Výrobníky studené vody a akumulace chladu

21.08.2008 14:06

Výrobníky studené vody (chillery).

Jako reakce na omezení výroby některých chladiv, které se používají v oblíbených splitech, se na trhu objevily chillery už od výkonu 4 kW. Bývají vybaveny jedním nebo dvěma oběhovými čerpadly, expanzní nádobou a někdy i akumulační nádrží. Chiller s chladicím zařízením, které se přepíná na provoz tepelného čerpadla slouží jako klimatizační zařízení i ústřední vytápění.

Chillery s integrovanou hydraulickou sekcí se vyrábějí až do výkonů 250 kW. Jejich použití je potřeba zvážit s ohledem na cenu a některé problémy s ochranou před zamrznutím.

 

obr.3 - Hydraulická sekce chilleru - schéma

Pár poznámek:

  • Chillery mohou mít vodou nebo vzduchem chlazený kondenzátor.
  • Provedení může být kompaktní nebo s odděleným kondenzátorem.
  • Ventilátory kondenzátorů mohou být radiální nebo axiální.
  • Kompresory chillerů mohou být pístové, šroubové, spirálové, rotační (turbo).
  • Chillery mají jeden a více chladicích okruhů. V jednom okruhu může být jeden a více kompresorů
  • Chillery s absorpčním chladicím okruhem se vyrábí s výkonem od 40 kW. Výhodné jsou tam, kde máme dostatek odpadního tepla o teplotě nad 95 °C.
  • Chillery mohou být v provedení "tepelné čerpadlo" a sloužit k chlazení i k vytápění.

Příslušenstvím chillerů bývá spínač průtoku nebo diferenční manometr, různé provedení tlumičů vibrací a další regulační a bezpečnostní vybavení. Regulace je zpravidla digitální s mikroprocesorem a normalizovaným rozhraním. Návrhu a výběru komponentů pro chladicí okruh je nutno věnovat velkou pozornost. Celý chladicí okruh je nutno řešit jako jeden celek s klimatizaci, potrubními rozvody, elektroinstalací a MaR. Kupovat samotný chiller se nevyplácí.

Zásobníky ledu

Myšlenka použít led jako akumulátor energie je stará. V širším pojetí se jedná o akumulaci energie v době kdy ji máme přebytek a její čerpání v době, kdy je to pro nás výhodné. Proces probíhá takto:

Chladicím agregátem měníme skupenství vody a využíváme schopnosti vody v rovnovážném stavu akumulovat nebo znovu vydávat teplo. V 1 kg ledu, resp. vody o teplotě 0°C má skupenské teplo hodnotu 332 kJ. Touto energii při tání ledu budovu chladíme, tj. odebíráme ji teplo. V noci nám chladicí stroj produkuje led, t.j. odebírá teplo mrznoucí vodě. Současně produkuje kondenzační teplo, kterým může budovu vytápět a přes den odebrané teplo budově vrátit. (Kondenzační teplo se rovná skupenskému teplu ledu zvýšenému o energii, kterou spotřeboval chladicí stroj.) Z toho vyplývají tři základní možnosti využití skupenského tepla se zásobníkem ledu:

  • Mrznoucí voda (tuhnoucí led) jako zásobník tepla
  • Přesunutí špičky denní zátěže
  • Rezerva výkonu (nouzové chlazení)

Při výběru zásobníku ledu vycházíme z požadavků, které požaduje projekt. Průběh tepelné zátěže si zakreslíme do denního diagramu, například podle následujícího zadání:

obr.4 - Denní diagram provozu soustavy chiller
+ zásobník ledu

Požaduje se částečná akumulace pro krytí špiček dle diagramu. Chiller bude v provozu 17 hodin. V době od 23:00 do 7:00 (Tn) bude nabíjet zásobník ledu. V tomto režimu bude pracovat s podnulovou odpařovací teplotou a jeho chladicí výkon Qn při zmrazování bude o 30 % nižší (faktor chladiče f), než při chlazení v provozu klimatizace Qch (8:00 -17:00 h) s teplotou cca +5 °C.

Platí: E = En + Ech = Qn * Tn + Qch * Tch = Qc * e * TbQn = f * Qch

Qc
Tn
Tb
Tv
Tch
e
f
maximální tepelná zátěž budovy
provozní doba nabíjení zásobníku
provozní doba budovy
provozní doba vybíjení zásobníku
provozní doba chilleru v režimu chlazení
současnost zátěže
faktor chladiče
250kW
8 h
10 h
10 h
9 h
60%
70%

Vypočítáme:

Qn
Qch
E
En
Ech
výkon chilleru při nabíjení zásobníku
výkon chilleru při provozu klimatizace
Maximální denní spotřeba chladu
Energie akumulovaná v zásobníku ledu
Energie z chilleru při provozu klimatizace
72 kW
103 kW
1500 kWh
575 kWh
925 kWh

Z výsledků vyplývá, že místo chilleru o výkonu 250 kW nám postačí chiller o výkonu 103 kW a zásobník ledu s kapacitou 575 kWh. Příkon chilleru bude cca 30 kW místo 80 kW. Pro návrhy zásobníků ledu je k dispozici velmi dobrý software. Dimenzování je proto velmi rychlé a umožňuje provést výpočet návratnosti i ekonomické vyhodnocení.

Poznámka: Zde uvedený výpočet slouží jen jako příklad pro pochopení funkce. Neprovedli jsme kontrolu, jestli se navržený zásobník bude vybíjet s dostatečnou rychlostí, tj. zda bude jeho chladicí výkon v daném okamžiku postačující. Např. v našem případě budeme ve špičce potřebovat 250 kW ke krytí tepelné zátěže. Chiller má výkon 103 kW. Potřebný výkon zásobníku ledu bude 250 - 103 = 147 kW. Tyto informace nám poskytne výrobce pro konkrétní velikost zásobníku.

Přednosti zásobníků ledu:

  • chladicí stroje jsou menší a proto levnější
  • montáž chladicích strojů je méně náročná
  • menší jsou i tzv. vyvolané investice (levnější přípojka elektrické energie, menší chladicí věž, menší chladiče vzduchu ap.)
  • menší poplatky za snížený odběr v energetických špičkách
  • delší doba spotřeby v levném nočním tarifu za dále snížený tarif
  • při rozšiřování stávajícího chladícího zařízení není nutné kupovat další chiller, postačí instalace zásobníku.
Zpět
 Tepelná čerpadla     E-shop - Klima Komfort 
TOPlist