Охлаждение с использованием глубоководного источника ( DWSC ) или глубоководное воздушное охлаждение — это форма воздушного охлаждения для технологического и комфортного охлаждения помещений, в которой в качестве теплоотвода используется большой объем естественно холодной воды . Он использует воду температурой от 4 до 10 градусов Цельсия, взятую из глубоких мест озер, океанов, водоносных горизонтов или рек, которая прокачивается через одну сторону теплообменника . На другой стороне теплообменника производится охлажденная вода. [1]
Вода наиболее плотна при температуре 3,98 ° C (39,16 ° F) при стандартном атмосферном давлении. Таким образом, когда вода остывает ниже 3,98 °C, ее плотность увеличивается и она оседает ниже. Когда температура поднимается выше 3,98 °C, плотность воды также уменьшается и вызывает подъем воды, поэтому летом на поверхности озер теплее. Сочетание этих двух эффектов означает, что температура дна большинства глубоких водоемов, расположенных далеко от экваториальных областей, составляет 3,98 °C.
Кондиционеры – это тепловые насосы . Летом, когда температура наружного воздуха выше, чем температура внутри здания, кондиционеры используют электричество для передачи тепла из более прохладной внутренней части здания в более теплую внешнюю среду. Этот процесс использует электрическую энергию.
В отличие от бытовых кондиционеров, большинство современных коммерческих систем кондиционирования воздуха не передают тепло непосредственно в наружный воздух. Термодинамическую эффективность всей системы можно повысить за счет использования испарительного охлаждения , при котором температура охлаждающей воды снижается до температуры по влажному термометру за счет испарения в градирне . Эта охлажденная вода затем действует как радиатор для теплового насоса.
Для охлаждения воды глубокого озера используется холодная вода, перекачиваемая со дна озера, в качестве радиатора для систем климат-контроля . Поскольку эффективность теплового насоса повышается по мере того, как радиатор становится холоднее, охлаждение водой из глубоких озер может снизить потребность в электроэнергии больших систем охлаждения там, где оно доступно. По своей концепции он похож на современные геотермальные поглотители, но, как правило, его проще построить при наличии подходящего источника воды.
Охлаждение воды глубокого озера обеспечивает более высокую термодинамическую эффективность за счет использования холодной воды глубокого озера, которая холоднее температуры окружающей среды по влажному термометру . Более высокий КПД приводит к меньшему расходу электроэнергии. Во многих зданиях вода в озере достаточно холодная, поэтому холодильная часть систем кондиционирования воздуха может быть отключена при определенных условиях окружающей среды, а тепло внутри здания может передаваться непосредственно к радиатору воды в озере. Это называется «свободным охлаждением», но на самом деле оно не является бесплатным, поскольку насосы и вентиляторы обеспечивают циркуляцию воды в озере и воздуха в здании.
Еще одним преимуществом охлаждения воды в глубоких озерах является то, что оно экономит энергию в периоды пиковой нагрузки, например, в летние полдень, когда значительная часть общей нагрузки на электросеть приходится на кондиционирование воздуха.
Охлаждение с помощью глубоководного источника очень энергоэффективно, требуя всего 1/10 от средней энергии, необходимой обычным системам охлаждения. [1] Следовательно, можно ожидать, что его эксплуатационные расходы будут намного ниже.
Источник энергии очень локальный и полностью возобновляемый, при условии, что вода и тепло, выбрасываемые в окружающую среду (часто в то же озеро или близлежащую реку), не нарушают природные циклы. Он не использует хладагенты , разрушающие озоновый слой .
В зависимости от потребности здания в охлаждении и местной погоды, охлаждение из источника глубокой воды часто может полностью удовлетворить потребность здания в охлаждении, устраняя зависимость здания от механического охлаждения, обеспечиваемого через охладитель . Это не только снижает потребность здания в электроэнергии (или потребность в паре для применений, использующих абсорбционное охлаждение ), но также снижает зависимость от испарительных градирен , которые часто могут содержать смертельную бактерию Legionella pneumophila . Тем не менее, операторы зданий должны соблюдать и практиковать правильные процедуры дезинфекции перед повторным запуском любых градирен, которые оставались бездействующими в прохладные дни, когда охлаждение из источника глубокой воды могло удовлетворить потребность здания в охлаждении.
В зависимости от потребностей и температуры воды можно рассмотреть возможность совместного нагрева и охлаждения. Например, тепло можно сначала извлечь из воды (сделав ее холоднее); и, во-вторых, та же самая вода может поступать в холодильную установку и использоваться для еще более эффективного производства холода.
Эти системы редко существенно меняют температуру озера. В Европе отопление и охлаждение с помощью озер может сэкономить 0,8 ТВтч в год и наиболее перспективно в Италии, Германии, Турции и Швейцарии. [2]
Для охлаждения источника глубокой воды требуется большое и глубокое количество воды в окружающей среде. Чтобы получить воду температурой от 3 до 6 ° C (от 37 до 43 ° F), обычно требуется глубина от 50 м (160 футов) до 70 м (230 футов), в зависимости от местных условий.
Установка системы является дорогостоящей и трудоемкой. Система также требует большого количества исходного материала для ее построения и размещения.
Хотя охлаждение из источника глубокой воды в некоторых источниках называется «свободным охлаждением», значительное количество энергии (обычно электрической) расходуется на работу насосов с достаточным напором для преодоления трения и незначительных потерь в распределительных трубопроводах и любых теплообменниках. .
Одно исследование показало, что озера в Европе могут экономически удовлетворить лишь около 17% потребности в охлаждении и 7% совокупной потребности в отоплении и охлаждении в близлежащих районах. [2]
Система охлаждения источника озера Корнеллского университета использует озеро Каюга в качестве радиатора для работы центральной системы охлажденной воды в кампусе, а также для обеспечения охлаждения школьного округа города Итака . [3] Система работает с лета 2000 года и была построена за 55–60 миллионов долларов. Он охлаждает нагрузку мощностью 14 500 тонн (51 мегаватт ). Водозаборная труба системы имеет длину 3200 м (10 498 футов) и диаметр трубы 1600 мм (63 дюйма), установленную на глубине 229 м (750 футов), что обеспечивает доступ к воде с температурой 3–5 C ( 37-41 F). Вода возвращается в озеро через водосточную трубу диаметром 1200 мм (47 дюймов) и длиной 780 м (2560 футов). Для проекта была выбрана труба Sclairpipe, изготовленная из полипропилена высокой плотности (HDPE). Предполагаемая экономия составляет 80% сокращение потребления ископаемого топлива, которое ранее требовалось для работы обычной электрической системы охлаждения.
С августа 2004 года система охлаждения воды глубокого озера эксплуатируется Enwave Energy Corporation в Торонто , Онтарио . [4] Он забирает воду из озера Онтарио по трубам, простирающимся на 5 километров (3,1 мили) в озеро и достигая глубины 83 метра (272 фута), где вода поддерживается на постоянном уровне 4 ° C, а ее температура защищена слой воды над ним, называемый термоклином. Система охлаждения воды глубокого озера является частью комплексной системы централизованного охлаждения , охватывающей финансовый район Торонто, и имеет охлаждающую мощность 59 000 тонн (207 МВт). В настоящее время система имеет достаточную мощность для охлаждения 40 000 000 квадратных футов (3 700 000 м 2 ) офисных помещений. [5]
Установленная линия водозабора охлаждающей воды глубокого озера имела диаметр 1600 мм (63 дюйма), длину 15 000 м (49 213 футов) и была установлена на глубине 85 м (278 футов), обеспечивая доступ к воде с температурой 3–5 C (37 -41 F. Выбрана труба Sclairpipe, изготовленная из полиэтилена высокой плотности (HDPE).
Вода, добываемая из глубин озера Онтарио, не циркулирует напрямую через конечные кондиционеры внутри зданий. Вместо этого вода из озера циркулирует через набор теплообменников с замкнутым контуром , чтобы обеспечить чистую передачу тепловой энергии от теплоносителя, возвращающегося из зданий в воду озера. Охлажденная вода внутри зданий является частью замкнутой системы централизованного охлаждения, перекачиваемой из централизованного места, где установлены теплообменники, обратно в здания, где она может поглощать тепло от фанкойлов, установленных для обеспечения скрытого и разумного пространства. охлаждение.
Холодная вода, забираемая из глубоких слоев озера Онтарио в системе Enwave, не возвращается непосредственно в озеро после прохождения через систему теплообмена. Вместо этого вода перекачивается на городскую станцию фильтрации воды для очистки и распределения среди жилых и коммерческих пользователей.
Эта версия также известна как охлаждение океанской водой. В отеле InterContinental Resort and Thalasso-Spa на острове Бора-Бора для кондиционирования зданий используется система кондиционирования морской воды (SWAC). Система достигает этого, пропуская холодную морскую воду через теплообменник, где она охлаждает пресную воду в системе с замкнутым контуром. Эта прохладная пресная вода затем перекачивается в здания и используется непосредственно для охлаждения — без преобразования в электроэнергию. Подобные системы также установлены в отеле Excelsior [6] и главном здании Гонконгской и Шанхайской банковской корпорации в Гонконге , а также в Лаборатории естественной энергии Управления Гавайских островов . [7]
Системы кондиционирования воздуха с соленой водой использовались на Круговой набережной Сиднея и в известных зданиях в гавани с момента появления коммерческих систем кондиционирования воздуха в 1960-х годах. К ним относятся здание AMP «Палм-Коув», внесенное в список наследия (построенное в 1962 году) и Сиднейский оперный театр . [8] [9]
InterContinental Resort на сегодняшний день является крупнейшей системой кондиционирования воздуха с морской водой, хотя планируется построить несколько других, более крупных систем . [10] Кондиционирование воздуха с морской водой в Гонолулу представляло собой проект, направленный на использование кондиционирования воздуха с морской водой для обеспечения возобновляемого охлаждения коммерческих и жилых объектов в центре Гонолулу. [11] 19 декабря 2020 года компания Honolulu Seawater Air Conditioning объявила о прекращении разработки и прекратит свою деятельность к концу января 2021 года. [12] Контрольный пакет акций Honolulu Seawater Air Conditioning принадлежит компании Ulupono Initiative , основателю eBay Пьеру Омидьяру . [13]
{{cite conference}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )