Klimatyzacja do przechowywania lodu

Ilustracja klimatyzatora do przechowywania lodu w trakcie produkcji.

Klimatyzacja z magazynowaniem lodu to proces wykorzystywania lodu do magazynowania energii cieplnej . Proces ten może zmniejszyć zużycie energii do chłodzenia w okresach szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną . Alternatywne źródła energii, takie jak energia słoneczna, mogą również wykorzystywać tę technologię do magazynowania energii do późniejszego wykorzystania. ciepło topnienia wody : jedna tona metryczna wody (jeden metr sześcienny) może przechowywać 334 megadżuli (MJ) (317 000 BTU ) energii, co odpowiada 93 kWh (26,4 tonogodzin).

Oryginalna definicja „ tony wydajności chłodniczej ” (przepływu ciepła) określała ciepło potrzebne do stopienia jednej tony lodu w ciągu 24 godzin. Takiego przepływu ciepła można się spodziewać latem w domu o powierzchni 3000 stóp kwadratowych (280 m2) w Bostonie ^. Definicja ta została od tego czasu zastąpiona mniej archaicznymi jednostkami: jedna tona wydajności HVAC lub chłodniczej odpowiada w przybliżeniu 3520 watów . Mały magazyn może pomieścić wystarczającą ilość lodu do schłodzenia dużego budynku z jednego dnia do jednego tygodnia, niezależnie od tego, czy lód ten jest wytwarzany z bezwodnego amoniaku schładzaczy lub ciągniętych wozami konnymi.

Można również wykorzystać zamrażanie gruntu ; można to zrobić w postaci lodu, gdzie grunt jest nasycony. Systemy będą działać również z czystą skałą. Wszędzie tam, gdzie tworzy się lód, ciepło topnienia lodu nie jest wykorzystywane, ponieważ lód pozostaje stały przez cały proces. Metoda oparta na zamrażaniu gruntu jest szeroko stosowana w górnictwie i drążeniu tuneli w celu zestalenia niestabilnego gruntu podczas wykopów. Grunt jest zamrażany za pomocą odwiertów z koncentrycznymi rurami, które odprowadzają solankę z agregatu chłodniczego na powierzchnię. Zimno jest wydobywane w podobny sposób za pomocą solanki i wykorzystywane w taki sam sposób, jak w przypadku konwencjonalnego przechowywania lodu, zwykle za pomocą wymiennika ciepła typu solanka-ciecz, w celu podniesienia temperatur roboczych do poziomów użytkowych przy większych objętościach. Zamarznięta ziemia może pozostawać zimna przez miesiące lub dłużej, umożliwiając przechowywanie w chłodni przez dłuższy czas przy znikomych kosztach konstrukcji.

Zastąpienie istniejących systemów klimatyzacji systemami magazynowania lodu oferuje opłacalną metodę magazynowania energii, umożliwiającą magazynowanie nadwyżek energii wiatrowej i innych tego typu nieciągłych źródeł energii do wykorzystania w chłodzeniu w późniejszym czasie, być może nawet kilka miesięcy później.

Wczesne przechowywanie, wysyłka i produkcja lodu

Przed pojawieniem się mechanicznego chłodzenia lód wycinano z zamarzniętych jezior lub rzek i transportowano do miast w celu wykorzystania jako chłodziwo. Lód był szeroko transportowany i przechowywany przez cały rok w chłodniach . Jeśli nie było łatwo dostępnego źródła lodu, często w pobliżu budowano płytkie, zacienione baseny, z których lód usuwano w porze mrozów.

Klimatyzacja

Najszerzej stosowaną formę tej technologii można znaleźć w systemach klimatyzacji obejmujących cały kampus lub systemach wody lodowej w dużych budynkach. Systemy klimatyzacji, zwłaszcza w budynkach komercyjnych, w największym stopniu przyczyniają się do szczytowych obciążeń elektrycznych obserwowanych w gorące letnie dni w różnych krajach. W tym zastosowaniu standardowy agregat chłodniczy pracuje w nocy, wytwarzając stos lodu. Następnie woda krąży w stosie w ciągu dnia, wytwarzając schłodzoną wodę, która normalnie byłaby dzienną wydajnością agregatu chłodniczego.

System częściowego magazynowania minimalizuje inwestycje kapitałowe, ponieważ agregaty chłodnicze pracują prawie 24 godziny na dobę. W nocy produkują lód do przechowywania, aw ciągu dnia schładzają wodę do klimatyzacji. Woda krążąca w topniejącym lodzie zwiększa ich produkcję. Taki system zwykle działa w trybie wytwarzania lodu przez 16 do 18 godzin dziennie iw trybie topienia lodu przez sześć godzin dziennie. Nakłady inwestycyjne są zminimalizowane, ponieważ agregaty chłodnicze mogą mieć zaledwie 40-50% rozmiaru potrzebnego w przypadku konwencjonalnej konstrukcji. Przechowywanie lodu wystarczające do przechowywania ciepła odrzuconego przez pół dnia jest zwykle wystarczające.

Pełny system magazynowania minimalizuje koszt energii potrzebnej do działania tego systemu poprzez całkowite wyłączenie agregatów chłodniczych w godzinach szczytowego obciążenia. Koszt inwestycyjny jest wyższy, ponieważ taki system wymaga nieco większych agregatów chłodniczych niż te z systemu częściowego magazynowania i większego systemu przechowywania lodu. Systemy przechowywania lodu są na tyle niedrogie, że pełne systemy przechowywania są często konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnych projektów klimatyzacji.

Wydajność agregatów klimatyzacyjnych jest mierzona ich współczynnikiem wydajności (COP). Teoretycznie systemy magazynowania ciepła mogą zwiększyć wydajność agregatów chłodniczych, ponieważ ciepło jest odprowadzane do zimniejszego powietrza w nocy, a nie do cieplejszego powietrza w ciągu dnia. W praktyce utrata ciepła przewyższa tę zaletę, ponieważ topi lód.

Wykazano, że magazynowanie ciepła w klimatyzacji jest nieco korzystne dla społeczeństwa. Energia elektryczna poza szczytem jest tańsza, ponieważ popyt jest niższy. Zmniejsza również zapotrzebowanie w godzinach szczytu, które często zapewniają drogie i nieekologiczne źródła.

Nowa odmiana tej technologii wykorzystuje lód jako czynnik skraplający dla czynnika chłodniczego . W tym przypadku zwykły czynnik chłodniczy jest pompowany do wężownic, w których jest używany. Jednak zamiast sprężarki do przekształcenia go z powrotem w ciecz, niska temperatura lodu jest wykorzystywana do schłodzenia czynnika chłodniczego z powrotem do stanu ciekłego. Ten typ systemu umożliwia przekształcenie istniejących urządzeń HVAC opartych na czynniku chłodniczym w systemy magazynowania energii cieplnej, co wcześniej nie było łatwe w przypadku technologii wody lodowej. Ponadto, w przeciwieństwie do systemów wody lodowej chłodzonych wodą, które nie odczuwają ogromnej różnicy w wydajności w ciągu dnia i nocy, ta nowa klasa urządzeń zazwyczaj zastępuje dzienne działanie agregatów skraplających chłodzonych powietrzem. Na obszarach, gdzie występuje znaczna różnica między szczytowymi temperaturami w ciągu dnia a temperaturami poza szczytem, ​​ten typ jednostki jest zazwyczaj bardziej energooszczędny niż sprzęt, który zastępuje.

Chłodzenie wlotu powietrza do turbiny spalinowej

Magazynowanie energii cieplnej jest również wykorzystywane do chłodzenia wlotu powietrza do turbiny spalinowej. Zamiast przenosić zapotrzebowanie na energię elektryczną na noc, technika ta przenosi moce wytwórcze na dzień. Aby wytwarzać lód w nocy, turbina jest często mechanicznie połączona ze sprężarką dużego agregatu chłodniczego. Podczas szczytowych obciążeń dziennych woda krąży między stosem lodu a wymiennikiem ciepła przed wlotem powietrza do turbiny, schładzając powietrze dolotowe do temperatur zbliżonych do zera. Ponieważ powietrze jest zimniejsze, turbina może sprężyć więcej powietrza przy danej mocy sprężarki. Zwykle zarówno generowana moc elektryczna, jak i wydajność turbiny wzrastają, gdy włączony jest układ chłodzenia wlotu. System ten jest podobny do magazynowania energii sprężonego powietrza .

Zobacz też

• Lodziarnia (wczesna wersja)
• Magazynowanie energii
• Słoneczna energia cieplna
• Technologia pompowania lodu
• Lista projektów magazynowania energii