Охлаждение глубоководного источника
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Охлаждение с использованием глубоководного источника ( DWSC ) или глубоководное воздушное охлаждение — это форма воздушного охлаждения используется большой объем естественно холодной воды для технологического и комфортного охлаждения помещений, в которой в качестве теплоотвода . Он использует воду температурой от 4 до 10 градусов Цельсия, взятую из глубоких мест озер, океанов, водоносных горизонтов или рек, которая прокачивается через одну сторону теплообменника . На другой стороне теплообменника производится охлажденная вода. [1]
Основная концепция
[ редактировать ]Вода наиболее плотна при температуре 3,98 ° C (39,16 ° F) при стандартном атмосферном давлении. Таким образом, когда вода остывает ниже 3,98 °C, ее плотность увеличивается и оседает ниже. Когда температура поднимается выше 3,98 °C, плотность воды также уменьшается и вызывает подъем воды, поэтому летом на поверхности озер теплее. Сочетание этих двух эффектов означает, что температура дна большинства глубоких водоемов, расположенных далеко от экваториальных регионов, составляет 3,98 °C.
Кондиционеры представляют собой тепловые насосы . Летом, когда температура наружного воздуха выше, чем температура внутри здания, кондиционеры используют электричество для передачи тепла из более прохладной внутренней части здания в более теплую внешнюю среду. Этот процесс использует электрическую энергию.
В отличие от бытовых кондиционеров, большинство современных коммерческих систем кондиционирования воздуха не передают тепло непосредственно в наружный воздух. Термодинамическую эффективность всей системы можно повысить за счет использования испарительного охлаждения , при котором температура охлаждающей воды снижается до температуры по влажному термометру за счет испарения в градирне . Эта охлажденная вода затем действует в качестве радиатора для теплового насоса.
Для охлаждения воды глубокого озера используется холодная вода, перекачиваемая со дна озера, в качестве радиатора для систем климат-контроля . Поскольку эффективность теплового насоса повышается по мере того, как радиатор становится холоднее, охлаждение воды из глубоких озер может снизить потребность в электроэнергии больших систем охлаждения там, где оно доступно. По своей концепции он похож на современные геотермальные поглотители, но, как правило, его проще построить при наличии подходящего источника воды.
Охлаждение воды глубокого озера обеспечивает более высокую термодинамическую эффективность за счет использования холодной воды глубокого озера, которая холоднее температуры окружающей среды по влажному термометру . Более высокий КПД приводит к меньшему расходу электроэнергии. Во многих зданиях вода в озере достаточно холодная, поэтому холодильная часть систем кондиционирования воздуха может быть отключена при определенных условиях окружающей среды, а тепло внутри здания может передаваться непосредственно к радиатору воды в озере. Это называется «свободным охлаждением», но на самом деле оно не является бесплатным, поскольку насосы и вентиляторы обеспечивают циркуляцию воды в озере и воздуха в здании.
Еще одним преимуществом охлаждения воды в глубоких озерах является то, что оно экономит энергию в периоды пиковой нагрузки, например, в летние полдень, когда значительная часть общей нагрузки на электросеть приходится на кондиционирование воздуха.
Преимущества
[ редактировать ]Охлаждение с помощью глубоководного источника очень энергоэффективно, требуя всего 1/10 от средней энергии, необходимой обычным системам охлаждения. [1] Следовательно, можно ожидать, что его эксплуатационные расходы будут намного ниже.
Источник энергии является очень локальным и полностью возобновляемым при условии, что вода и тепло, выбрасываемые в окружающую среду (часто то же озеро или близлежащую реку), не нарушают природные циклы. Он не использует , разрушающие озоновый слой хладагенты .
В зависимости от потребности здания в охлаждении и местной погоды, охлаждение из источника глубокой воды часто может полностью удовлетворить потребность здания в охлаждении, устраняя зависимость здания от механического охлаждения, обеспечиваемого через охладитель . Это не только снижает потребность здания в электроэнергии (или потребность в пару для применений, использующих абсорбционное охлаждение ), но также снижает зависимость от испарительных градирен , которые часто могут содержать смертельную бактерию Legionella pneumophila . Тем не менее, операторы зданий должны соблюдать и практиковать правильные процедуры дезинфекции перед повторным запуском любых градирен, которые оставались бездействующими в прохладные дни, когда охлаждение из источника глубокой воды могло удовлетворить потребность здания в охлаждении.
В зависимости от потребностей и температуры воды можно рассмотреть возможность совместного нагрева и охлаждения. Например, тепло можно сначала извлечь из воды (сделав ее холоднее); и, во-вторых, та же самая вода может поступать в холодильную установку и использоваться для еще более эффективного производства холода.
Эти системы редко существенно меняют температуру озера. В Европе отопление и охлаждение с помощью озер может сэкономить 0,8 ТВтч в год и наиболее перспективно в Италии, Германии, Турции и Швейцарии. [2]
Недостатки
[ редактировать ]Для охлаждения источника глубокой воды требуется большое и глубокое количество воды в окружающей среде. Чтобы получить воду температурой от 3 до 6 ° C (от 37 до 43 ° F), обычно требуется глубина от 50 до 70 м (от 160 до 230 футов), в зависимости от местных условий.
Установка системы является дорогостоящей и трудоемкой. Система также требует большого количества исходного материала для ее построения и размещения.
Хотя охлаждение из источника глубокой воды в некоторой литературе называется «свободным охлаждением», значительное количество энергии (обычно электрической) расходуется на работу насосов с достаточным напором для преодоления трения и незначительных потерь в распределительных трубопроводах и любых теплообменниках. .
Одно исследование показало, что озера в Европе могут экономически удовлетворить лишь около 17% потребности в охлаждении и 7% совокупной потребности в отоплении и охлаждении в близлежащих районах. [2]
Первая крупная система в Соединенных Штатах
[ редактировать ]Корнеллского университета Система охлаждения источника озера использует озеро Каюга в качестве радиатора для работы центральной системы охлажденной воды в кампусе, а также для обеспечения охлаждения школьного округа города Итака . [3] Система работает с лета 2000 года, ее строительство обошлось в 55–60 миллионов долларов. Он охлаждает нагрузку мощностью 14 500 тонн (51 мегаватт ). Водозаборная труба системы имеет длину 3200 м (10 500 футов) и диаметр трубы 1600 мм (63 дюйма), установленную на глубине 229 м (751 фут), что обеспечивает доступ к воде с температурой 3–5 ° C. (37–41 ° F). Вода возвращается в озеро через водосточную трубу диаметром 1200 мм (47 дюймов) и длиной 780 м (2560 футов). Для проекта была выбрана труба Sclairpipe, изготовленная из полипропилена высокой плотности (HDPE). Предполагаемая экономия составляет 80% сокращение потребления ископаемого топлива, которое ранее требовалось для работы обычной электрической системы охлаждения.
Первая система в Канаде
[ редактировать ]С августа 2004 года система охлаждения воды глубокого озера эксплуатируется Enwave Energy Corporation в Торонто , Онтарио . [4] Он забирает воду из озера Онтарио через трубы, простирающиеся на 5 километров (3,1 мили) в озеро и достигая глубины 83 метра (272 фута), где вода поддерживается на постоянном уровне 4 ° C, а ее температура защищена слоем воды. над ним называется термоклином. Система охлаждения воды глубокого озера является частью комплексной системы централизованного охлаждения , охватывающей финансовый район Торонто, и имеет охлаждающую мощность 59 000 тонн (207 МВт). В настоящее время система имеет достаточную мощность для охлаждения 40 000 000 квадратных футов (3 700 000 м²). 2 ) офисных помещений. [5]
Установленный водозаборный трубопровод для охлаждающей воды глубокого озера имел диаметр 1600 мм (63 дюйма), длину 15 000 м (49 000 футов) и был установлен на глубине 85 м (279 футов), что обеспечивало доступ к воде с температурой 3–5 C (37 -41 Ф). Выбрана труба Sclairpipe, изготовленная из полиэтилена высокой плотности (HDPE).
Вода, добываемая из глубин озера Онтарио, не циркулирует напрямую через конечные кондиционеры внутри зданий. Вместо этого вода из озера циркулирует через набор теплообменников с замкнутым контуром , чтобы обеспечить чистую передачу тепловой энергии от теплоносителя, возвращающегося из зданий в воду озера. Охлажденная вода внутри зданий является частью замкнутой системы централизованного холодоснабжения, перекачиваемой из централизованного места, где установлены теплообменники, обратно в здания, где она может поглощать тепло от фанкойлов, установленных для обеспечения скрытого и разумного пространства. охлаждение.
Холодная вода, забираемая из глубоких слоев озера Онтарио в системе Enwave, не возвращается непосредственно в озеро после прохождения через систему теплообмена. Вместо этого вода перекачивается на городскую водоочистную станцию для очистки и распределения среди жилых и коммерческих потребителей.
Кондиционер с морской водой
[ редактировать ]
Эта версия также известна как охлаждение океанской водой. В отеле InterContinental Resort and Thalasso-Spa на острове Бора-Бора для кондиционирования помещений используется система кондиционирования морской воды (SWAC). Система достигает этого, пропуская холодную морскую воду через теплообменник, где она охлаждает пресную воду в системе с замкнутым контуром. Эта прохладная пресная вода затем перекачивается в здания и используется непосредственно для охлаждения — без преобразования в электроэнергию. Аналогичные системы установлены и в Excelsior . отеле [6] Главное здание Гонконгской и Шанхайской банковской корпорации в Гонконге , а также Лаборатория естественной энергии Гавайских властей . [7]
Системы кондиционирования воздуха с соленой водой использовались на Круговой набережной Сиднея и в известных зданиях в гавани с момента появления коммерческих систем кондиционирования воздуха в 1960-х годах. К ним относятся здание AMP «Палм-Коув», внесенное в список наследия (построенное в 1962 году) и Сиднейский оперный театр . [8] [9]
InterContinental Resort на сегодняшний день является крупнейшей системой кондиционирования воздуха с морской водой, хотя планируется построить еще несколько более крупных систем. [10] Honolulu Seawater Air Conditioning — это проект, направленный на использование кондиционера с морской водой для обеспечения возобновляемого охлаждения коммерческих и жилых объектов в центре Гонолулу. [11] 19 декабря 2020 года компания Honolulu Seawater Air Conditioning объявила о прекращении разработки и прекращении деятельности к концу января 2021 года. [12] Контрольный пакет акций компании Honolulu Seawater Air Conditioning принадлежит компании eBay , основателю Пьеру Омидьяру Ulupono Initiative . [13]
См. также
[ редактировать ]
- Централизованное теплоснабжение – Централизованная система распределения тепла
- Централизованное охлаждение – доставка охлажденной воды в здание, нуждающееся в охлаждении.
- Естественное охлаждение – использование низких температур наружного воздуха для охлаждения воды.
- Геотермальный тепловой насос – система для передачи тепла в/из земли.
- Кондиционер с морской водой
- Сезонное хранение тепловой энергии – сохранение тепла или холода на период до нескольких месяцев.
- Солнечный пруд – Солнечная тепловая энергия
- Энергия океана - энергия, запасенная в водах океанов.
- Преобразование тепловой энергии океана – извлечение энергии из океана
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Берфорд, Хейзен Э.; Видеманн, Лес; Джойс, штат Вашингтон; Маккейб, Роберт Э. (1995). Охлаждение глубоководных источников: неиспользованный ресурс . 10-я ежегодная конференция по централизованному холодоснабжению. Международная ассоциация районной энергетики. ОСТИ 272719 . Архивировано из оригинала 16 февраля 2012 г.
{{cite conference}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Эггиманн С., Вивиан Дж., Че Р., Орехуниг К., Патт А., Фиорентини М. (2023). «Потенциал централизованного отопления и охлаждения из озер для европейских зданий» . Преобразование энергии и управление . 283 : 116914. doi : 10.1016/j.enconman.2023.116914 . hdl : 20.500.11850/604951 . S2CID 257618187 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Охлаждение источника озера» . Удобства и услуги кампуса. Корнелльский университет. Архивировано из оригинала 2 июля 2020 г. Проверено 18 июля 2020 г.
- ^ «Краткая история Enwave» . Enwave. Архивировано из оригинала 30 декабря 2007 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Торонто» . Enwave. Архивировано из оригинала 06 апреля 2020 г. Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ Вонг, Ю-мин (1998). Очистка систем охлаждения морской воды от биообрастания в Гонконге (дипломная работа по управлению окружающей средой). Университет Гонконга . doi : 10.5353/th_b4257477 (неактивен 12 апреля 2024 г.).
{{cite thesis}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на апрель 2024 г. ( ссылка ) - ^ «Кондиционирование воздуха с морской/озерной водой (SWAC/LWAC)» . Корпорация океанской тепловой энергии. Архивировано из оригинала 07.06.2020 . Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ «Здание АМП» . Сиднейские живые музеи . Архивировано из оригинала 6 июня 2020 г. Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ «Ленд-лиз рассчитывает на Сиднейскую гавань для водяного охлаждения в Барангару» . Пятая власть . 20 ноября 2012 г. Архивировано из оригинала 6 июня 2020 г. Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ «Объяснение основ кондиционирования воздуха с морской водой» . Ютуб . Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ Линкольн, Милека (6 августа 2013 г.). «Местные инвестиции в размере 1 миллиона долларов в систему кондиционирования воздуха с морской водой в Гонолулу» . Новости Гавайев сейчас . Архивировано из оригинала 21 июля 2020 г. Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ «Honolulu Seawater Air Conditioning прекратит разработку через 15 лет» . www.bizjournals.com . Проверено 21 декабря 2020 г.
- ^ Симогава, Дуэйн (24 марта 2015 г.). «Проект кондиционирования воздуха с морской водой в Гонолулу устраняет федеральные экологические препятствия» . Тихоокеанские деловые новости . Архивировано из оригинала 28 марта 2015 г. Проверено 21 июля 2020 г.
Ссылки
[ редактировать ]- Судик, Дженнифер (15 января 2008 г.). «Работает новая установка по охлаждению морской воды» . Гонолулу Стар-Бюллетень . Том. 13, нет. 15. Архивировано из оригинала 20 ноября 2008 г. Проверено 26 апреля 2008 г.
- Годвин, Тара (7 апреля 2005 г.). «Использование холодной морской воды для кондиционирования воздуха». Пресс-телеграмма Лонг-Бич . Associated Press – через NewsBank.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Из глубин озера: заряд прохлады для потребителей
- Обзор системы охлаждения Lake Source Корнеллского университета и подробности ее работы
- Geocean. Архивировано 21 июля 2020 г. в Wayback Machine. Компания выполнила проектирование и установку системы SWAC для отеля Brando во Французской Полинезии.
- Makai Ocean Engineering. Архивировано 1 февраля 2014 г. на Wayback Machine. Спроектировала системы SWAC на Бора-Бора (установлена), Кона (установлена) и Гонолулу, Гавайи, Реюньон, Кюрасао, Багамы, а также системы DWSC в Корнельском университете и Торонто (обе установлен).