Chłodzenie źródła wody głębokiej

Głębokie chłodzenie wodne ( DWSC ) lub głębokie wodne chłodzenie powietrzem jest formą chłodzenia powietrzem do chłodzenia procesowego i komfortowego chłodzenia pomieszczeń, w którym jako radiator wykorzystuje się dużą ilość naturalnie zimnej wody . Wykorzystuje wodę o temperaturze od 4 do 10 stopni Celsjusza, pobieraną z głębokich obszarów w jeziorach, oceanach, warstwach wodonośnych lub rzekach, która jest pompowana przez jedną stronę wymiennika ciepła . Po drugiej stronie wymiennika ciepła wytwarzana jest schłodzona woda.

Podstawowy pomysł

Woda ma największą gęstość w temperaturze 3,98 ° C (39,16 ° F) przy standardowym ciśnieniu atmosferycznym. Tak więc, gdy woda ochładza się poniżej 3,98 ° C, zmniejsza swoją gęstość i rośnie. Gdy temperatura wzrasta powyżej 3,98 ° C, gęstość wody również spada i powoduje wzrost poziomu wody, dlatego latem jeziora nagrzewają się na powierzchni. Połączenie tych dwóch efektów oznacza, że ​​dno najgłębszych zbiorników wodnych położonych daleko od regionów równikowych ma stałą temperaturę 3,98°C.

Klimatyzatory to pompy ciepła . Latem, kiedy temperatura powietrza na zewnątrz jest wyższa niż temperatura wewnątrz budynku, klimatyzatory wykorzystują energię elektryczną do przenoszenia ciepła z chłodniejszego wnętrza budynku do cieplejszego otoczenia na zewnątrz. Proces ten wykorzystuje energię elektryczną.

W przeciwieństwie do klimatyzatorów mieszkalnych, większość nowoczesnych komercyjnych systemów klimatyzacyjnych nie przekazuje ciepła bezpośrednio do powietrza zewnętrznego. Sprawność termodynamiczną całego systemu można poprawić, stosując chłodzenie wyparne , w którym temperatura wody chłodzącej jest obniżana blisko temperatury mokrego termometru przez odparowywanie w wieży chłodniczej . Ta schłodzona woda działa następnie jako radiator dla pompy ciepła.

Głębokie chłodzenie wody jeziora wykorzystuje zimną wodę pompowaną z dna jeziora jako radiator dla systemów kontroli klimatu . Ponieważ wydajność pompy ciepła poprawia się wraz ze spadkiem temperatury radiatora, chłodzenie wodą z głębokiego jeziora może zmniejszyć zapotrzebowanie na energię elektryczną dużych systemów chłodzenia, o ile jest dostępne. Jest podobny w koncepcji do nowoczesnych geotermalnych , ale generalnie prostszy w budowie, biorąc pod uwagę odpowiednie źródło wody.

Chłodzenie wody z głębokiego jeziora umożliwia wyższą wydajność termodynamiczną dzięki wykorzystaniu zimnej wody z głębokiego jeziora, która jest zimniejsza niż temperatura termometru mokrego otoczenia . Wyższa wydajność oznacza mniejsze zużycie energii elektrycznej. W przypadku wielu budynków woda w jeziorze jest wystarczająco zimna, aby część chłodnicza systemów klimatyzacji mogła zostać wyłączona w pewnych warunkach środowiskowych, a ciepło z wnętrza budynku mogło zostać przekazane bezpośrednio do radiatora wody w jeziorze. Nazywa się to „swobodnym chłodzeniem”, ale w rzeczywistości nie jest darmowe, ponieważ pompy i wentylatory działają w celu cyrkulacji wody w jeziorze i powietrza w budynku.

Dodatkową zaletą chłodzenia wody w głębokich jeziorach jest to, że oszczędza energię w okresach szczytowego obciążenia, takich jak letnie popołudnia, kiedy znaczną część całkowitego obciążenia sieci elektrycznej stanowi klimatyzacja.

Zalety

Chłodzenie za pomocą głębokiego źródła wody jest bardzo energooszczędne i wymaga jedynie 1/10 średniej energii wymaganej przez konwencjonalne systemy chłodzenia. W związku z tym można oczekiwać, że koszty eksploatacji będą również znacznie niższe.

Źródło energii jest bardzo lokalne iw pełni odnawialne, pod warunkiem, że woda i ciepło odprowadzane do środowiska (często to samo jezioro lub pobliska rzeka) nie zakłócają naturalnych cykli. Nie wykorzystuje czynnika chłodniczego niszczącego warstwę ozonową .

W zależności od zapotrzebowania budynku na chłodzenie i lokalnej pogody, głębokie chłodzenie wodne może często zaspokoić całą część zapotrzebowania budynku na chłodzenie, eliminując zależność budynku od mechanicznego chłodzenia zapewnianego przez agregat chłodniczy . To nie tylko zmniejsza zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną (lub zapotrzebowanie na parę w zastosowaniach wykorzystujących chłodzenie absorpcyjne ), ale także zmniejsza zależność od wież chłodniczych wyparnych , które często mogą być siedliskiem śmiercionośnej bakterii Legionella pneumophila . Jednak operatorzy budynków muszą przestrzegać i ćwiczyć prawidłowe procedury dezynfekcji przed ponownym uruchomieniem jakichkolwiek wież chłodniczych, które pozostawały uśpione podczas chłodniejszych dni, kiedy głębokie chłodzenie wodne było w stanie zaspokoić zapotrzebowanie budynku na chłodzenie.

W zależności od potrzeb i temperatury wody można rozważyć parowanie ogrzewania i chłodzenia. Na przykład ciepło można najpierw pobrać z wody (ochładzając ją); a po drugie, ta sama woda może krążyć w urządzeniu chłodniczym i być wykorzystywana do jeszcze bardziej efektywnej produkcji chłodu.

Niedogodności

Chłodzenie głębokiego źródła wody wymaga dużej i głębokiej ilości wody w otoczeniu. Aby uzyskać wodę w zakresie od 3 do 6 ° C (37 do 43 ° F), na ogół wymagana jest głębokość od 50 m (160 stóp) do 70 m (230 stóp), w zależności od lokalnych warunków.

Konfiguracja systemu jest kosztowna i pracochłonna. System wymaga również dużej ilości materiału źródłowego do jego budowy i umieszczenia.

Chociaż chłodzenie głębokiego źródła wody jest określane w niektórych literaturach jako „swobodne chłodzenie”, znaczna ilość energii (zwykle elektrycznej) jest zużywana na działanie pomp o wysokości podnoszenia wystarczającej do pokonania tarcia i niewielkich strat w rurociągach dystrybucyjnych i wszelkich wymiennikach ciepła .

Pierwszy duży system w Stanach Zjednoczonych

System chłodzenia Lake Source Cooling Uniwersytetu Cornell wykorzystuje jezioro Cayuga jako radiator do obsługi centralnego systemu wody lodowej na terenie kampusu oraz do chłodzenia miejskiego okręgu szkolnego Ithaca . System działa od lata 2000 roku i został zbudowany kosztem 55–60 mln USD. Chłodzi ładunek o masie 14 500 ton (51 megawatów ). Rura wlotowa systemu ma długość 3200 m (10 498 stóp) i średnicę rury 1600 mm (63 cale), jest zainstalowana na głębokości 229 m (750 stóp), umożliwiając dostęp do wody o temperaturze między 3-5 C ( 37-41 F). Woda jest zawracana do jeziora przez rurę wylotową o długości 1200 mm (47 cali) i długości 780 m (2560 stóp). Rura wybrana do projektu to Sclairpipe, wykonana z polipropylenu o wysokiej gęstości (HDPE). Szacunkowe oszczędności to 80% redukcja zużycia paliw kopalnych, które wcześniej były wymagane do obsługi konwencjonalnego elektrycznego układu chłodzenia.

Pierwszy system w Kanadzie

Główny artykuł: System chłodzenia wody w głębokim jeziorze

Od sierpnia 2004 r. system chłodzenia wody z głębokich jezior jest obsługiwany przez Enwave Energy Corporation w Toronto , Ontario . Zasysa wodę z jeziora Ontario przez rury rozciągające się na 5 kilometrów (3,1 mil) do jeziora, sięgając do głębokości 83 metrów (272 stóp), gdzie woda jest utrzymywana na stałym poziomie 4 ° C, a jej temperatura jest chroniona przez warstwę wody nad nią, zwaną termokliną. System chłodzenia głębokiego jeziora jest częścią zintegrowanego chłodzenia , który obejmuje dzielnicę finansową Toronto i ma moc chłodzenia 59 000 ton (207 MW). System ma obecnie wystarczającą wydajność do schłodzenia 40 000 000 stóp kwadratowych (3 700 000 m2 ) powierzchni biurowej.

Zainstalowana linia poboru wody chłodzącej do głębokiego jeziora miała średnicę 1600 mm (63 cale), długość 15 000 m (49 213 stóp) i została zainstalowana na głębokości 85 m (278 stóp), umożliwiając dostęp do wody o temperaturze między 3-5 C (37 -41 F) Wybrana rura to Sclairpipe, wykonana z żywicy polietylenowej o dużej gęstości (HDPE).

Woda pobierana z głębin jeziora Ontario nie krąży bezpośrednio w klimakonwektorach zainstalowanych w budynkach komercyjnych lub mieszkalnych. Zamiast tego woda z jeziora krąży przez zestaw wymienników ciepła o obiegu zamkniętym , aby umożliwić netto transfer energii cieplnej z mieszaniny woda-glikol powracającej z budynków do wody jeziora. Mieszanina woda-glikol jest częścią sieci chłodniczej z obiegiem zamkniętym, pompowana ze scentralizowanej lokalizacji, w której zainstalowane są wymienniki ciepła, z powrotem do budynków, gdzie może absorbować ciepło z klimakonwektorów zainstalowanych w celu zapewnienia utajonej i odczuwalnej przestrzeni chłodzenie.

Zimna woda pobierana z głębokiej warstwy jeziora Ontario w systemie Enwave nie wraca bezpośrednio do jeziora po przejściu przez system wymiany ciepła. Zamiast tego woda jest pompowana do miejskiej stacji filtracji wody w celu uzdatnienia i dystrybucji do użytkowników mieszkalnych i komercyjnych.

Klimatyzacja z wodą morską

Główny artykuł: Klimatyzacja z wodą morską
Rury z wodą morską systemu hotelowego Excelsior w Hongkongu.

Ta wersja jest również znana jako chłodzenie wodą oceaniczną. InterContinental Resort and Thalasso-Spa na wyspie Bora Bora wykorzystuje system klimatyzacji wody morskiej (SWAC) do klimatyzacji swoich budynków . System osiąga to poprzez przepuszczanie zimnej wody morskiej przez wymiennik ciepła, gdzie schładza wodę słodką w systemie obiegu zamkniętego. Ta chłodna słodka woda jest następnie pompowana do budynków i wykorzystywana bezpośrednio do chłodzenia – nie zachodzi konwersja na energię elektryczną. Podobne systemy znajdują się również w Excelsior oraz w głównym budynku The Hong Kong and Shanghai Banking Corporation w Hong Kongu , a także w Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority .

Systemy klimatyzacji ze słoną wodą były używane w Circular Quay w Sydney i wyróżniających się budynkach w porcie od czasu powstania komercyjnych systemów klimatyzacji w latach sześćdziesiątych XX wieku. Należą do nich wpisany na listę dziedzictwa kulturowego budynek AMP „Palm Cove” (zbudowany w 1962 r.) oraz Opera w Sydney .

InterContinental Resort to największy jak dotąd system klimatyzacji wykorzystujący wodę morską, choć planowanych jest kilka innych, większych systemów . Honolulu Seawater Air Conditioning był projektem mającym na celu wykorzystanie klimatyzacji wykorzystującej wodę morską do dostarczania odnawialnego chłodzenia do nieruchomości komercyjnych i mieszkaniowych w centrum Honolulu. 19 grudnia 2020 r. Honolulu Seawater Air Conditioning ogłosiło, że kończy swój rozwój i zakończy działalność do końca stycznia 2021 r. Honolulu Seawater Air Conditioning jest w większości własnością założyciela eBay , Pierre'a Omidyara , Ulupono Initiative .

Zobacz też

Notatki

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Deep_water_source_cooling&oldid=1107760746 ”