ЛЬДОГЕНЕРАТОРЫ
Тепловая аккумуляция с использованием льдообразования
Запатентованная конструкция льдообразующего змеевика EVAPCO является результатом проведения комплексных проектно-конструкторских работ. Льдообразующий змеевик EXTRA-PAK®, основывающийся на запатентованном змеевике эллиптического сечения, представленном в охладителях замкнутого цикла, испарительных конденсаторах и испарителях EVAPCO, представляет собой новейшую разработку Evapco в технологии производства змеевиков. Змеевик Extra-Pak®, благодаря большей эффективности наполнения, способен намораживать бо́льшую массу льда на единицу длины трубки, чем любой другой льдообразующий змеевик, имеющийся на рынке сегодня. Данные змеевики изготавливаются на заказ, чтобы удовлетворять требованиям теплоемкости и габаритов резервуара для каждого отдельного проекта.
Технология изготовления льдообразующего змеевика Extra-Pak®, разработанная EVAPCO представляет собой первый значимый технологический прогресс в оборудовании для тепловой аккумуляции за многие годы. Змеевики EVAPCO изготавливаются из высококачественной стали, и после сборки подвергаются горячей оцинковке. Эти высокоэффективные змеевики подходят для всех типов больших, энергосберегающих теплоаккумулирующих систем с бетонными резервуарами, построенными на месте эксплуатации.
Льдообразующие змеевики Evapco Extra-Pak® предназначены для использования в больших теплоаккумулирующих системах с бетонными резервуарами, построенными на месте эксплуатации. Цель системы состоит в том, чтобы намораживать лед на трубках змеевика (тепловую энергию) в ночное время, когда тарифы на услуги ЖКХ ниже, и сохранять эту аккумулированную энергию для охлаждения в светлое время суток, когда тарифы на ЖКХ выше. Система тепловой аккумуляции позволяет снижать эксплуатационные и монтажные расходы, в то же время обеспечивая повышенную эффективность и надежность системы. Данные системы могут применяться в целом ряде областей, таких, как больницы, отели, спортивные сооружения, офисные здания, а также проекты централизованного холодоснабжения.
Тепловая аккумуляция с использованием льдообразования.
Теплоаккумуляционные системы существуют уже в течение многих лет. Первые системы применялись, в основном, в молочной промышленности, а современные уже повсеместно для создания непрерывного комфортного охлаждения. Целью теплоаккумуляционных систем является создание тепловой энергии и сохранение ее для использования в другое время.
Существует несколько типов теплоаккумуляционных систем , используемых сегодня. Это системы с полной или частичной аккумуляцией. В полном типе, системы охлаждения (чиллеры) генерируют холод для намораживания льда ночью, когда коммунальные тарифы на электроэнергию, как правило, низкие. В течение дня, когда коммунальные тарифы выше, лед плавится, чтобы обеспечить накопленным холодом потребителя. В частичных теплоаккумуляционных системах уменьшается размер резервуара, или системы охлаждения работают, в сочетании с хранением льда, в пиковые нагрузки. Есть несколько типов частичных систем хранения , применение которых зависит от строительных параметров, оборудования системы и энергетических затрат. Однако, многие частичные системы хранения используются для сокращения расходов в пиковые нагрузки потребления электроэнергии.
Продукт EVAPCO для аккумуляции тепловой энергии называется льдогенераторами. В этой системе, цилиндры льда намораживаются на трубки змеевика из оцинкованной стали. В большинстве систем, использующих эту технологию, несколько блоков змеевиков размещены под водой в построенных бетонных резервуарах.
Тепловая аккумуляция с использованием льдообразования
Для обеспечения охлаждения, необходимого для образования льда на трубках змеевика системы теплоаккумуляции используют гликолевые охладители либо системы непосредственного охлаждения. Однако в наиболее распространенной системе, используемой для комфортного охлаждения, используются гликолевые охладители, как показано на схеме. Система кондиционирования воздуха, включающая в себя технологию аккумуляции тепла, состоит из трех основных компонентов, — охладителей, градирен, теплообменников, насосов, теплоаккумулирующих змеевиков, а также оборудование для обработки воздуха, расположенное в здании. Полная система аккумуляции тепла имеет два режима эксплуатации: намораживание льда и растапливание льда.
Намораживание льда
Во внепиковый период работает гликолевый охладитель. Гликолевая система охлаждения образует низкотемпературный гликоль, который циркулирует по трубкам теплоаккумулирующих змеевиков. Циркулирующий гликоль отводит тепло от воды, находящейся в резервуаре, что приводит к ее намерзанию на внешнюю поверхность теплоаккумулирующих змеевиков.
Растапливание льда
В фазе плавления льда система охлаждения отключена. В зависимости от типа расплава, по трубкам змеевика циркулирует гликоль, либо змеевик омывается водой, поступающей из резервуара с целью извлечения изо льда энергии. Затем этот охлажденный гликоль, либо талая вода, циркулируется по стороне первого контура теплообменника, где происходит его охлаждение и подача в агрегаты обработки воздуха для охлаждения здания.
Тепловая аккумуляция с использованием льдообразования Изготовление змеевика
EVAPCO изготавливает змеевики, предназначенные для работы в условиях льдообразования из высококачественной стали. Змеевики промышленного качества состоят из циркуляционного контура из толстостенных эллиптических трубок. Каждый контур проходит проверку на качество материала, а затем испытание перед окончательной сборкой. После окончательной сборки змеевик испытывается на герметичность под водой воздухом под давлением 400 фунтов/кв. дюйм (2758 кПа). Наконец, весь змеевик в сборе подвергается горячей оцинковке для защиты от коррозии.
Каждый змеевик EVAPCO, предназначенный для работы в условиях льдообразования, снабжается ПВХ трубками сортамента 40 для перемешивания воздуха, устанавливаемыми под узлом змеевика. Перфорированные ПВХ трубы предназначены для надлежащего распределения воздуха под змеевиком, что является частью системы по перемешиванию воздуха. Следует обратить внимание на то, что на больших установках, в которых имеется несколько змеевиков, уложенных один на другой, трубопроводом для перемешивания воздуха снабжен только нижний змеевик.
Формирование контура змеевика
Вопрос формирования из змеевика контура должен рассматриваться при проектировании систем теплоаккумуляции. В качестве охлаждающей среды используются различные хладагенты; однако, в большинстве систем кондиционирования воздуха используется водный раствор этиленгликоля. В кондиционерных системах, в которых рабочие температуры не являются крайне низкими, как правило, используются 25-30-процентные растворы гликоля.
При использовании раствора гликоля, температура гликоля повышается по мере его протекания по змеевику, покрытому льдом в цикле льдообразования. В результате лед более толстый у впускных отверстий в змеевик, и более тонкий у выпускных отверстий. Следовательно, образующиеся ледоформы, как правило, имеют конусообразную форму. Поскольку интервал между трубками задается проектной толщиной образующегося льда, это затрагивает также полезный объем, доступный для льдообразования. Если змеевик должен образовать параллельный контур, сужение цилиндра льда может привести к неэкономному использованию объема резервуара теплоаккумуляции (см. приведенный рисунок). При преобладающих температурах, сужение ледоформы в параллельных контурах может лишить змеевик примерно 20% общей теплоаккумуляционной емкости.
Решение описанной выше проблемы заключается в изменении метода законтуривания змеевика. Змеевики, EVAPCO предназначенные для работы в условиях льдообразования образуют контур для противоточного потока (см. иллюстрацию), что облегчает проблему. Конические цилиндры льда располагаются плотно друг к другу и эффективно используют объем змеевика/резервуара (см. иллюстрацию). Конечным результатом является то, что при использовании противоточной конфигурации с применением гликоля можно добиться образования того же количества льда, что и при использовании идеального хладагента прямого испарения, имеющего постоянную температуру, при которой сведение ледоформ на конус отсутствует.
Конструкция змеевика
Современная технология изготовления теплоаккумулирующих змеевиков показана на рисунке справа. В целом, конфигурация змеевика такова: трубки круглого сечения равномерно распределены в горизонтальном и в вертикальном направлениях. В конструкции с трубками круглого сечения, круглые цилиндры льда будут образовываться на них как показано на рисунке. Геометрия конфигурации змеевика позволяет льдоформам соединяться в вертикальной плоскости, но поддерживает зазоры между рядами в горизонтальной плоскости. Данный зазор необходим для циркуляции в резервуаре воды, а также для поддержания открытого извилистого прохода между цилиндрами льда, обеспечивающего эффективную теплопередачу между водой в резервуаре и льдом на трубках змеевика. Следовательно, для того, чтобы данная конфигурация змеевика обеспечивала максимальную теплопередачу, существует определенное значение количества льда (т.е. эффективность заполнения), который может образовываться на трубках круглого сечения. Эффективность заполнения определяется как отношение объема фактически образовавшегося запаса льда к фактически имеющемуся вокруг узла змеевика объему для льдообразования за вычетом необходимых зазоров. Эффективность заполнения льдообразующего змеевика — область, на которой EVAPCO сконцентрировала свои исследовательские усилия. Причина проста: теплоаккумулирующая способность льдообразующего змеевика основана на количестве льда, способного образоваться в заданном объеме змеевика.
Проведя анализ и испытания современной технологии, использующей трубки круглого сечения, EVAPCO обнаружила, что данная конструкция имеет ограничения, и определила, что возможно создание лучшей конструкции. EVAPCO использовала опыт, накопленный компанией в проектировании змеевиков с трубками эллиптического сечения для разработки льдообразующего змеевика с более высокими характеристиками. Результатом усилий стала разработка современного льдообразующего змеевика с трубками эллиптического сечения, обладающего улучшенной производительностью по сравнению со змеевиками, использующими трубки круглого сечения. Это положило начало технологии Extra-Pak®, использующейся в производстве теплоаккумулирующих змеевиков.
В льдообразующем змеевике EVAPCO используется технология Extra-Pak®, что показано на рисунке слева. В конфигурации змеевика EVAPCO расстояния по вертикали и горизонтали схожи с таковыми в змеевиках с трубками круглого сечения, но, в отличие от последних, в них используются трубки эллиптического сечения. Благодаря некруглому сечению льда, образующегося на трубках эллиптического сечения (как показано ниже) достигается увеличение в эффективности наполнения по сравнению со змеевиками с трубками круглого сечения. Так как сечение льда эллиптическое, может иметь место небольшое избыточное его образование (зоны избыточного намораживания видны на схеме, приведенной ниже); однако между цилиндрами льда по-прежнему имеется достаточный зазор. Следует помнить, что зазор достаточной величины необходим для обеспечения свободного контакта воды, находящейся в резервуаре, со льдом, образующимся на трубках, для получения эффективной теплопередачи. Поэтому эффективность наполнения конструкции EVAPCO, использующей трубки эллиптического сечения выше по сравнению с существующей технологией. Подытоживая все вышесказанное, можно сказать, что EVAPCO разработала льдообразующий змеевик, использующий новую технологию, позволяющую намораживать бо́льшую массу льда на единицу длины трубки (т.е. мощность более высокая), чем при использовании любого другого льдообразующего змеевика, имеющегося на рынке сегодня.