CRISTOPIA Spremnici latentne topline (banke leda) 1 Rashladni uređaji, kao sastavni dio postrojenja za klimatizaciju, najveći su potrošači električne energije. Ako se klimatizacija uvodi naknadno u već izgrađeni objekt, vrlo rijetko stoji na raspolaganju električni priključak koji bi mogao zadovoljiti traženu snagu. U tom slučaju potrebno je izvršiti rekonstrukciju električne mreže napajanja objekta ili intervencije u trafostanici što stvara dodatne troškove. Spremnici latentne topline (STL) pridonose uštedi energije kao i početnom trošku za angažiranu električnu snagu, posebno primjenom u objektima koji neravnomjerno troše velike količine rashladne energije. Ravnomjernom potrošnjom električne energije tijekom dana STL eliminiraju vršna opterećenja potrošnje. Na taj se način mogu eliminirati dodatne investicije u objekte koji prate povećanu distribuciju električne energije (trafostanice i slično). Isto tako maksimalno se koristi niža obračunska tarifa električne energije. Kontrolirana potrošnja energije i zaštita okoliša AKUMULACIJA ENERGIJE ■ Kako je energija akumulirana? ● OSJETNA TOPLINA Najčešće se upotrebljava voda kao medij za pohranu osjetne topline. Volumetrijski kapacitet pohrane je 1.16 kWh/m 3 K, a specifična gustoća akumulacije je 6 kWh/m 3 . ● LATENTNA TOPLINA Latentna toplina je naziv za energiju akumuliranu ili oslobođenu kada tvar prelazi iz jedne faze u drugu (npr. led ➝ voda ➝ para). Ove promjene događaju se pri konstantnoj temperaturi. Energija apsorbirana (ili oslobođena) prilikom prelaska iz faze u fazu je puno veća od energije potrebne za smanjivanje ili povećavanje unutrašnje energije tijela prilikom promjene temperaturnog nivoa, odnosno osjetne topline. Da bi otopili tvar potrebno je utrošiti određenu količinu energije. Npr. za otopiti 1 kg leda potrebno je dovesti 335 kJ. Različiti materijali imaju različita krutišta. Kod STL koriste se različite eutektičke smjese s različitom temperaturom promjene faze da bi se zadovoljili zahtjevi širokog spektra primjena. Ovi materijali zovu se PCM (Phase Change Material). Specifična gustoća akumulacije latentne topline iznosi cca. 50 kWh/m 3 . Spremnici latentne topline osiguravaju dvije značajne prednosti: - visoku specifičnu gustoću akumulacije topline - oslobađanje energije pri približno konstantnoj temperaturi ■ Primjena spremnika latentne topline (STL) Kada se razmatra potencijalna primjena STL-a potrebno je istražiti raspoložive energetske izvore. Kada se rashladna energija stvara kompresorskim rashlad- nicima s elektromotornim pogonom, primjena STL-a postaje interesantnija ukoliko se vrijeme jeftinije obračunske tarife električne energije ne poklapa s vremenom maksimalnog rashladnog opterećenja. Navedeni su neki tipični sustavi u kojima se može koristiti akumulacija rashladne energije. ● Klimatizacija (uredi, bolnice, banke, konferencijske sale, muzeji, glazbeni studiji, supermarketi, aerodromi, kina, sportski centri). ● Procesno hlađenje (industrija mlijeka, klaonice, hladnjače, priprema gotovih jela, farmaceutska industrija, punionice, klizališta, prerada mesa). ● Back-up (ERC, "čiste" sobe, operacijske sale, telefonske centrale, skladišta osjetljive robe na promjenu temperature, TV studiji, spremišta eksploziva). PRIMJENA
9
Embed
Spremnici latentne topline (banke leda)CRISTOPIA Spremnici latentne topline (banke leda) 1 Rashladni uređaji, kao sastavni dio postrojenja za klimatizaciju, najveći su potrošači
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
CR
ISTO
PIA
Spremnici latentne topline (banke leda)
1
Rashladni uređaji, kao sastavni dio postrojenja zaklimatizaciju, najveći su potrošači električne energije. Ako seklimatizacija uvodi naknadno u već izgrađeni objekt, vrlorijetko stoji na raspolaganju električni priključak koji bi mogaozadovoljiti traženu snagu. U tom slučaju potrebno je izvršitirekonstrukciju električne mreže napajanja objekta iliintervencije u trafostanici što stvara dodatne troškove.
Spremnici latentne topline (STL) pridonose uštedi energijekao i početnom trošku za angažiranu električnu snagu,posebno primjenom u objektima koji neravnomjerno troševelike količine rashladne energije. Ravnomjernompotrošnjom električne energije tijekom dana STL eliminirajuvršna opterećenja potrošnje. Na taj se način mogu eliminiratidodatne investicije u objekte koji prate povećanu distribucijuelektrične energije (trafostanice i slično). Isto takomaksimalno se koristi niža obračunska tarifa električneenergije.
Kontroliranapotrošnja energije izaštita okoliša
AKUMULACIJA ENERGIJE
■ Kako je energija akumulirana?
● OSJETNA TOPLINANajčešće se upotrebljava voda kao medij za pohranu osjetnetopline. Volumetrijski kapacitet pohrane je 1.16 kWh/m3K, aspecifična gustoća akumulacije je 6 kWh/m3.
● LATENTNA TOPLINALatentna toplina je naziv za energiju akumuliranu ilioslobođenu kada tvar prelazi iz jedne faze u drugu (npr. led ➝voda ➝ para). Ove promjene događaju se pri konstantnojtemperaturi. Energija apsorbirana (ili oslobođena) prilikomprelaska iz faze u fazu je puno veća od energije potrebne zasmanjivanje ili povećavanje unutrašnje energije tijela prilikompromjene temperaturnog nivoa, odnosno osjetne topline.
Da bi otopili tvar potrebno je utrošiti određenu količinu energije.Npr. za otopiti 1 kg leda potrebno je dovesti 335 kJ. Različitimaterijali imaju različita krutišta. Kod STL koriste se različiteeutektičke smjese s različitom temperaturom promjene faze dabi se zadovoljili zahtjevi širokog spektra primjena.
Ovi materijali zovu se PCM (Phase Change Material). Specifičnagustoća akumulacije latentne topline iznosi cca. 50 kWh/m3.
Spremnici latentne topline osiguravaju dvije značajne prednosti:- visoku specifičnu gustoću akumulacije topline- oslobađanje energije pri približno konstantnoj temperaturi
■ Primjena spremnika latentne topline (STL)
Kada se razmatra potencijalna primjena STL-a potrebno jeistražiti raspoložive energetske izvore.
Kada se rashladna energija stvara komp res orskim rashlad -nicima s elektromotornim pogonom, primjena STL-a postajeinteresantnija ukoliko se vrijeme jeftinije obračunske tarifeelektrične energije ne poklapa s vremenom maksimalnograshladnog opterećenja.
Navedeni su neki tipični sustavi u kojima se može koristitiakumulacija rashladne energije.
● Back-up (ERC, "čiste" sobe, operacijske sale, telefonskecentrale, skladišta osjetljive robe na promjenu temperature, TVstudiji, spremišta eksploziva).
PRIMJENA
Prednosti akumulacije topline:- reduciranje veličine rashladnika- smanjivanje troškova- povećanje pouzdanosti- pojednostavljeno održavanje- smanjivanje količine rashladnog medija
Akumulacija latentne topline predstavlja efikasno sredstvo zaoptimizaciju sustava klimatizacije i rashladnog postrojenja.Nadonjim slikama prikazane su klasična instalacija i instalacija saspremnikom latentne topline.
Tipična instalacija klimatizacije poslovne zgrade, ljetnipogon. Potpuno pokrivanje potreba za rashladnomenergijom iz rashladnika u direktnom pogonu.
Ista instalacija uz upotrebu spremnika latentne topline.Jasno se vidi smanjenje vršnog opterećenja u vremenuskuplje obračunske tarife električne energije i smanjenjemaksimalnog potrebnog učina rashladnika.
CRISTOPIA
2
Spremnici latentne topline (banke leda)
dnevno vrijeme dnevno vrijeme
PRIKAZ STL SUSTAVA
■ Općenito
STL sustav sastoji je od spremnika napunjenog kuglama.Spremnik na gornjoj strani ima otvore kroz koje se umećukugle. Otvor na donjoj strani omogućuje pražnjenje. Unutarspremnika dva difuzora (ulaz i izlaz) distribuiraju fluid (smjesavode i glikola) nositelj topline preko cijelog spremnika. Padtlaka u spremniku je cca 25 kPa. Ulazni difuzor mora bitinasuprot izlaznom kako bi se omogućila što povoljnijacirkulacija.
Spremnik, izrađen od ugljičnog čelika, isporučuje se prazan namjesto ugradnje. Ako je prilaz mjestu onemogućenkonstrukcija spremnika izvodi se na samom mjestu.
Kugle su promjera 77 mm (kugle tipa S) i 98 mm (za kugle tipaAC). Kugle izrađene iz plastične mase visoke gustoće (HDPE- High Density Polyetylen) sadrže eutektičku smjesu PCM(Phase Change Material). Mehanička i kemijska svojstva kugliprilagođena su situacijama u rashladnim sustavima.
Jednom napunjena sa PCM-om, kugla se ultrazvučno brtvikako bi se osigurala besprijekorna nepropusnost.
Kugle se isporučuju u vrećama, u količini od 22kg. Spremnikse kuglama popunjava na mjestu ugradnje.
Oblik spremnika je obično cilindrični, projektiran za radni tlakdo 3 bar-a. Ispitni tlak varira od 4.5 do 10 bar-a. Promjer kugleodređen je da zadovolji ekonomske i tehničke zahtjeve.Veličina uvjetuje odgovarajuću izmjenu topline do krajaciklusa.
CR
ISTO
PIA
Spremnici latentne topline (banke leda)
3
● Režim punjenja
Rashladnik radi s nižom postavnom vrijednosti; otvaranjemprolaznog ventila V4 i zatvaranjem troputnog regulacijskogventila V5 za smjer b-g, protok se usmjerava preko spremnikalatentne topline. Ventil V1 je otvoren.
● Režim pražnjenja
Rashladnik je van pogona; prolazni ventili V1 i V2 (ako jeugrađen) su zatvoreni tako da se kompletni protok usmjeravapreko spremnika latentne topline, miješanjem na troputnomventilu osigurava se odgovarajuća temperatura th.
● Režim direktnog pogona
Kompletnu potrebu za rashladnom energijom namirujerashladnik, konstantni protok kroz rashladnik osigurava seventilom V3, prilikom male potrošnje ventil V3 je potrebnootvoriti. Ventil V1 potrebno je malo prigušiti.
● Paralelni rad
Dio rashladne energije dobiva se iz spremnika latentne topline,a dio iz rashladnika, ventil V4 je zatvoren tako da se protok izspremnika latentne topline usmjerava u točku i. Ventil V1potrebno je malo prigušiti.
Napomena:
Pretpostavke ispravnog rada sustava su ugradnja rashladnogagregata s dvije radne postavne točke, optimalno balansiranjehidrauličke mreže cijelog sustava i upotreba fleksibilnogmikroprocesorskog regulacijskog sustava.
Ekspanzija iznosi 5% ukupnog volumena spremnika.Preporuka je koristiti ekspanzijski modul s crpkom kako bise isti mogao koristiti i za nadopunjavanje sustava.
■ Opis rada sustava s paralelnim spojemrashladnika i spremnika latentne topline
■ Napomene:
● Temperatura polaza na rashladnikutijekom faze punjenja mora biti 4-5 K niža odtemperature fazne promjene eutektičkesmjese u kuglama.
● Ekspanzija u CRISTOPIA rashladnomsustavu je obrnuto proporcionalnaekspanziji rashladne smjese vode i glikola,tj. kada je temperatura smjese u spremnikunajniža, ekspanzija je najveća jer je u tomtrenutku eutektička smjesa u krutomagregatnom stanju.
PRINCIP RADA
Radni ciklus STL sustava podijeljen je u dva dijela:akumulacija i pražnjenje, za koje vrijeme su kugle nakonstantnoj temperaturi.
Akumulacija: spremnik se “puni” kristalizacijom soli unutarkugli. To se događa kada je polazna temperatura radnogmedija (smjesa vode i glikola) koji cirkulira spremnikom niža(4-5 K) od temperature promjene faze medija u kuglama.Spremnik tada djeluje kao izmjenjivač. Toplinska energija tadaprelazi s kugli na radni medij.
Pražnjenje: pohranjena energija otpušta se taljenjem soliunutar kugli. To se događa kad je temperatura radnog medijakoji cirkulira kroz spremnik viša od temperature soli. Spremniktada djeluje kao izmjenjivač. Toplinska energija tada prelazi sradnog medija na kugle.
● prostor ispunjen zrakom omogućava ekspanziju smjese; nedolazi do naprezanja u ovojnici
CRISTOPIA
4
Spremnici latentne topline (banke leda)
Tip kugleTemp. promjene
faze°C
Latentna toplinaQI
kWh/m3
Osjetna toplinakrutnine
QsskWh/m3K
Osjetna toplinatekućine
QslkWh/m3K
Koef. prijelazatopline
kristalizac. kvcrkW/m3K
Koeficijentprijelaza topline
taljenja kvfukW/m3K
Masakuglicakg/m3
SN.33 -33 44,6 0,7 1,08 1,6 2,2 724
SN.29 -28,9 39,3 0,8 1,15 1,6 2,2 681
SN.26 -26,2 47,6 0,85 1,2 1,6 2,2 704
SN.21 -21,3 39,4 0,7 1,09 1,6 2,2 653
SN.18 -18,3 47,5 0,9 1,24 1,6 2,2 706
IN.15 -15,4 46,4 0,7 1,12 1,6 2,2 602
IN.12 -11,7 47,7 0,75 1,09 1,6 2,2 620
IN.10 -10,4 49,9 0,7 1,07 1,6 2,2 617
IN.06 -5,5 44,6 0,75 1,1 1,6 2,2 625
IN.03 -2,6 48,3 0,8 1,2 1,6 2,2 592
IC.00 0 48,4 0,7 1,1 1,6 2,2 558
AC.00 0 48,4 0,7 1,1 1,15 1,85 560
IC.27 27 44,5 0,86 1,04 1,6 2,2 867
Čep
Zra ni jastuk
Materijal fazne promjene (PCM)
HDPE
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE
Količina pohranjene energije za svaki tip kugle jeproporcionalna volumenu prostora za skladištenje. Broj kugli usustavu određuje brzinu izmjene topline između kugli itekućine za prijenos topline.
■ Tipovi kugli:
STL je određen temperaturom promjene faze smjese ivolumenom (npr. kapacitet skladištenja i način promjenetopline). Na raspolaganju stoji tri tipa kugli odgovarajućihpromjera: AC (98 mm), IC i IN (78 mm),
Primjeri oznake instalacije:
STL – AC.00 – 15AC: 98 mm promjer kugle00: temperatura kod koje dolazi do promjene faze je 0°C15: volumen spremnika u m3
STL – IN.15 – 50IN: 78 mm promjer kugle za negativnu temperaturu15: temperatura kod koje dolazi do promjene faze je –15°C 50: volumen spremnika u m3
STL – IC.27 – 100IC: 78 mm promjer kugle27: temperatura kod koje dolazi do promjene faze je + 27°C100: volumen spremnika u m3
Volumenm3
Vanjskipromjer
Dmm
Ukupna dužina,bez prirubnica
Lmm
Vanjskapovršinaizolacije
m2
Unutarnje ivanjske
prirubnice ESmm
Brojpostolja
Težina praznogspremnika
kg
Volumentekućine uspremniku
m3
2 950 2980 10 40 2 660 0,77
5 1250 4280 18 50 2 1050 1,94
10 1600 5240 29 80 2 1890 3,88
15 1900 5610 37 100 2 2540 5,82
20 1900 7400 47 125 3 3200 7,77
30 2200 8285 61 150 3 4580 11,64
50 2500 10640 89 175 4 6860 19,40
70 3000 10425 106 200 4 8400 27,16
100 3000 14770 147 250 6 11700 38,80
CR
ISTO
PIA
Spremnici latentne topline (banke leda)
5
■ Spremnik Karakteristike:- horizontalna ili vertikalna ugradnja - ugljični čelik- vanjska ili unutarnja ugradnja; zakopan ili ugrađen spremnik- vanjska boja otporna na hrđu- izolacija spremnika- učinkovit sustav difuzije- niskotlačni spremnik- pad tlaka uslijed protoka fluida: 25 kPa- mogućnost usklađenja dimenzija s raspoloživim prostorom
STL upravlja energijom hlađenja prema zahtjevimaprojektanta. Postoji nekoliko načina primjene.
Djelomično korištenje akumulacije pri radu za vrijeme velikograshladnog opterećenja može se lako pretvoriti u potpunokorištenje akumulacije za vrijeme manjeg rashladnogopterećenja čime se postižu dodatne uštede.
DNEVNA POTROŠNJA IZ AKUMULACIJEKOMBINACIJA DJELOMIČNE I POTPUNEPOTROŠNJE RASHLADNE ENERGIJE IZAKUMULACIJE TIJEKOM DANA
Ovisno o vrsti električne tarife, odnosno tehnološkoj potrebimomentalnog vrlo visokog rashladnog učina, može se samo ujednom kratkom vremenskom periodu tijekom dana koristitirashladna energija iz pohrane.
Kombinacija akumulacije prema dobu dana i djelomičnaakumulacija s ciljem smanjenja rashladnika.
STL upravlja energijom hlađenja prema zahtjevimaprojektanta. Postoji nekoliko načina primjene.
Prioritet ima rashladnik koji je dimenzioniran između 30 – 60% maksimalnog rashladnog opterećenja zgrade. Noćurashladnik puni spremnik, a tijekom dana, kada je potražnjarashladne energije veća od učina rashladnika akumulirana seenergija koristi iz spremnika.
Za vrijeme upotrebe klimatizacije, rashladnici vode suisključeni i sva energija za hlađenje osigurana je izakumulacije.
Akumulacija se koristi samo kao osiguranje kada je toneophodno. Redovito se nadopunjuje kako bi se kompenziraligubici u sustavu akumulacije.
Kontrol dijagram Komponente
Način rada Pd Pch Ev1 Ev2 Ev3 3Wv CHPodešenostrashladnika
Akumulacija 0 1 1 0 1 0 1 Noć
Direktna proizvodnja 1 1 0 1 1 R 1 Dan
Samo pražnjenje 1 0 0 0 0 R 0 /
Diretna proizvodnja + pražnjenje 1 1 0 1 1 R 1 Dan
Direktna proizvodnja + akumulacija 1 1 1 0 1 R 1 Noć
100,717 mmR : regulira
0 : OFF / zatvoreno
1 : ON / otvoreno
Pd: crpka 1
Pch: crpka 2
Ev1: El. ventil 1
Ev2: El. ventil 2
Ev3: El. ventil 3
3Wv: troputni reg. ventil
CH: rashladnik
NAČINI RADA
Primjer - paralelni prikaz
CRISTOPIA
8
Spremnici latentne topline (banke leda)
Kad je potreba hlađenja sustava veća od učina rashladnika,energija za hlađenje se ostvaruje zajedničkim radomrashladnika i akumulatora. Rashladnik radi punim kapacitetomdok akumulator osigurava vršno opterećenje.
U ovom slučaju, uglavnom tijekom noći, rashladnik puniakumulaciju (STL) i osigurava traženo hlađenje (ograničenodo 10 – 15% od učina rashladnika). Rad rashladnika jereguliran polaznom temperaturom tekućine.
DIREKTNA PROIZVODNJA + PRAŽNJENJE
DIREKTNA PROIZVODNJA + AKUMULACIJA
AKUMULACIJA
PRAŽNJENJE
DIREKTNA PROIZVODNJA
Rashladnik preko noći skladišti energiju u STL. Tekućina zaprijenos rashladne energije (smjesa voda-glikol) je hlađena dotemperature promjene faze eutektičke smjese u kuglama -temperature PCM-a. Za vrijeme pretvorbe iz tekućeg u krutostanje, energija kristalizacije je uskladištena kod konstantnetemperature kao latentna toplina.
Kada rashladni uređaj zadovoljava trenutno potrebni rashladniučin ne koristimo rashladnu energiju iz akumulacije. Nemaprotoka kroz STL.
Akumulirana rashladna energija se može upotrebljavati kaosamostalni izvor za vrijeme više tarife ili za aplikacije u slučajupotrebe (kad je rashladnik isključen). Tekućina s višomtemperaturom od temperature PCM ulazi u spremnik i hladi seuz pomoć kugli. Temperatura tekućine koja odlazi uizmjenjivač topline regulira se troputnim ventilom.
CRISTO
PIA
Spremnici latentne topline (banke leda)
9
Sa ciljem kontinuiranog tehničkog poboljšanja proizvoda, zadržavamo pravo izmjena bez prethodne najave.