Системы с аккумулятором холода
Существуют аккумуляторы-резервуары вытеснительного и опорожнительного типов, причем для второго типа внутренние потери меньше на величины до 20% аккумулированной энергии. Использование источников естественного и искусственного холода для зарядки аккумуляторов холода предполагает пространственное распределение источника и аккумулятора-резервуара.
Уменьшение геометрических размеров аккумуляторов-резервуаров обычно достигается путем использования для аккумуляции теплоты или холода теплоты фазового перехода. Не останавливаясь из экологических соображений на аккумуляторах холода с рассолами, водными растворами кристаллогидратов и т. п., проведем анализ аккумуляторов холода, использующих теплоту фазового перехода вода — лед. Намораживание слоя льда на теплообменной поверхности испарителя толщиной 20— 40 мм приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи в 2—2,5 раза и снижению температуры кипения хладагента.
Снижение же температуры кипения хладагента на 1°С в диапазоне —10 −20°С приводит к снижению холодопроизводительности и соответственно увеличению расходов электроэнергии на производство холода до 2% В итоге намораживание льда при температурах кипения —15 −20°С обусловливает потери электроэнергии до 20—35% против значений для температур кипения в области —5-7°С при охлаждении в испарителе ледяной воды. Аккумуляция холода путем производства чешуйчатого льда при его толщине на теплообменной поверхности до 2—3 мм более экономична, поскольку коэффициент теплопередачи выше, чем при толщинах льда около 20—30 мм. Однако в этом случае требуется более интенсивное намораживание льда, которое достигается также при температурах кипения хладагента не выше —17 —18°С (иначе на поверхности вместо кристаллического льда намораживается водоледяная смесь).
Отрицательную роль при использовании аккумуляторов холода с намороженным льдом играет и кинетика его таяния, определяемая разнонаправленным действием градиента температур и подъемной архимедовой силы, обусловленной аномальной зависимостью плотности от температуры. Аккумулированный таким образом холод трудно полностью использовать при резкопеременной в нем потребности. Последнее выражается в том, что не удается стабилизировать температурный уровень ледяной воды и тем самым гарантировать охлаждение жидкостей и продуктов до требуемой температуры.
Источник
Экономика систем кондиционирования воздуха с аккумулятором холода
Ю. М. Селиверстов, генеральный директор ООО «ТехноИнжПромСтрой», otvet@abok.ru
В. В. Ефремов, ведущий инженер ООО «ТехноИнжПромСтрой»
О преимуществах использования аккумуляторов холода в системах кондиционирования воздуха хорошо известно – это техническое решение применяется за рубежом с середины прошлого века. Однако реальный опыт проектирования и строительства таких систем в России на сегодняшний день исчисляется единичными объектами. Количество действующих в Москве объектов с аккумуляторами холода можно пересчитать по пальцам одной руки. При этом количество объектов с крупными холодильными станциями на основе чиллеров исчисляется сотнями. Считается, что применение аккумуляторов холода оправданно начиная с величин холодопроизводительностей в 1 МВт. В настоящей статье мы покажем, что это не совсем так.
Рассмотрим пример холодильной станции офисного здания площадью 1500 м 2 . Пиковые дневные тепловыделения на данном объекте составили 78 кВт при суточном потреблении холода 740 кВт·ч. Для сравнения взята традиционная система «чиллер – фэнкойл», рассчитанная на пик тепловыделений, и системы с тремя различными по емкости аккумуляторами холода. Теплоемкости аккумуляторов холода взяты равными 90, 270 и 450 кВт·ч.
При расчетах принято, что аккумуляторы холода заряжаются в период с 23.00 до 7.00. Это позволяет наиболее полно использовать преимущество низкого ночного тарифа на электроэнергию. На рис. 1, 2 и 3 представлены суточные графики распределения холодильной нагрузки при использовании аккумуляторов различной емкости.
 |
 |
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Таблица 1 Сравнение инвестиций в аккумулятор емкостью 270 кВт·ч | |||||||||||
|
Помимо начальных капитальных затрат, необходимо также рассмотреть изменение эксплуатационных затрат. При применении аккумулятора холода примерно 40% потребляемой электроэнергии приходится на время, когда действует ночной тариф, размер которого в 4 раза ниже пикового. За счет этого суточная экономия на оплате электроэнергии получается равной 20,7% (табл. 2).
| Таблица 2 Сравнение эксплуатационных затрат для аккумулятора емкостью 270 кВт·ч | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
В табл. 3 приведены сводные экономические показатели для трех аккумуляторов холода различной емкости. Применение аккумулятора энергоемкостью 90 кВт·ч позволяет получить снижение начальных инвестиций и эксплуатационных расходов соответственно на 7 и 11%. Величины могут показаться небольшими, однако установка такого аккумулятора практически не влияет на требуемые под насосную станцию площади, поскольку аккумулятор холода имеет емкость 1 м 3 и сравним по габаритам с остальным оборудованием. Аккумулятор емкостью 270 кВт·ч позволяет достигнуть более значительных показателей снижения эксплуатационных (20,7%) и инвестиционных (27,2%) затрат. Аккумулятор большей емкости, как видно, еще более снижает затраты на оплату электроэнергии, но увеличивает начальные затраты. Это обусловлено тем, что для зарядки аккумулятора большой емкости за 8 ч действия ночного тарифа требуется мощная холодильная машина, которая работает при частичной загрузке в дневное время.
Сравнение экономических показателей применения аккумуляторов холода
В табл. 3 также представлен расчет стоимости жизненного цикла холодильной станции при условии годовой выработки холода 90 тыс. кВт·ч в четырех вариантах: системы без аккумулятора холода и систем с аккумуляторами энергоемкостью 90, 270 и 450 кВт·ч. На рис. 4 построена аппроксимированная кривая стоимости жизненного цикла в зависимости от коэффициента замещения аккумулятором суточного потребления холода. Видно, что для офиса с временем работы днем в течение 10 ч и зарядкой аккумулятора в течение 8 ч ночью (время действия низкого ночного тарифа) оптимальным с точки зрения затрат является аккумулятор энергоемкостью около 30–40% от суточного холодопотребления. Такая оптимизация проста и может быть проведена для каждого конкретного случая, в зависимости от режима работы объекта и особенностей суточной кривой тепловыделений.
 |
