Аккумуляторы холода

При подборе оборудования систем кондиционирования воздуха или холодильных установок в расчет, как правило, принимаются пиковые тепловые нагрузки. Для систем кондиционирования воздуха неравномерность потребления холода может определяться суточным изменением температуры наружного воздуха или графиком работы организации, эксплуатирующей здание. Для предприятий перерабатывающей промышленности пиковые тепловые нагрузки обычно связаны с сезонным графиком поступления сырья.

Как правило, работа системы на пиковых нагрузках кратковременна, поэтому загрузка оборудования большую часть времени работы составляет не более 60% от максимальной мощности. Если говорить о системах кондиционирования воздуха чилллер-фанкойлы, то суммарное время работы холодильной машины на максимальной мощности составляет примерно 100 часов в год. Таким образом, подобранное оборудование оказывается недогруженным, что приводит к неоправданному увеличению капитальных вложений и эксплуатационных расходов.

Заказчик затрачивает средства на приобретение определенной мощности, но при этом ее эффективность использования очень низкая. Для повышения эффективности оборудования при кратковременной эксплуатации на пиковых нагрузках в составе систем охлаждения и кондиционирования применяются аккумуляторы холода.

При использовании системы с аккумулятором, подбор охлаждающей машины производится по среднесуточной мощности, а не по максимальному значению при пиковой нагрузке. Таким образом, системы охлаждения с аккумуляторами холода являются энергосберегающими системами.

Использование аккумуляторов позволяет уменьшить мощность холодильной установки на 30—40 % и соответственно сократить капитальные затраты и эксплуатационные расходы. В качестве аккумуляторов холода могут использоваться емкости с ледяной водой или льдоаккумуляторы. Льдоаккумуляторы являются наиболее предпочтительными, так как обладают большей аккумулирующей способностью и более компакты. Принцип аккумулирования холода в них основан на фазовом переходе воды в твердое состояние. Плотность аккумулирования может достигать 70 кВт·ч/м³.

По источнику «зарядки» аккумуляторы можно разделить на два вида:

Аккумулятор холода - это охлаждающий контейнер, который заполнен жидкостью или гелем (с большой теплоемкостью). Аккумуляторы искусственного холода накапливают холод в процессе работы холодильной машины. Аккумуляторы естественного холода используют естественный холод, который накапливается во временной период пониженных температур окружающего воздуха. Например, зимний или летний ночной периоды.

Рис.1 - Холодильная установка с аккумуляторами искусственного холода

На рисунке 2 показана схема охлаждения с использованием аккумулятора холода.

Рис.2 - Схема охлаждения с аккумулятором холода

Существует несколько типов аккумуляторов холода:

1. Аккумулятор холода - теплообменник.

Конструктивно аккумулятор холода (льдоаккумулятор) представляет собой теплоизолированную емкость, внутри которой находится трубчатый теплообменник (рис.3). Теплообменник состоит из отдельных кассет, которые устанавливаются в емкости параллельно на фиксированном расстоянии друг от друга. Кассеты объединяются коллекторами в единый теплообменник. Каждая кассета представляет собой змеевик из труб, уложенных определенным образом.

Рис.3 – Аккумулятор холода

2. Аккумулятор холода - ёмкость с контейнерами.

Второй тип аккумуляторов холода представляет собой теплоизолированный бак, внутри которого размещаются герметичные пластиковые контейнеры шарообразной или продолговатой формы, заполненные средой фазового перехода (рис.4).

Рис.4 – Бак аккумулятор с наполнителями продолговатой формы

Аккумуляторы холода шарообразной (сферической) формы, наполненные аккумулирующей средой фазового перехода (рис.5).

Рис.5 – Бак аккумулятор с наполнителями шарообразной (сферической) формы

Принцип работы аккумулятора холода типа «теплообменник» заключается в следующем: емкость аккумулятора заполняется водой, а по трубкам теплообменника циркулирует хладагент (фреон или раствор этиленгликоля) с отрицательной температурой. В результате на поверхности труб теплообменника образуется слой льда. Специальные датчики отслеживают толщину льда. Этот процесс можно назвать «зарядкой» аккумулятора.

В момент пиковых нагрузок, когда аккумулятор включается в работу, происходит «разрядка», в результате таяния льда охлаждается теплоноситель основного контура потребителей. Таким образом, снижается нагрузка на водоохлаждающую машину (чиллер).

Теперь рассмотрим применение аккумуляторов холода в системе охлаждения с точки зрения экономической целесообразности. Рационально «зарядку» проводить в ночное время, когда, как известно, цена электроэнергии значительно ниже, чем в дневное. В качестве примера рассмотрим систему охлаждения, рассчитаннуя на пиковую нагрузку 79 кВт, с аккумулятором холода 270кВт·ч, которая в течение суток работает примерно по следующему графику (рис.6):

Рис.6 – График работы системы

Теперь, сравним две системы охлаждения: традиционную чиллер-фанкойлы без аккумулятора мощностью 74кВт и систему мощностью 49кВт с аккумулятором, мощность которого 270 кВт·ч и емкость 3м³ по капитальными и эксплуатационным затратам.

При сравнении капитальных затрат (табл.1), необходимо также учитывать такую статью расхода, как подключение электрических мощностей, т.к. чем выше мощность потребления, тем выше затраты на ее подключение.

Из таблицы 1 мы видим, что суммарные затраты на оборудование для системы с аккумулятором холода и подключение электрических мощностей для нее же, ниже примерно на 38%.

* затраты на подключение к сетям приведены без учета неофициальных платежей.

При сравнении эксплуатационных затрат (табл.2) выявлено, что примерно 40% потребляемой энергии приходится на время действия ночного тарифа, стоимость которого в 4 раза ниже дневного пикового. Это период зарядки аккумулятора.

В результате экономится около 21% затрат на оплату электроэнергии.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что применение аккумуляторов холода в системах охлаждения существенно повышает энергоэффективность всей системы холодоснабжения. Это позволяет экономить значительную часть средств как при покупке оборудования, так и в процессе его эксплуатации.

По данной теме также рекомендуем Вам следующий материал:
Что такое центральный кондиционер
Классификация чиллеров
Фрикулинг: Возможности для применения