سیستم ذخیره سازی یخ به عنوان کارآمدترین نوع تهویه مطبوع

این روزها مسئله گرم شدن زمین و تلاش برای دستیابی به منابع پاک برای تهویه مطبوع منازل و کارخانجات، یکی از دغدغه‌های فراگیر جهانی می‌باشد. از حدود 25 سال پیش کشورهای پیشرفته‌ای چون فرانسه، ایتالیا، آلمان، بلژیک، هلند و … سیستم ذخیره سازی یخ را به عنوان تهویه مطبوع مجتمع‌های مسکونی و تجاری، ساختمان‌های اداری و بیمارستان‌ها و … در فصول گرم سال به کار برده‌اند. و همه ساله مزایا و مشوق‌هایی از سوی دولت‌ها برای همه‌گیر شدن این فرایند در زیرساخت‌های ساخت و ساز در نظر گرفته می‌شود.

چیلرها با مصرف انرژی الکتریکی بالایی با تبدیل هوای گرم تابستان به هوای مطبوع بهاری، هزینه‌های زیادی را به خانوارها تحمیل می‌کنند. همچنین تامین این انرژی در ساعات پیک مصرف در این فصل از سال، توان زیادی از دولت‌ها، برای افزایش بار نیروگاهی را مطالبه می‌کند.

و اما اینکه فناوری ذخیره سازی یخ چیست و چه نقشی در اقتصاد خانوار و هزینه‌های آن دارد را در این مقاله بررسی خواهیم کرد.

تهویه مطبوع

سیستم ذخیره سازی یخ چیست؟ 

سیستم ذخیره سازی یخ (Ice thermal storage) به استفاده از توان چیلرها برای یخ سازی مخازن در ساعات کم‌باری انرژی الکتریکی و استفاده از گرمای نهان این مخازن، برای تهویه مطبوع ساختمان‌ها در ساعات پرباری اطلاق می‌شود. در ساعات میانی و گرم روزهای تابستانی به دلیل بالاترین استفاده از انرژی الکتریکی در سرمایش ساختمان‌ها، پیک بار مصرف انرژی به وجود می‌آید. گاها ممکن است به دلیل افزایش بیش از حد و خارج از توان نیروگاه، شاهد قطعی و اختلال در شبکه توزیع برق باشیم. برای دستیابی به سیستم تهویه مطبوع، حتی در حین قطعی برق و کم کردن بار مصرفی در این ساعات از روز، با به کارگیری فناوری ذخیره سازی یخ، تهویه‌ای ایده‌آل داشته باشیم.

در این روش، شب‌ها آب در مخازن به یخ تبدیل شده و به دلیل دمای پایین‌تر شب از فشار مضاعف به کندانسور و کمپرسور چیلر کاسته و بر میزان بازدهی و راندمان آن‌ها افزوده می‌شود. این مخازن یخ در ساعت‌های گرم روز به کمک چیلرها می‌شتابند. و با ارائه بالاترین سرما در ساعات اوج مصرف از فشار به دستگاه سرمایش و چیلرها کم می‌کنند. قابل ذکر است با استفاده از سیستم ذخیره سازی یخ در مکان‌هایی که هزینه برق مصرفی را بر حسب زمان مصرف محاسبه می‌کنند، هزینه برق به مراتب پایین‌تر خواهد بود.

برای ساخت مخازن یخ در سیستم آیس استوریج، می‌توان از فولاد، بتن و حتی پلاستیک استفاده کرد. که بسته به نوع سرپوشیده و سرباز بودن این مخازن، می‌توان آن‌ها را بر روی سطح زمین، پشت‌بام و یا زیرزمین تعبیه کرد.

چگونگی ذخیره یخ در مخازن

  • استاتیک: در این روش تولید و ذخیره سازی در روی سطح اپراتور انجام می‌شود. این روش نسبت به نوع دیگر متداول‌تر است.
  • دینامیک: در این سیستم آب در اپراتور تبدیل به یخ شده و به مخزن جهت ذخیره سازی منتقل می‌شود.

نحوه به کارگیری مخازن یخ و عملکرد آن

انرژی که از یک کیلوگرم یخ به هنگام ذوب آزاد می‌شود، معادل با 333 کیلو ژول می‌باشد. با استفاده از این انرژی آزاد شده از واحدهای یخ در مخازن، می‌توان مقدار زیادی انرژی برای تامین دمای آسایش محیط، آزاد کرد. ذخیره یخ در مخازن ذخیره سازی به دو روش جزئی و کامل انجام می‌شود، که در ادامه هر کدام از روش‌ها را بررسی خواهیم کرد.

نحوه-عملکرد-سیستم-ذخیره-یخ

Partial storage system یا ذخیره سازی جزئی

در این نوع از ذخیره سازی با صرف حداقل سرمایه اولیه و هزینه انرژی، یخ را برای استفاده در ساعات محدودی از روز ذخیره می‌کنند. و با استفاده همزمان از توان چیلر و آزادسازی سرمای یخ، ساعات گرم روز را سپری می‌کنند. البته باید ذکر شود که با استفاده از سیستم ذخیره سازی یخ از شدت فشار وارده به چیلر کاسته و چیلر با توان کمتری کار می‌کند. در این روش از فناوری آیس استوریج بازگشت سرمایه اولیه 1 تا 3 سال برآورد شده است.

سیستم ذخیره سازی در مرحله شارژ و دشارژ

Full storage system یا ذخیره سازی کامل

این نوع از ذخیره سازی یخ سرمایه اولیه نسبتا بالایی نیاز دارد و چیلر و مخزن و سیستم ذخیره یخ بزرگتری به کار گرفته می‌شود. اما با این حال، با توجه به ارزان بودن سیستم ذخیره یخ، نسبت به تهویه‌های مطبوع رایج، هزینه کمتری دارد. در سیستم ذخیره سازی یخ به صورت کامل، چیلر در ساعات پیک بار کاملا خاموش است و سیستم ذخیره یخ به تنهایی بار خنک کنندگی ساختمان را به عهده می‌گیرد. بر اساس مطالعات انجام شده در این روش از سیستم ذخیره سازی یخ، بازگشت سرمایه اولیه را 3 تا 6 سال برآورد کرده‌اند.

استفاده از آیس بانک در کندانسور چیلر

در این نوع سیستم، کویل در درون یخ قرار می‌گیرد و مبرد به درون کویل منجمد پمپاژ می‌شود. این دستگاه‌ها بیشتر برای مناطق کویری و به طور کلی نواحی که دمای روز و شب در آن تفاوت بسیاری دارد، کاربردی‌تر است.

نحوه استفاده از آیس بانک در کندانسور چیلر

مزایای استفاده از سیستم ذخیره سازی یخ

کاهش هزینه‌های برق: با حذف رایانه‌ها و افزایش بهای حامل‌های انرژی و نصب کنتورهای هوشمند و چند تعرفه‌ای می توان با استفاده از انرژی الکتریکی شبانه و ارزان برای ساخت یخ در این مخازن و استفاده از آن‌ها در ساعات پربار و گران روز، در هزینه‌های برق مصرفی ماهانه صرفه‌جویی کرد.

کاهش هزینه سرویس و تعمیر چیلر: از فشار به چیلرها کم کرده و هزینه‌های ناشی از پرکاری، سرویس و تعمیر دستگاه خنک کننده به مراتب کمتر خواهد بود.

کاهش سرمایه اولیه: می‌توانیم با خرید دستگاه‌های سرمایشی کوچک‌تر و ارزان‌تر کیفیت مطلوبی از سیستم تهویه ساختمان داشته باشیم.

کاهش آلودگی‌های زیست محیطی و اثرات گلخانه‌ای: سیستم ذخیره سازی یخ به عنوان انرژی تجدید پذیر و انرژی پاک در بین دوستداران محیط زیست از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

سخن پایانی

کولرها و چیلرها در روزهای گرم سال تقریبا 6 ساعت از شبانه روز را با توان و شدت بیشتری انرژی مصرف می‌کنند، که باعث به وجود آمدن پیک مصرف در این ساعات می‌شوند. تامین بار اضافی برق نیروگاه‌ها در ساعات پرباری مصرف، معمولا با به کارگیری توربین‌های گازی برآورده می‌شود. به جهت تامین سوخت این توربین‌ها هزینه بسیار بالایی به نیروگاه‌ها تحمیل می‌شود. دولت می‌تواند با ارائه امتیازهای خاص و ویژه، مردم را به استفاده از سیستم ذخیره سازی یخ در تهویه مطبوع ساختمان‎‌ها تشویق کند. تا به عنوان نوعی تهویه پشتیبان، اصلاح کننده مولفه بار مازاد بر نیروگاه‌ها باشد.

همچنین کارخانجات و صاحبان صنایع می‌توانند با این سیستم سرمایشی علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، در صورت قطعی برق از بار سرمایشی مخازن یخ برای خنک سازی محیط و دستگاه‌های به کار گرفته شده بهره ببرند.

منابع :

https://mpkg.ir/%d8%b3%db%8c%d8%b3%d8%aa%d9%85-%d8%b0%d8%ae%db%8c%d8%b1%d9%87-%d8%b3%d8%a7%d8%b2%db%8c-%d8%b3%d8%b1%d9%85%d8%a7/, https://farasard.com/ice-storage/, https://farasard.com/ice-bank/, https://farasard.com/what-is-an-ice-bank/, http://mechanism.ir/building-insulations/hvac-sedign/139-hvac-ice-storage