Kylning av djupt vatten - Deep water source cooling

Djupvattenkylning ( DWSC ) eller djupvattenluftkylning är en form av luftkylning för process- och komfortkylning som använder en stor mängd naturligt kallt vatten som kylfläns . Den använder vatten vid 4 till 10 grader Celsius från djupa områden i sjöar, hav, akviferer eller floder, som pumpas genom ena sidan av en värmeväxlare . På andra sidan av värmeväxlaren produceras kylt vatten.

Grundläggande koncept

Vattnet är tätast vid 3,98 ° C (39,16 ° F) vid normalt atmosfärstryck. När vatten svalnar under 3,98 ° C minskar det således i densitet och stiger. När temperaturen stiger över 3,98 ° C minskar vattentätheten också och får vattnet att stiga, varför sjöarna är varmare på ytan under sommaren. Kombinationen av dessa två effekter innebär att botten av de djupaste vattenkropparna ligger långt borta från ekvatorregionerna är konstant 3,98 ° C.

Luftkonditioneringsapparater är värmepumpar . Under sommaren, när utetemperaturerna är högre än temperaturen inne i en byggnad, använder luftkonditioneringsapparater el för att överföra värme från den svalare interiören till byggnaden till den varmare yttre omgivningen. Denna process använder elektrisk energi.

Till skillnad från luftkonditionerade bostäder överför de flesta moderna kommersiella luftkonditioneringssystem inte värme direkt till utomhusluften. Den totala systemets termodynamiska effektivitet kan förbättras genom att använda avdunstningskylning , där kylvattentemperaturen sänks nära våtlampans temperatur genom avdunstning i ett kyltorn . Detta kylda vatten fungerar sedan som kylfläns för värmepumpen.

Djup sjövattenkylning använder kallt vatten som pumpas från botten av en sjö som kylfläns för klimatkontrollsystem . Eftersom värmepumpens effektivitet förbättras när kylflänsen blir kallare, kan djup sjövattenkylning minska de elektriska kraven för stora kylsystem där det finns. Det liknar konceptet moderna geotermiska sänkor, men i allmänhet enklare att konstruera med tanke på en lämplig vattenkälla.

Djup sjövattenkylning möjliggör högre termodynamisk effektivitet genom att använda kallt djupt sjövatten, som är kallare än den omgivande våta glödlampans temperatur . Ju högre verkningsgrad leder till mindre förbrukad el. För många byggnader är sjövattnet tillräckligt kallt för att kyldelen i luftkonditioneringssystemen kan stängas av under vissa miljöförhållanden och byggnadens inre värme kan överföras direkt till sjövattnet. Detta kallas "fri kylning", men är faktiskt inte gratis, eftersom pumpar och fläktar springer för att cirkulera sjövattnet och byggnadsluften.

En extra attraktion med djup sjövattenkylning är att det sparar energi under toppbelastningstider, som sommarmiddagar, när en betydande mängd av den totala elnätbelastningen är luftkonditionering.

Fördelar

Djupvattenkällkylning är mycket energieffektiv och kräver endast 1/10 av den genomsnittliga energi som krävs av konventionella kylsystem. Följaktligen kan dess driftskostnader också förväntas bli mycket lägre.

Energikällan är mycket lokal och helt förnybar, förutsatt att vattnet och värmen som avvisas i miljön (ofta samma sjö eller en närliggande flod) inte stör de naturliga cyklerna. Den använder inte något ozonnedbrytande köldmedium .

Beroende på byggnadens kylbehov och lokala väder kan kylning av djupa vattenkällor ofta tillgodose en fullständig del av byggnadens kylbehov, vilket eliminerar en byggnads beroende av mekanisk kylning som tillhandahålls genom en kylaggregat . Detta minskar inte bara byggnadens elektriska efterfrågan (eller ångbehov för applikationer som använder absorptionskylning ), utan begränsar också beroendet av förångande kyltorn som ofta kan hamna den dödliga bakterien Legionella pneumophila . Byggnadsoperatörer måste dock följa och utföra korrekta desinfektionsförfaranden innan de startar om några kyltorn som förblev vilande under svalare dagar då djupvattenkällkylning kunde möta byggnadens kylbehov.

Beroende på behoven och på vattentemperaturen kan paruppvärmning och kylning övervägas. Till exempel kan värme först extraheras från vattnet (vilket gör det kallare); och för det andra samma vatten kan cykla till en kylenhet för att användas för ännu mer effektiv kallproduktion.

Nackdelar

Kylning av djupt vatten kräver en stor och djup vattenmängd i omgivningen. För att få vatten inom området 3 till 6 ° C (37 till 43 ° F) krävs i allmänhet ett djup på 50 m (160 fot) till 70 m (230 fot), beroende på lokala förhållanden.

Systemet är dyrt och arbetskrävande. Systemet kräver också en stor mängd källmaterial för dess konstruktion och placering.

Även om djupvattenkällkylning i vissa litteraturer kallas "fri kylning" används en avsevärd mängd energi (vanligtvis elektrisk) för att driva pumpar med tillräckligt huvud för att övervinna friktion och mindre förluster i distributionsrör och eventuella värmeväxlare .

Första stora systemet i USA

Cornell Universitys Lake Source Cooling System använder Cayuga Lake som kylfläns för att driva det centrala kylvattensystemet för sitt campus och för att även ge kylning till Ithaca City School District . Systemet har fungerat sedan sommaren 2000 och byggdes till en kostnad av 55–60 miljoner dollar. Det kyler en last på 14 500 ton (51 megawatt ). Systemets inloppsrör är 3200 m (10.498 ft) långt och har en rördiameter på 1600 mm (63 "), installerat på ett djup av 229 m (750 ft), vilket möjliggör tillgång till vattentemperaturer mellan 3-5 C ( 37-41 F). Vattnet återförs till sjön genom ett 1200 mm (47 ") utloppsrör, 780 m (2,560 ft) långt. Röret som valts ut för projektet var Sclairpipe, tillverkat av högdensitetspropropylen (HDPE). Beräknade besparingar är en minskning på 80% av fossila bränslen som tidigare krävdes för att driva ett konventionellt elektriskt kylsystem.

Första systemet i Kanada

Sedan augusti 2004 har ett djupt sjövattenkylsystem drivits av Enwave Energy Corporation i Toronto , Ontario . Det drar vatten från Lake Ontario genom rör som sträcker sig 5 kilometer in i sjön och når ett djup av 83 meter där vattnet hålls vid konstant 4 ° C och dess temperatur skyddas av ett vattenlager. ovanför den, kallad termoklin. Den djupa sjön vattenkylningssystem är en del av en integrerad fjärrkylasystem som täcker Torontos finansdistrikt och har en kylande ström av 59.000 ton (207 MW). Systemet har för närvarande tillräckligt med kapacitet för att kyla 3 700 000 m 2 kontor.

Den installerade djupa sjöns kylvattenintagslinje var 1600 mm (63 ") i diameter, 15 000 m (49 213 fot) lång och installerad på ett djup av 85 m (278 fot) vilket möjliggjorde tillgång till vattentemperaturer mellan 3-5 C (37 Det valda röret var Sclairpipe, tillverkat av högdensitetspolyetenharts (HDPE).

Vatten som dras från djupet av Lake Ontario cirkuleras inte direkt genom fläktspolenheter installerade i kommersiella eller bostadshus. Istället cirkuleras vatten från sjön genom en uppsättning värmeväxlare med sluten slinga för att möjliggöra en nettoöverföring av termisk energi från vatten-glykolblandningen som återvänder från byggnader till sjövattnet. Vatten-glykolblandningen är en del av ett fjärrkylsystem med sluten slinga, pumpat från en central plats där värmeväxlarna är installerade, tillbaka till byggnaderna där den kan absorbera värme från fläktkolvsenheter installerade för att ge latent och förnuftigt utrymme kyl.

Det kalla vattnet som dras från Lake Ontario's djupa lager i Enwave-systemet återförs inte direkt till sjön när det har körts genom värmeväxlingssystemet. Istället pumpas vatten till stadens vattenfiltreringsanläggning för behandling och distribution till bostads- och kommersiella användare.

Havsvatten luftkonditionering

Havsvattenrör av Excelsior hotellsystem i Hong Kong.

Denna version är också känd som havsvattenkylning. Den InterContinental Resort och Thalasso-Spa på ön Bora Bora använder en havsvatten luftkonditionering (SWAC) system för att luft villkor dess byggnader. Systemet åstadkommer detta genom att leda kallt havsvatten genom en värmeväxlare där det kyler sötvatten i ett slutet system. Detta svala sötvatten pumpas sedan till byggnader och används för direkt kylning - ingen omvandling till el sker. Liknande system finns också på The Excelsior- hotell och Hong Kong och Shanghai Banking Corporation huvudbyggnad i Hong Kong och vid Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority .

Saltvatten luftkonditioneringssystem har använts i Sydneys Circular Quay och framstående byggnader i hamnen sedan uppkomsten av kommersiella luftkonditioneringssystem på 1960-talet. Dessa inkluderar den arvslista AMP 'Palm Cove' Building (byggd 1962) och Sydney Opera House .

The InterContinental Resort är den största havsvatten luftkonditioneringssystemet hittills, men det finns flera andra, att större system planeras. Honolulu Seawater Air Conditioning var ett projekt avsett att använda havsvatten luftkonditionering för att leverera förnybar kylning till kommersiella och bostadsfastigheter i centrala Honolulu-området. Den 19 december 2020 meddelade Honolulu Havsvatten luftkonditionering det slutar dess utveckling och skulle sluta verksamheten i slutet av januari 2021. Honolulu Havsvatten Luftkonditionering är majoritetsägt av eBay grundare Pierre Omidyar s Ulupono Initiative .

Se även

Anteckningar

Referenser

  • Sudick, Jennifer (15 januari 2008). "Ny anläggning för havsvattenkylning" . Honolulu Star-Bulletin . 13 (15). Arkiverad från originalet 2008-11-20 . Hämtad 2008-04-26 .
  • Godvin, Tara (7 april 2005). "Använda kallt havsvatten för luftkonditionering". Long Beach Press-Telegram . Associated Press - via NewsBank.

externa länkar