TES sistemi - hlađenje objekata uz potrošnju električne energije tokom noći

22.10.2010. | Gradjevinarstvo.rs

Potrošnja električne energije u zgradama tokom letnjih dana i u našoj zemlji sve češće prevazilazi i zimsku potrošnju, najviše zahvaljujući aktiviranju brojnih klima uređaja - u svakoj kancelariji ili svakoj stambenoj jedinici. Potrošnja u najtoplijim časovima preko dana opterećuje mrežu i zato se uvode posebne tarife za taj vremenski period (npr. Kalifornija, u "energetskom špicu", na hlađenje zgrada troši oko 28% ukupne električne energije).


Foto: izgradnja rezervoara za skladištenje hladne vode... Univerzitet Južne Kalifornije - izgradnja rezervoara kapaciteta 11.356.235 litara. Novi sistem koristi stare rashladne uređaje.

Sistemi za skladištenje hladne toplotne energije - TES (Thermal Energy Storage system - cool storage) omogućavaju da se sveukupno opterećenje potrošnje električne energije za hlađenje u zgradama sa dnevnih prebaci na noćne časove. Tada su potrošačke tarife niže, snabdevanje električnom energijom postojanije, i može se postići viši stepen efikasnosti sistema.

TES sistemi tokom noći otklanjaju toplotu u termičkom rezervoaru sa vodom smeštenom negde u zgradi (obično u podrumu) tako što posebnim uređajima zamrzavaju vodu u rezervoaru ili u nju dodaju kocke leda. Ovako ohlađen rezervoar tokom dana služi za distribuciju niže temperature u sve prostorije zgrade bez potrošnje električne energije u skupljoj tarifi za hlađenje.

Ovakvi sistemi verovatno predstavljaju nepoznanicu za veliki broj naših arhitekata, ali postoje hiljade objekata sa ovakvom instalacijom. Neki od ovih sistema uspešno rade već 25 godina, i to u školama, bolnicama, univerzitetskim zgradama, aerodromima, crkvama, javnim ustanovama i poslovnim zgradama.

Treba imati na umu da ovakav koncept korišćenja termičke energije može biti primenjen i za grejanje i za hlađenje, ali, sada ćemo se baviti samo primenom za hlađenje jer ovi sistemi u našem građevinarstvu daleko zaostaju za sistemima grejanja.

Nekada su ovi sistemi bili veoma veliki, specijalno projektovani za određeni objekat i smešteni u posebne mini-fabrike za zamrzavanje termičkog rezervoara. Međutim, danas su dostupne i manje tipske jedinice koje su prilagođene i ugradnji u već postojeće objekte prilikom rekonstrukcija u cilju energetske efikasnosti.

Jedan izveštaj iz kompanije Southern California Edison and Pacific Gas and Electric predviđa da će samo u toj državi SAD-a, sistemi zamrzavanja tokom narednih par godina uštedeti onoliko električne energije koliko je godišnja potrošnja u oko 200.000 domova.


Šema 1 - Kako bi smanjio potrošnju tokom "energetskog špica", sistem za čuvanje hladnoće tokom noći aktivira uređaje za hlađenje za rashlađivanje ili zamrzavanje vode. Tokom dnevnih sati kada je potrošnja električne energije za hlađenje prostora tokom leta najveća, sačuvana svežina ohlađene vode ili leda distribuira se po zgradi, a uređaji za hlađenje su isključeni.

Prednosti sistema za skladištenje hladnoće

Zahvaljujući svežijim noćnim temperaturama, sistem za hlađenje noću radi daleko efikasnije nego tokom dana. Prednosti koje mogu biti ostvarene zavise u velikoj meri i od uređaja za hlađenje i karakteristika lokalnih klimatskih uslova - što su veće razlike između dnevne i noćne temperature veće su i prednosti.

Dodatno, tokom perioda sa manjim opterećenjem mreže, manji su i gubici na transportu električne energije do potrošača i u distribuciji kroz sam objekat. Između ostalog, ovo znači i manje zagrevanje elektro instalacija, kojih u jednoj poslovnoj zgradi, na primer, može biti i nekoliko stotina kilometara.

Kalifornijska komisija za energiju 1996. godine izradila je studiju koja govori da zamena dnevnog režima hlađenja na noćni znači i manje opterećenje za elektrane usled manje potrošnje energije. Firme koje se bave proizvodnjom i/ili distribucijom električne energije zato određuju različite tarife za potrošnju energije u toku 24 sata, ali i u odnosu na radne i neradne dane (vikende). To znači da noćno hlađenje predstavlja prednost i za potrošače.

Dodatne prednosti sistema za skladištenje hladnoće:

  • smanjenje operativnih troškova u objektu
  • instalacije za hlađenje projektuju se po manjem kapacitetu rada
  • svi uređaji mogu biti manje snage u odnosu na sistem dnevnog hlađenja
  • skladištenje hladne vode predstavlja dodatni izvor protivpožarne sigurnosti u objektu (u SAD se dobija povoljnija polisa osiguranja objekta)


Tipovi sistema za skladištenje hladnoće u noćnim satima

Tipovi ovih sistema klasifikuju se prema mediju koji služi za akumulaciju hladnoće. Tako imamo tipove koji koriste hladnu vodu ili druge tečnosti (osetljivi sistem), ili led i PCM (Phase-Change Materials - materijali koji čuvaju i oslobađaju velike količine toplote sa veoma malom promenom u sopstvenoj temperaturi). Ovi drugi sistemi poznati su i kao "latent heat storage".

Medijumi za čuvanje hladnoće razlikuju se po svojim kapacitetima za apsorpciju temperature, po temperaturi na kojoj čuvaju energiju, po fizičkim i hemijskim osobinama materijala. Prema organizaciji ASHRAE, 87% sistema za storniranje hladnoće u SAD zasniva se na zamrzavanju vode - ledu, 10% na hlađenju vode, i samo 3% na PCM-a.


Šema 2. - "harvester" sistem zahteva rezervoar manjeg kapaciteta od onih sa ohlađenom vodom (bez zamrzavanja ili mešanja vode i leda)

Sistemi sa hlađenjem vode spuštaju temperaturu vode na 4,5 do 5,5oC i nju zatim koriste za dnevno hlađenje objekta. PCM izdvaja prednost većeg kapaciteta za apsorpciju i emisiju temperature od leda ili kristala soli. Sistemi sa ledom (ice-on-coil ili ice harvester) zahtevaju manji rezervoar nego sistemi sa vodom:

  • "harvester" sistemi (šema iznad) imaju dodatnu prednost u tome što kompresor može preuzeti deo dnevnog hlađenja ukoliko je potrebno
  • "ice-on-coil" sistemi takođe koriste relativno male rezervoare ispunjene vodom, ali zamrzavanje se odvija preko fleksibilnih plastičnih spirala u rezervoaru. Glikol kruži kroz spirale, hlađen centrifugalnim čilerom, i tokom noći zamrzava vodu.

Led može stornirati i emitovati 144BTU/lb toplote tokom faza zamrzavanja i otapanja. Kada se ovaj sistem iskombinuje sa sistemom distribucije hladnog vazduha, potrebno je manje ventilatora za isti kapacitet hlađenja enterijera.

Ovakva distribucija hladnog vazduha može smanjiti potrošnju energije za ventilatore za 30-40%, smanjiti veličinu izvoda za 20-40%, i klima komora za 30-50%, čime se štedi na početnoj investiciji za instalacije ali i na prostoru za smeštaj postrojenja u mašinskim sobama.

Ušteda prostora je jedna od osnovnih prednosti sistema sa ledom u odnosu na one sa hladnom vodom i nekoliko (desetina) puta su manji za sistem klimatizacije istih dimenzija. Sa druge strane, led zahteva postizanje niže temperature hlađenja i može zahtevati i preko 50% više energije za hlađenje u odnosu na rezervoare sa vodom. Zato se rezervoari sa vodom smatraju odgovarajućim tamo gde ima dovoljno prostora za njihov smeštaj: univerzitetski kampusi, bolnice, velike zgrade i sl.

Troškovi ugradnje TES sistema

Ekonomska isplativost instalacije sistema za čuvanje hladnoće zavisi od nekoliko faktora: tip objekta, režim korišćenja objekta, raspoloživi prostor za instalaciju rezervoara i sl. Sistem će podići početnu cenu projektovanja i izgradnje objekta. Međutim, treba uzeti u obzir i troškove instalacije pojedinačnih klima-uređaja ili sistema za dnevno hlađenje, ali i uštede koje će ovaj sistem ostvariti tokom vremena.


Projektovanje TES sistema

Građevinski i mašinski projektanti treba pažljivo da razmore opšti uticaj na potrošnju energije kod implementacije ovakvog sistema u svoje objekte. Osnovno na šta treba obratiti pažnju jeste količina energije koja će biti potrebna za hlađenje i način rada sistema. Kompletni sistem za skladištenje hladnoće dimenzioniše se i radi tako da otkloni svaku potrebu za uključivanjem uređaja za hlađenje u objektu tokom dnevnih časova. Moguće je i kombinovati ovaj sistem sa aktivnim uređajima za hlađenje u toku dana.

Svi ovi sistemi podrazumevaju rezervoar za skladištenje hladnoće, i ovde se toplotni gubici kreću od 1-5%. Zato efikasnost sistema zavisi od parametara za apsorpciju i emisiju temperature medija u rezervoaru. Odrednice za ukupan potrebni kapacitet sistema date su u ASHRAE dokumentu Guideline 4.

TES sistemi su efikasni kada je ispunjen jedan ili više sledećih uslova:

  • velika potrošnja u dnevnim časovima
  • preopterećenje instalacija u dnevnim časovima ili velika razlika dnevne i noćne potrošnje energije
  • potreba za dodatnim sistemom hlađenja jer u ovom slučaju dodavanjem rezervoara može se izbeći postavljanje novih uređaja za hlađenje boljim iskorišćavanjem već postojećih
  • ograničen kapacitet postojećih instalacija kada ugradnja ovog sistema može biti isplativija od kompletne rekonstrukcije elektro instalacija u objektu samo zato da bi mogli da obezbede postojani komfor u objektu
  • neophodno je da objekat ima rezervni sistem za hlađenje (data-centri, industrijske hale i sl).


Upotreba i održavanje TES sistema

Jedan od najvažnijih faktora za pravilan rad sistema za skladištenje hladnoće jeste stručno upravljanje i optimizacija sistema. U suprotnom, nestručno i nepažljivo upravljanje sistemom može lako da izbriše sve potencijalne uštede ako se sistem ne isključuje na vreme. Zato je veoma važno da osoblje odgovorno za rad sistema treba da ima znanje, ali i slobodu da može da upravlja sistemom uzimajući u obzir više parametara, posebno one kao što je vremenska prognoza za sutrašnji dan.

Dodatno, kao i svaka druga KGH instalacija, ovi sistemi moraju biti održavani u skladu sa preporukama proizvođača, i redovno servisirani kako bi zadržali stepen efikasnosti i bezbednosti u objektu. Važno je vršiti neprekidni monitoring izmerene potrošnje i drugih parametara i upoređivati ih sa početnim parametrima koje je dostavio proizvođač, kako bi se utvrdila postojanost rada i koraci za dalja podešavanja sistema.

TES u svetlu energetske efikasnosti i zelene gradnje

Sistemi skladištenja toplotne energije za hlađenje zgrada troše manje (i jeftinije) električne energije od sistema hlađenja koji se aktiviraju u toku dana kada je opterećenje najveće. Međutim, ova električna energija zato uglavnom dolazi iz termo ili hidroelektrana - ne može se obezbediti solarnim panelima. Energija može biti proizvedena i na farmama vetrenjača.

Odakle god da dolazi energija potrebna za hlađenje ili zamrzavanje vode u toku noći, ovo rešenje je i dalje ekonomičnije i održivije od onih koja se aktiviraju u toku dana. Rezervoari se uglavnom smeštaju u zemlju (odakle takođe preuzimaju deo hladnije temperature), uređaji su aktivni noću kada je temperatura po pravilu niža, opterećenje na mreži je manje.

Što se tiče porekla električne energije, ona može i dalje doći iz održivih izvora, na primer, iz termocentrala koje kao sirovinu koriste otpad i biomasu.


Linkovi:

  • o sajtu organizacije ASHRAE (vidi više i na tagu ispod teksta) - klikni na link
  • tekst je nastao na osnovu teksta sa sajta Energy Design Resources - klikni na link
  • Hlađenje betona u mikserima, konvencionalnim i kontejnerskim postrojenjima - klikni na link

 

Komentari: 0

TEKSTOVI /iz kategorije/


ISTAKNUTE FIRME /iz kategorije/


SCHIEDEL
SCHIEDEL
NOVI BEOGRAD
www.schiedel.rs

MIGRO
MIGRO
SOMBOR-SVETOZAR MILETIĆ
www.somfy.rs

Anketa

Kojom vrstom toplotne izolacije je izolovan vaš stan/kuća?
Darko 13.05.2019.
Gondola? Zbogom Kalemegdanu u UNESCO kultur...
TikiCar 25.04.2019.
Spominje se povezivanje NBG sa Rakovicom, a...
veselnik 13.04.2019.
"Služba za urbanizam koja će okupiti 10 str...
Ljubinka 09.04.2019.
Da li se na zidove koji su krecenim prajmer...
Maks 04.04.2019.
Političari treba da shvate da se autoput, o...