделать охладители более эффективными, поскольку тепло передается в более холодный ночной воздух, а не в более теплый дневной воздух. На практике потери тепла перевешивают это преимущество, поскольку растапливают лед.
Было доказано, что аккумулирование тепла в кондиционерах приносит пользу обществу. Электроэнергия в непиковое время обходится дешевле, поскольку спрос ниже. Это также снижает спрос в часы пик, который часто обеспечивается дорогостоящими и неэкологическими источниками.
Новый вариант этой технологии использует лед в качестве конденсирующей среды для хладагента . В этом случае обычный хладагент закачивается в змеевики, где он используется. Однако вместо того, чтобы использовать компрессор для преобразования хладагента обратно в жидкость, используется низкая температура льда для охлаждения хладагента обратно в жидкость. Этот тип системы позволяет преобразовать существующее оборудование HVAC, работающее на хладагенте, в системы хранения тепловой энергии, что ранее было невозможно легко сделать с помощью технологии охлажденной воды. Кроме того, в отличие от систем охлажденной воды 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 пиковыми дневными и непиковыми температурами, этот тип устройства обычно более энергоэффективен, чем оборудование, которое оно заменяет. [6]
Охлаждение воздуха на входе в газовую турбину
[ редактировать ]Аккумулирование тепловой энергии также используется для в газовую турбину охлаждения воздуха на входе . Вместо того, чтобы переносить спрос на электроэнергию на ночь, этот метод переносит генерирующие мощности на день. Чтобы генерировать лед в ночное время, турбину часто механически соединяют с компрессором большого чиллера. Во время пиковых дневных нагрузок вода циркулирует между кучей льда и теплообменником перед воздухозаборником турбины, охлаждая всасываемый воздух до температуры, близкой к нулю. Поскольку воздух холоднее, турбина может сжимать больше воздуха при заданной мощности компрессора. Как правило, при активации системы охлаждения на входе повышается как генерируемая электроэнергия, так и эффективность турбины. Эта система аналогична системе хранения энергии сжатого воздуха . [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Ледяной домик (ранняя версия)
- Хранение энергии
- Солнечная тепловая энергия
- Технология перекачиваемого льда
- Список проектов по хранению энергии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Розелунд, Кристиан (13 февраля 2019 г.). «Ice Energy приводит к глубокой заморозке энергохранилищ США» . Журнал ПВ .
- ^ «Тепло плавления» . sciencedirect.com . НаукаДирект . Проверено 8 июля 2021 г.
- ^ Келли-Детвайлер, Питер (22 мая 2014 г.). «Хранение льда: экономичный способ охлаждения коммерческих зданий при оптимизации электросети» . Форбс .
- ^ «Калифорнийское коммунальное предприятие дополняет 1800 кондиционеров «ледяной батареей» » . Арс Техника . 4 мая 2017 г.
- ^ Шэрон, Сьюзен (26 февраля 2020 г.). «В штате Мэн жители прорезают толстый лед, чтобы не допустить таяния традиции» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР .
- ^ Дюбуа, Дени (16 января 2007 г.). «Ice Bear» компании Ice Energy сохраняет непиковые киловатты в холодильных камерах, чтобы снизить пиковые затраты на электроэнергию в системах отопления, вентиляции и кондиционирования» . Энергетические приоритеты . Архивировано из оригинала 2 февраля 2014 года . Проверено 5 декабря 2013 г.