В последние годы все большее количество предприятий молокоперерабатывающей промышленности переходят на использование «ледяной воды» для охлаждения молочной продукции. В связи с этим разгорается целая дискуссия о том, какой способ получения «ледяной воды» является лучшим. Спектр продукции достаточно широк: это и одноконтурные и двухконтурные охладители жидкости с закрытыми теплообменниками, охладители жидкости с пленочными испарителями и аккумуляторы холода. Потребителю нелегко сделать выбор в пользу того или иного оборудования. Производители и поставщики зачастую не заинтересованы в нахождении оптимального решения, и просто рекламируют свою продукцию, критикуя оборудование других поставщиков. В таких условиях сделать объективный выбор очень сложно. Положение осложняется тем, что обычно поставщики хорошо знают свое оборудование и мало знакомы с оборудованием других типов и критикуют конкурентов не потому, что у них плохое оборудование, а только для того, чтобы продать свое.
Виды оборудования
Наша компания выпускает весь спектр перечисленного выше оборудования, и мы хорошо понимаем, что у каждого типа оборудования есть свои достоинства и недостатки, своя область применения. То, что решает проблему в одном случае, в другом может быть совершенно непригодно. Опыт показывает, что чиллеры лучше использовать при относительно равномерных нагрузках, тогда как для пиковых нагрузок более подходят аккумуляторы холода. Поэтому выбор оборудования надо начинать с анализа графика потребления холода. Очевидно, что выбор оборудования зависит от соотношения пиковой нагрузки и среднего потребления холода. Например, если пиковая нагрузка в два-три раза превышает среднюю, то, как правило, преимущество имеет аккумулятор холода. При соотношении пик/средняя нагрузка равным 1,5 обычно более выгоден чиллер. Если соотношение пик/средняя нагрузка лежит в диапазоне 1,5 – 2, то могут применяться комбинированные системы аккумулятор холода + чиллер, где чиллер используется в качестве предохладителя.
0,1 0С — реальность?
Также большое значение при выборе схемы холодоснабжения имеет требуемая температура холодоносителя. Например, если теплообменники на предприятии рассчитаны на работу с водой имеющей температуру 2 0С, то вариантов оборудования может быть множество. При более жестких требованиях к температуре воды 0,8 -1,0 0С это могут быть аккумуляторы холода, двухконтурные чиллеры и чиллеры с пленочными испарителями. Если предприятие переходит с рассола на ледяную воду, то необходима вода с температурой 0,1 – 0,2 0С для уменьшения затрат на дополнительные пластины на теплообменники. Эту температуру, из вышеперечисленного оборудования, могут обеспечить только аккумуляторы холода, и то не любой конструкции.
Кроме того, на выбор оборудования могут оказать влияние такие факторы, как наличие площадей, возможность подвода электроэнергии и множество других факторов. Например, для аккумулятора холода требуются большие площади. Однако, если конструкция баков рассчитана на установку на улице, то сама агрегатная получится сравнительно небольшой. В случае чиллера, как правило, необходимы подводящие кабели большего сечения, более мощные силовые щиты и коммутирующие устройства, что может вылиться в существенные дополнительные расходы, иногда достигающие 20-30% стоимости оборудования.
Мифы о льдоаккумуляторах
Для того,чтобы сделать правильный выбор необходимо обладать объективной информацией об оборудовании, а не выдумками менеджеров, пытающихся продать продукцию своей фирмы. В этой статье мы собираемся дать подробную информацию об аккумуляторах холода, которые в отличие от охладителей жидкости плохо освещены в прессе. Кроме того, многие сведения, которые приводятся в прессе, просто не соответствуют действительности. Например, утверждают, что температура на выходе аккумулятора повышается до 4-6 0С в период пика, несмотря на то, что на испарителе еще остается слой льда. Также утверждают, что нельзя во время пика нагрузки включать холодильную установку, так как она будет мешать процессу таяния льда и, следовательно, мешать процессу охлаждения. Очень много спекуляций по поводу габаритов оборудования и площади, необходимой для его размещения. Также утверждается, что аккумуляторы холода могут выполняться только по затопленной схеме.
Принцип работы
Прежде чем комментировать эти высказывания приведем короткие сведения об аккумуляторах холода. Принцип действия аккумулятора заключается в том, чтобы накапливать холод в периоды низкой нагрузки и реализовывать накопленный холод при пиковой нагрузке. Накопление холода происходит за счет намораживания льда на испарителях специальной формы, погруженных в воду. Лед позволяет накапливать большое количество «холода» в небольших объемах за счет фазового перехода вода-лед. Энергетику этого процесса можно оценить следующим образом. Например, чтобы охладить 1 литр молока с температуры 20 0С до 4 0С необходимо растопить 0,18 кг льда или 5,55 кг молока можно охладить с температуры 20 0С до 4 0С, растопив 1 кг льда. Известно, что для охлаждения одного литра молока необходимо около трех литров ледяной воды, другими словами — растопив 1кг льда мы можем получить 16 литров ледяной воды. Таким образом, зная количество льда в аккумуляторе холода, мы может оценить количество продукта, которое данный аккумулятор может охладить без подзарядки.
Аккумулятор обслуживается агрегатом, холодопроизводительность которого должна быть несколько выше ( на 20-25%) средней нагрузки, иначе не будет накопления льда в течении суток. Если средняя нагрузка превышает половину пиковой, то аккумулятор в этом случае будет дороже чиллера, так как агрегат будет сравним с агрегатом чиллера и вместе с баками под накопление льда будет стоить дороже. Если средняя нагрузка ниже половины пиковой, то аккумулятор холода как правило выигрывает по стоимости, а по качеству ледяной воды он выигрывает у чиллера всегда, при условии правильного подбора оборудования.
Агрегат аккумулятора зависит от емкости аккумулятора по холоду. Он не должен быть слишком большим, так как в этом случае агрегат будет работать неэффективно, на низких температурах кипения. При слабом агрегате аккумулятор будет заряжаться очень долго. У каждого производителя аккумуляторов холода свое соотношение холодопроизводительности агрегата к емкости аккумулятора, так как оно очень сильно зависит от конструкции аккумулятора. Для оборудования, которое выпускает компания «Термосистемы» обычным является следующее соотношение: на обслуживание каждой тонны льда необходимо 10 кВт холодопроизводительности. В стандартном баке нашего производства размером 2,2м х 11,2м х 2,4м (h) намораживается 18-20 тонн льда и обслуживается такой бак установкой с холодопроизводительностью 180 – 200 кВт. Конструкция бака позволяет размещать его на улице и таким образом уменьшить потребность в площади необходимой для размещения оборудования.
Маленькие хитрости
Для компенсации пика нагрузки необходимо обеспечить условия для эффективного таяния льда. Для этого могут использоваться специальные перемешивающие устройства (активаторы). Недостатком этого способа является то, что перемешивание в этом случае является глобальным (по всему баку). Отепленная вода поступающая в бак сразу же смешивается с общим объемом воды, приводя к повышению его температуры. Для эффективности таяния льда и, следовательно, для охлаждения воды перемешивание делается очень интенсивным, что увеличивает эффект разноса теплой воды по всему баку. У этого типа аккумулятора действительно есть такой недостаток, во время пика температура воды может несколько подниматься, даже при наличии льда баке.
Наша компания использует другой принцип работы оборудования. Во-первых, для перемешивания мы используем барботаж. В этом случае, перемешивание является локальным, тепло не разносится по баку. Во-вторых, в баке сделана система «лабиринт» для уменьшения разноса теплой воды и увеличения пути, который ей необходимо проделать в баке от входа до выхода. В-третьих, мы разбиваем испаритель на отдельные секции, каждая из которых управляется отдельно, снабжена своим датчиком толщины льда и своей запорной арматурой. В испарителях мы используем принцип прямого расширения фреона, что собственно и позволяет разбить испаритель на секции в отличие от затопленной системы, где это является проблемой. В результате температура воды на выходе бака начинает подниматься, когда в баке остается не более10-15% льда. Секционирование испарителя и индивидуальное управление секциями позволяет сочетать преимущества аккумулятора холода с достоинствами чиллера. Дело в том, что секции на входе в бак в первую очередь теряют лед, что повышает температуру кипения фреона и установка фактически переходит в режим чиллера, то есть в самый эффективный режим — режим с высокой температурой кипения хладагента. В то время, как остальные секции (со льдом) доохлаждают воду до требуемых 0,1-0,2 0С. Работа агрегата во время пика только улучшает отдачу от оборудования. Кроме того, такая конструкция делает аккумулятор холода ремонтопригодным. В случае необходимости любая секция отсекается от системы и может быть извлечена из бака для ремонта без остановки оборудования. Такая система практически не «чувствует» пиковых нагрузок, если пик не превышают величины в 6-7 раз от средней нагрузки (для бака с установкой 200 кВт пик может быть в 1,2-1,4 мВт), она может работать с высокими температурами возвратной воды (до 18-20 0С). Другими словами, аккумулятор холода может быть прекрасным решением при условии правильного подбора и эксплуатации.
Таким образом, становится понятно, что вышеперечисленные утверждения действительно являются мифами и ничего общего с действительностью не имеют.
Главный инженер-конструктор ГК Термосистемы Семенчук Сергей Михайлович
