ПРИМЕНЕНИЕ ЛЬДОАККУМУЛЯТОРА В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Рассмотрено понятие, общее устройство и принцип работы льдоаккумулятора. Определены основные технические задачи при проектировании, а также преимущества и недостатки от внедрения в систему теплоснабжения льдоаккумуляторной установки.

ABSTRACT

The concept, general structure and principle of operation of the ice accumulator are considered. The main technical tasks in the design, as well as the advantages and disadvantages of the introduction of an ice storage unit into the heat supply system are determined.

Ключевые слова: льдоаккумулятор, энергоэффективность.

Keywords: ice accumulator, energy efficiency.

Введение

В настоящее время во всем мире увеличивается доля использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетическом балансе стран. Для Беларуси эта тема также актуальна, так как способствует сокращению покупки топливного-энергетических ресурсов. Использование солнечных гибридных систем способно значительно снизить потребности теплоснабжения жилых домов. Немаловажным фактором является возможность аккумулирования тепловой энергии. Для круглогодичного аккумулирования зачастую эксплуатируется тепловой аккумулятор. В данной работе рассмотрим аккумуляцию тепла с помощью льдоаккумулятора, который способен конкурировать с тепловым аккумулятором.

Основная часть

Льдоаккумулятор представляет собой размещенный в грунте резервуар с запасами льда и воды, а также оснащенный теплообменным аппаратом для отвода теплоты из него [1]. Льдоаккумулятор состоит из трубчатых змеевиков (испарителя), которые находятся внутри резервуара с водой. К резервуару подведен насос для подвода и отвода охлажденной воды. К испарителю через дроссельные устройства поступает фреон и начинает кипеть при достижении температуры -43,6℃. Вода замерзает вокруг труб, и образовавшийся лед охлаждает воду, поступающую в резервуар. Трубки испарителя изготавливаются из нержавеющей стали, реже из меди. На трубках установлены датчики, которые следят за толщиной льда и управлением льдоаккумулятора. Таким образом, льдоаккумулятор за счёт накопления льда аккумулирует тепловую энергию [5].

Льдоаккумуляторы существуют уже много лет, но на данный момент, отсутствует определенная методика расчета. Воспользуемся методикой, разработанной Национальным исследовательским университетом «МЭИ» [2].

Основные технические задачи при проектировании льдоаккумуляторной установки:

1. Проектирование змеевикового теплообменника и бетонной емкости.

2. Монтаж емкости.

Первая задача представляет собой выбор укладки змеевиков в емкости. От правильной укладки змеевиков зависит равномерность отвода тепла, правильное образование льда на теплообменных поверхностях и эффективность льдоаккумулятора. Неправильная закладка может привести к интенсивному образованию льда и повреждению бетонной конструкции. Основная задача - выбор межвиткового расстояния. Скорость нарастания льда на поверхностях уменьшается при достижении определенной толщины льда. Для обеспечения равномерного нарастания льда на теплообменной поверхности змеевика, необходимо определить диаметр, при котором наблюдается уменьшение динамики роста. В результате полученных данных задаться межвитковым расстоянием [2].

Вторая задача представляет собой выбор материала и формы (размеры) бетонной конструкции. Бетонная конструкция должна быть прочной и обеспечивать надежную и безопасную эксплуатацию объекта.

Третья задача представляет собой грамотный выбор места и глубины установки. Для регенерации и предотвращения захолаживания емкости, установку необходимо смонтировать ниже глубины промерзания грунта [3].

В данный момент существуют два варианта монтажа льдоаккумуляторной установки. Первый вариант предполагает монтаж как рядом со зданием (расстояние не менее 2 м от фундамента согласно рекомендациям [2]), так и под зданием (компания «Viessmann» реализовало несколько объектов с хранилищем непосредственно под зданием). Второй вариант предполагает внедрение в существующую систему теплоснабжения (монтаж емкости рядом со зданием) [2].

Преимущества льдоаккумулятора:

• низкие затраты на изготовление ёмкости относительно теплового аккумулятора;
• возможность постоянного теплообмена с окружающей средой;
• использование скрытой теплоты фазового перехода (более высокая энергоёмкость);
• эксплуатация в ночное время, когда действует льготный ночной тариф на электроэнергию;
• быстрая компенсация пиковых теплопритоков;
• нет требований к чистоте воды [4].

Недостатки льдоаккумулятора:

• потребность в большом объёме жидкости;
• контроль равномерного использования льда [4].

Заключение

Таким образом, льдоаккумулятор является новейшей разработкой нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В статье приведены особенности конструкции, проектирования и монтажа, а также преимущества и недостатки льдоаккумулятора. Льдоаккумулятор уже активно применяется комплексно с солнечными коллекторами и тепловыми насосами типа рассол-вода, для эксплуатации гелиосистем. Существенным недостатком является отсутствие серийного производства.

Список литературы:

1. Gschwend, A., Bertsch, S.S. Domestic Heat Pump System With Solar Thermal Collectors as Heat Source and Annual Ice Storage [Электронный ресурс]/ International Refrigeration and Air Conditioning Conference. – Режим доступа: https://docs.lib.purdue.edu/ iracc/1177/. – Дата доступа: 08.02.2022.
2. Проектирование льдоаккумулятора и внедрение в систему теплоснабжения зданий [Электронный ресурс] / elibrary.ru – Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=44054948. – Дата доступа: 14.03.2022.
3. СП 131.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. - 114 с.
4. Сезонный аккумулятор теплоты и холода для системы энергоснабжения здания [Электронный ресурс] / elibrary.ru. – Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=47791333. – Дата доступа: 02.02.2022.
5. Льдоаккумулятор [Электронный ресурс] / teploobmenka.ru. – Режим доступа: http://www.teploobmenka.ru/glossary/ldoakkumulyator/. – Дата доступа: 02.02.2022.