Кондиционер для хранения льда - Ice storage air conditioning

Кондиционер для хранения льда это процесс использования льда для накопитель тепловой энергии. Это практично из-за большого теплота плавления: один метрическая тонна воды (один кубический метр) может хранить 334 мегаджоули (МДж) (317,000 БТЕ ) энергии, что эквивалентно 93 кВтч (26,4 тонно-часов).

Первоначально лед добывали в горах или вырезали из замерзших озер и перевозили в города для использования в качестве охлаждающей жидкости. Первоначальное определение "тонна холодопроизводительности «(тепловой поток) - это тепло, необходимое для растопления одной тонны льда за 24-часовой период. Этот тепловой поток - то, что можно было бы ожидать в помещении площадью 3000 квадратных футов (280 м2) дом в Бостоне летом. С тех пор это определение было заменено менее архаичными единицами: одна тонна HVAC мощность равна 12 000 БТЕ в час. Небольшое хранилище может вместить достаточно льда, чтобы охлаждать большое здание от одного дня до одной недели, независимо от того, производится ли этот лед безводный аммиак чиллеры или доставленные конными телегами.

Замораживание грунта также можно использовать; 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 чиллера 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 нескольких месяцев или дольше, что позволяет хранить его в холоде в течение длительного времени при незначительной стоимости конструкции.[1][2]

Замена существующих систем кондиционирования воздуха накопителями льда предлагает рентабельный метод накопления энергии, позволяющий хранить излишки энергии ветра и других подобных периодических источников энергии для использования в охлаждении позднее, возможно, через несколько месяцев.

Раннее хранение, отгрузка и производство льда

С раннего исторического периода до появления механического охлаждения лед широко транспортировался и хранился круглый год в ледники. Если не было легкодоступного источника льда, то поблизости часто строили неглубокие затененные бассейны, и лед снимали с них в период заморозков.

Кондиционер

Наиболее широко распространенная форма этой технологии - кондиционирование воздуха в кампусе или системы 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, поскольку 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 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 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.[нужна цитата ]

Эффективность чиллеров для кондиционирования воздуха измеряется их коэффициент производительности (КС). 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 растапливает.

Было доказано, что аккумулирование тепла для кондиционирования воздуха приносит пользу обществу. В топливо использование в ночное время для производства электроэнергии является внутренним ресурсом в большинстве стран, 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. Заводы, которые производят эту энергию, часто работают более эффективно, чем газовые турбины которые обеспечивают пиковую мощность в течение дня. Кроме того, поскольку коэффициент нагрузки на заводах выше, требуется меньше растений для обслуживания нагрузки.

Новый поворот в этой технологии: лед используется в качестве конденсирующей среды для хладагент. В этом случае обычный хладагент перекачивается в змеевики, где он используется. Вместо того, чтобы нуждаться в компрессор однако для превращения его обратно в жидкость используется низкая температура льда, чтобы снова превратить хладагент 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 компрессорно-конденсаторных агрегатов с воздушным охлаждением. В районах, где существует значительная разница между пиковой дневной температурой и внепиковой температурой, этот тип устройства обычно более энергоэффективен, чем оборудование, которое он заменяет. [3]

Охлаждение воздуха на входе в газовую турбину сгорания

Накопители тепловой энергии также используются для сжигания. газовая турбина охлаждение приточного воздуха. 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 кучей льда и теплообменник перед воздухозаборником турбины, охлаждая всасываемый воздух почти до температуры ниже нуля. Поскольку воздух более холодный, турбина может сжимать больше воздуха при заданной мощности компрессора. Как правило, и вырабатываемая электрическая мощность, и эффективность турбины повышаются при активации системы охлаждения на входе. Эта система похожа на накопитель энергии сжатого воздуха система.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Келли-Детвайлер, Питер (22 мая 2014 г.). «Хранение льда: экономичный способ охлаждения коммерческих зданий при оптимизации энергосистемы». Forbes.
  2. ^ «Калифорнийское коммунальное предприятие дополнило 1800 кондиционеров« ледяной батареей »."". ARS Technica. 4 мая 2017.
  3. ^ Дюбуа, Дени (16 января 2007 г.). «Ice Bear» компании Ice Energy сохраняет непиковые киловатты в холодных хранилищах, чтобы снизить пиковые затраты на электроэнергию HVAC ». Энергетические приоритеты. Архивировано из оригинал 2 февраля 2014 г.. Получено 5 декабря 2013.