Повысить температуру в камере и сэкономить деньги – очевидно или невероятно?

23 июня 2022

kriofrost.academy

Общие сведения

Принцип работы: более высокая температура в холодильной камере устанавливается в течение дня для повышения эффективности системы и снижения пиковой нагрузки на электрическую сеть.
Преимущества: экономит затраты на электроэнергию и снижает пиковую электрическую нагрузку.
Экономия: ожидаемая экономия электроэнергии на предприятии может составлять до 5%.
Простота реализации: включает в себя перепрограммирование системы управления холодильной камерой и применение материалов с фазовым переходом, если это необходимо.

Общие положения

Холодильные камеры обычно работают с фиксированной заданной температурой в течение суток. Это приводит к тому, что нагрузка на холодильную систему увеличивается в пиковые периоды (днем) для поддержания температуры и работе под неполной нагрузкой во внепиковые периоды (ночью).

Для продуктов, которые требуют холодильного хранения и могут выдерживать незначительные колебания температуры хранения, таких как мясные продукты и замороженные овощи, переменная температура в холодильной камере может использоваться для регулирования внепиковой эффективности и снижения внепиковых затрат на электроэнергию, а также может минимизировать расходы для превышения одномоментной мощности.

Холодильная нагрузка на систему может быть снижена на протяжении дня, если слегка намеренно повысить температуру в камерах. Позже, ночью, система повторно выйдет на требуемую температуру хранения и здесь совпадут два фактора позволяющие сократить трату денег:

Ночной тариф на электроэнергию значительно дешевле дневного;
Теплоприток через ограждающие конструкции меньше, т.к. температура окружающего воздуха ниже дневной, плюс условия работы холодильной системы более комфортные.

Например, холодильная камера, обычно работающая при температуре минус 20 C, может эксплуатироваться при уменьшенной температуре до минус 22 °C ночью и работать при температуре минус 18 ^оC в течение дня.

Принцип контроля температуры камеры включает в себя снижение температуры во внепиковые периоды и повышение ее в течение дня. Это позволяет снизить нагрузку на систему за счет более высокого давления кипения в нерабочее время, что позволяет снизить общее потребление энергии и затраты, а также и избежать пикового спроса.

Преимущества для предприятия:

возможная дневная экономия энергии за счет более высоких температур в холодильных камерах;
возможное общее снижение затрат на электроэнергию;
возможное снижение издержек на пиковый спрос за счет осознанного перемещения тепловой нагрузки.

Преимущества будут варьироваться в зависимости от конкретного объекта и изменений температуры, которые можно допускать для конкретного продукта в охлаждаемом помещении. Потребление энергии может незначительно увеличиться из-за необходимости компенсировать теплопритоки в ночное время, но затраты энергии и пиковые затраты спроса могут снизиться, поэтому моделирование должно проводиться на основе конкретных условий эксплуатации.

Ожидаемое энергосбережение

Достижимая годовая экономия зависит от:

интенсивности температурных колебаний, допускаемых продуктами;
того, на сколько существенно может быть изменено давление всасывания;
стоимости пиковых и внепиковых затрат энергии и пиковых затрат спроса;
того, завязаны ли камеры хранения с другими производственными нагрузками. Если система работает с другими нагрузками при более низких температурах, например с туннельной морозильной камерой, то ни о какой выгоде не может быть и речи, так как производственная технология будет нарушена, пока всасывание в холодильные камеры и туннель не будет разделено.

Внедрение технологии

Этот проект включает в себя программирование подходящей логики управления, чтобы позволить холодильной системе переключаться между пиковыми и внепиковыми периодами.

Предполагаемая финансовая прибыль

Эффект проекта в основном достигается за счет реализации алгоритмов управления. Ориентировочная стоимость первоначального определения алгоритма управления обычно составляет от 5000 до 10 000 долларов США в зависимости от размера установки и при условии, что современный программируемый логический контроллер (ПЛК) уже работает на объекте. Затраты на оптимизацию будут дополнительными в зависимости от требуемого уровня оптимизации.

Справка: вещества с высокой срытой теплотой фазового перехода (Phase change materials PCM)

Некоторые товары не допускают большого изменения температуры хранения, поэтому времени, до того как температура в камере начнет подниматься, недостаточно чтоб ощутить весомое энергосбережение. Современным решением этой проблемы является применение материалов с фазовым переходом (PCM), которые могут поглощать или выделять значительное количество теплоты при незначительном изменении их температуры. PCM выделяют большое количество тепловой энергии при замерзании в виде скрытой теплоты и поглощают равное количество энергии из непосредственного окружения при плавлении. Это позволяет «заряжать» такое вещество во внепиковый период и использовать его в более поздний пиковый период, не вызывая больших колебаний температуры в камере. Самый простой и эффективный материал PCM это вода / лед, но т.к. его температура замерзания 0°C, это исключает его из большинства применений для хранения энергии. Было разработано и внедрено на рынок несколько других PCM – они могут замерзать и таять, как вода / лед, но при температурах от криогенного диапазона до нескольких сотен градусов Цельсия. Для различных применений необходимо учитывать различные типы и части решений PCM. На рис. 1 А-С, показаны некоторые типичные продукты PCM, представленные на рынке. Растворы PCM инкапсулируются в герметичные контейнеры обычно прямоугольной или трубчатой формы. Контейнеры могут быть установлены как часть холодильной камеры, например, подвешены в потолочному пространству (см. рис.1С) или же их можно разместить на поддонах и хранить вместе с продуктом на полках. Они также могут быть заправлены в резервуары и охлаждать промежуточный хладоноситель в системе, например гликоля или воды, в такой схеме резервуар действует как теплообменник. На рис. 2 показана типовая схема такого решения.