Klimaanlage Eisspeicher - Ice storage air conditioning

Illustration einer Eisspeicherklimaanlage in der Produktion.

Eisspeicherklimatisierung ist das Verfahren, bei dem Eis zur Speicherung von Wärmeenergie verwendet wird . Der Prozess kann den Energieverbrauch für die Kühlung in Zeiten mit elektrischem Spitzenbedarf reduzieren . Auch alternative Stromquellen wie Solarenergie können die Technologie nutzen, um Energie für die spätere Verwendung zu speichern. Dies ist wegen der großen Schmelzwärme des Wassers praktisch : Eine Tonne Wasser (ein Kubikmeter) kann 334 Megajoule (MJ) (317.000 BTU ) Energie speichern , was 93 kWh (26,4 Tonnenstunden) entspricht.

Die ursprüngliche Definition einer „ Tonne Kühlleistung “ (Wärmefluss) war die Wärme, die benötigt wird, um eine Tonne Eis in einem Zeitraum von 24 Stunden zu schmelzen. Dieser Wärmestrom ist , was man in einem 3000 Quadratmeter großen (280 m erwarten 2 ) Haus in Boston im Sommer. Diese Definition wurde inzwischen durch weniger archaische Einheiten ersetzt: Eine Tonne HLK- oder Kälteleistung entspricht ungefähr 3520 Watt . Ein kleines Lager kann genug Eis fassen, um ein großes Gebäude von einem Tag bis zu einer Woche zu kühlen, egal ob dieses Eis von wasserfreien Ammoniakkühlern erzeugt oder von Pferdefuhrwerken eingeholt wird.

Das Einfrieren des Bodens kann ebenfalls verwendet werden; dies kann in Eisform erfolgen, wo der Boden gesättigt ist. Systeme funktionieren auch mit reinem Gestein. Überall dort, wo sich Eis bildet, wird die Schmelzwärme der Eisformation nicht genutzt, da das Eis während des gesamten Prozesses fest bleibt. Das auf der Bodenvereisung basierende Verfahren wird häufig im Berg- und Tunnelbau verwendet, um instabilen Boden bei Ausgrabungen zu verfestigen. Der Boden wird durch Bohrlöcher mit konzentrischen Rohren gefroren, die Sole aus einer Kältemaschine an die Oberfläche führen. Die Kälteentnahme erfolgt in ähnlicher Weise mit Sole und wird wie bei der konventionellen Eisspeicherung, in der Regel mit einem Sole-Flüssigkeits-Wärmetauscher, genutzt, um bei höheren Volumina die Arbeitstemperaturen auf nutzbare Werte zu bringen. Der gefrorene Boden kann monatelang oder länger kalt bleiben, was eine Kühllagerung über längere Zeiträume zu vernachlässigbaren Strukturkosten ermöglicht.

Das Ersetzen vorhandener Klimaanlagen durch Eisspeicher bietet eine kostengünstige Energiespeichermethode, die es ermöglicht, überschüssige Windenergie und andere solche intermittierende Energiequellen zu speichern, um sie zu einem späteren Zeitpunkt, möglicherweise Monate später, zum Kühlen zu verwenden.

Frühe Eislagerung, Versand und Produktion

Vor dem Aufkommen der mechanischen Kühlung wurde Eis aus gefrorenen Seen oder Flüssen geschnitten und als Kühlmittel in die Städte transportiert. Eis wurde weithin verschifft und das ganze Jahr über in Eishäusern gelagert . Wenn es keine leicht zugängliche Eisquelle gab, wurden oft flache, schattige Pools in der Nähe gebaut und das Eis während der Frostperiode entfernt.

Klimaanlage

Die am weitesten verbreitete Form dieser Technologie findet sich in campusweiten Klima- oder Kaltwassersystemen großer Gebäude. Klimaanlagen, insbesondere in gewerblichen Gebäuden, tragen in verschiedenen Ländern am stärksten zu den elektrischen Spitzenlasten an heißen Sommertagen bei. Bei dieser Anwendung läuft ein Standardkühler nachts, um einen Eishaufen zu produzieren. Das Wasser zirkuliert dann tagsüber durch den Stapel, um gekühltes Wasser zu erzeugen, das normalerweise die Tagesleistung des Kühlers wäre.

Ein Teilspeichersystem minimiert die Kapitalinvestition, indem die Kältemaschinen fast 24 Stunden am Tag laufen. Nachts produzieren sie Eis für die Lagerung und tagsüber kühlen sie Wasser für die Klimaanlage. Wasser, das durch das schmelzende Eis zirkuliert, erhöht ihre Produktion. Ein solches System läuft normalerweise 16 bis 18 Stunden am Tag im Eisherstellungsmodus und sechs Stunden am Tag im Eisschmelzmodus. Der Investitionsaufwand wird minimiert, da die Chiller nur 40 - 50 % der für ein konventionelles Design benötigten Größe aufweisen können. Eine Eisspeicherung, die ausreicht, um die Abwärme eines halben Tages zu speichern, ist normalerweise ausreichend.

Ein vollständiges Speichersystem minimiert die Energiekosten für den Betrieb dieses Systems, indem die Kühler während der Spitzenlastzeiten vollständig abgeschaltet werden. Die Kapitalkosten sind höher, da ein solches System etwas größere Kühler erfordert als die eines Teilspeichersystems und ein größeres Eisspeichersystem. Eisspeichersysteme sind so günstig, dass Vollspeichersysteme oft mit herkömmlichen Klimaanlagen konkurrenzfähig sind.

Die Effizienz der Kältemaschinen für Klimaanlagen wird anhand ihrer Leistungszahl (COP) gemessen . Theoretisch könnten thermische Speichersysteme Kältemaschinen effizienter machen, da die Wärme in die kältere Nachtluft und nicht in die wärmere Tagesluft abgegeben wird. In der Praxis überwiegt der Wärmeverlust diesen Vorteil, da er das Eis schmilzt.

Die thermische Speicherung von Klimaanlagen hat sich in der Gesellschaft als etwas vorteilhaft erwiesen. Strom außerhalb der Spitzenzeiten ist billiger, da die Nachfrage geringer ist. Es reduziert auch die Nachfrage zu Spitzenzeiten, die oft aus teuren und umweltschädlichen Quellen gedeckt wird.

Eine neue Variante dieser Technologie verwendet Eis als Kondensationsmedium für das Kältemittel . In diesem Fall wird normales Kältemittel zu den Rohrschlangen gepumpt, wo es verwendet wird. Anstatt jedoch einen Kompressor zu benötigen , um es wieder in eine Flüssigkeit umzuwandeln, wird die niedrige Temperatur des Eises verwendet, um das Kältemittel wieder in eine Flüssigkeit zu kühlen. Diese Art von System ermöglicht die Umrüstung bestehender kältemittelbasierter HLK-Anlagen auf thermische Energiespeichersysteme, was zuvor mit Kaltwassertechnologie nicht ohne weiteres möglich war. Darüber hinaus verdrängt diese neue Geräteklasse im Gegensatz zu wassergekühlten Kaltwassersystemen, die keinen großen Effizienzunterschied zwischen Tag und Nacht aufweisen, typischerweise den Tagesbetrieb von luftgekühlten Verflüssigungssätzen. In Gebieten, in denen ein erheblicher Unterschied zwischen den Spitzentemperaturen am Tag und den Temperaturen außerhalb der Spitzenzeiten besteht, ist dieser Gerätetyp in der Regel energieeffizienter als die Geräte, die er ersetzt.

Lufteinlasskühlung der Verbrennungsgasturbine

Thermisches Energiespeicher ist auch für die Verbrennung verwendete Gasturbinenlufteinlass gekühlt wird . Anstatt den Strombedarf in die Nacht zu verlagern, verschiebt diese Technik die Erzeugungskapazität auf den Tag. Um nachts Eis zu erzeugen, ist die Turbine oft mechanisch mit dem Kompressor einer großen Kältemaschine verbunden. Während der Spitzenlast am Tag wird Wasser zwischen dem Eishaufen und einem Wärmetauscher vor dem Turbinenlufteinlass zirkuliert , wodurch die Einlassluft auf Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt abgekühlt wird. Da die Luft kälter ist, kann die Turbine bei einer gegebenen Kompressorleistung mehr Luft verdichten. Typischerweise steigen sowohl die erzeugte elektrische Leistung als auch der Turbinenwirkungsgrad, wenn das Einlasskühlsystem aktiviert wird. Dieses System ähnelt dem Druckluftspeichersystem .

Siehe auch

Verweise