¿Gestión dinámica del sistema de almacenamiento térmico de lechada de hielo?
La suspensión de hielo dinámica se ha utilizado en sistemas de aire acondicionado de almacenamiento en frío y procesos de procesamiento industrial debido a sus buenas propiedades termofísicas y de transferencia de calor. Este artículo presenta varios métodos y dispositivos para generar lechada de hielo, analiza el proceso de funcionamiento del sistema de aire acondicionado de almacenamiento térmico de lechada de hielo dinámico y explica las características dinámicas y las aplicaciones potenciales de la lechada de hielo.
1 Introducción
La suspensión de hielo se compone de pequeños cristales de hielo y una solución, y la solución generalmente está compuesta de agua y un regulador del punto de congelación (como etilenglicol, etanol o cloruro de sodio). etc.) constituyen. Debido a que el calor latente de fusión de los cristales de hielo es grande, la suspensión de hielo tiene una alta densidad de almacenamiento en frío; al mismo tiempo, debido a que los cristales de hielo tienen una gran área de transferencia de calor, tiene una velocidad de enfriamiento más rápida y mejores características de regulación de la temperatura. Es diferente de los sistemas tradicionales de almacenamiento en frío de tipo serpentín (derretimiento interno de hielo, derretimiento externo de hielo) y empaquetados (bola de hielo, placa de hielo), donde el hielo se condensa en la pared del intercambiador de calor, aumentando la resistencia a la transferencia de calor de la capa de hielo. haciendo que su eficiencia de transferencia de calor sea baja.
Los sistemas de almacenamiento térmico de lechada de hielo se utilizan ahora en sistemas de aire acondicionado para almacenar frío durante las horas bajas del valle durante la noche y proporcionar enfriamiento durante las horas pico durante el día. La capacidad de los sistemas de aire acondicionado de almacenamiento térmico de lechada de hielo es generalmente. sólo del 20 % al 50 % de la carga máxima de refrigeración, lo que hace que todo el sistema sea pequeño y compacto. Debido a que el sistema de aire acondicionado de almacenamiento en frío con lechada de hielo tiene características de suministro de aire a baja temperatura, el tamaño de los conductos de aire y las tuberías de agua de todo el sistema de aire acondicionado se reduce, el consumo de energía del transporte de frío también se reduce considerablemente y los costos operativos. se reducen.
2 Dispositivo generador de lechada de hielo
Los métodos comúnmente utilizados para generar lechada de hielo son los siguientes: método de sobreenfriamiento, método de raspado, método de pulverización y método de vacío, etc.
2.1 Método de sobreenfriamiento
Método de sobreenfriamiento sistema de generación de lechada de hielo. En el intercambiador de calor de subenfriamiento, el agua se subenfría a -2°C. Cuando sale del subenfriador, aproximadamente el 2,5% del agua subenfriada se convierte en cristales de hielo y la mayor parte del resto todavía está en la fase líquida. caen en el tanque de almacenamiento en frío, debido a la diferencia de densidad entre el hielo y el agua en el tanque de almacenamiento en frío, los cristales de hielo se acumulan en la parte superior del tanque de almacenamiento en frío, mientras que el agua se almacena en la parte inferior del tanque de almacenamiento en frío. y la temperatura del agua permanece alrededor de 0°C. En las horas bajas de la noche, el sistema de almacenamiento en frío produce cristales de hielo, lo que hace que la concentración de cristales de hielo en el tanque de almacenamiento en frío alcance el 20% -30% en las horas pico durante el día, el agua fría en el fondo del tanque de almacenamiento en frío; se envía al intercambiador de calor final del aire acondicionado para proporcionar refrigeración a la habitación.
2.2 Método de raspado
El sistema de generación de lodo de hielo con método de raspado consta de un compresor, un condensador, un dispositivo de estrangulación y un evaporador de carcasa y tubos. El refrigerante se evapora y absorbe. En el lado de la carcasa, la solución de etilenglicol (6%-10%) se enfría en el tubo. Cuando la temperatura desciende por debajo de su punto de congelación, se producen pequeños cristales de hielo (de aproximadamente 100 μm). Para evitar que los cristales de hielo se adhieran a la pared interior del tubo, un raspador giratorio raspa los cristales de hielo adheridos a la pared interior y los envía fuera del evaporador al tanque de almacenamiento en frío junto con la concentración de la solución. La lechada de hielo se puede ajustar según sus condiciones de funcionamiento, generalmente entre 0% y 35%.
2.3 Método de inyección
Sistema de generación de lodo de hielo mediante método de inyección, que utiliza el intercambio de calor entre dos fluidos mutuamente inmiscibles para generar cristales de hielo, que son insolubles en agua por el sistema de refrigeración. el fluido más pesado que el agua se enfría por debajo del punto de congelación del agua, y luego la bomba envía el fluido al eyector para generar alta presión y succiona agua de la parte superior del tanque de solución debido a la suficiente perturbación y efecto de enfriamiento generado. en el eyector, ordinario El agua produce cristales de hielo. Una vez que la mezcla de lodo de hielo llega al tanque de solución, los cristales de hielo más ligeros flotan en las partes media y superior, mientras que el fluido de transferencia de calor más pesado se deposita en el fondo y se utiliza para la recirculación del sistema.
2.4 Método de vacío
La temperatura de saturación del agua cambia con la presión. El agua alcanza su punto triple cuando la presión es de 0,0061 bar y la temperatura es de 0,01 °C. Si se rocía agua en la cámara de vacío y el vapor de agua generado en la superficie de la gota de agua se extrae continuamente, el vapor de agua extraído absorbe el calor de la gota, lo que hace que la temperatura de la gota baje hasta convertirse en partículas de hielo. El vapor de agua es bombeado mediante el dispositivo de compresión mecánica y el vapor de agua comprimido se condensa en agua mediante el condensador.
El sistema de suministro de agua se compone de un tanque de agua, una bomba de agua y una boquilla. La bomba de agua presuriza el agua a 0,7 MPa y luego la suministra a la boquilla. La cámara de vacío es en realidad un evaporador. con un espacio hueco dispuesto en el espacio superior de la cámara de vacío. El sistema de compresión consta de una boquilla en forma de cono y un compresor de dos etapas. El condensador de agua utiliza un intercambiador de calor de carcasa y tubos, se utiliza agua del grifo como refrigeración. agua y se utiliza una bomba de vacío para extraer el gas no condensable del sistema.
3 Sistema dinámico de aire acondicionado con almacenamiento de lechada de hielo
Este sistema utiliza dos circuitos de circulación de calefacción y refrigeración. Cada circuito está compuesto por un condensador, un evaporador y una válvula reguladora. El evaporador del circuito de refrigeración y el condensador del circuito de calefacción están instalados en la caja de tratamiento de aire para ajustar la temperatura y la humedad del aire suministrado a la habitación.
La suspensión de hielo producida por el generador de suspensión de hielo se almacena en un tanque de almacenamiento en frío y luego se transporta mediante una bomba al condensador del circuito de refrigeración. El vapor de refrigerante del evaporador se condensa en un líquido en el. condensador, y utiliza la gravedad para fluir de regreso al evaporador, donde la evaporación enfría el aire que pasa a través de la caja de manejo de aire.
En el circuito de calefacción, el calor generado por el generador de lodo de hielo se suministra al evaporador en el circuito de calefacción. El líquido refrigerante del condensador en la caja de tratamiento de aire fluye hacia el evaporador bajo la acción de la gravedad. El calor generado por el generador de lodo de hielo se vaporiza y se absorbe en el dispositivo a una temperatura de evaporación más alta. El vapor de refrigerante vaporizado luego ingresa al condensador en la caja de manejo de aire y libera calor para calentar el aire entrante.
En el modo de operación de almacenamiento en frío, el condensador enfriado por aire en el ciclo de refrigeración funciona. La solución binaria se bombea desde el tanque de almacenamiento en frío al generador de cristales de hielo, y los cristales de hielo generados luego se transportan a él. el fondo del tanque de almacenamiento en frío. Los cristales de hielo se acumulan en la parte superior del tanque. Durante la operación de enfriamiento, la solución binaria de suspensión de hielo se envía al intercambiador de calor intermedio para transferir la energía de enfriamiento al agua refrigerante desde la unidad terminal; la solución de temperatura más alta que regresa del intercambiador de calor intermedio se rocía en la parte superior del tanque. Sobre cristales de hielo
Después de que los cristales de hielo se derriten, la temperatura de la solución vuelve a bajar. En el modo de operación de recuperación de calor, el condensador enfriado por aire no funciona y el condensador enfriado por agua comienza a funcionar. El calor liberado por el condensador enfriado por agua se transfiere a la unidad terminal. Es adecuado para edificios multifuncionales. requieren tanto refrigeración como calefacción. En el modo de operación de calefacción, el flujo de refrigerante se invierte y el condensador enfriado por aire original ahora se usa como evaporador. El ciclo de refrigeración proporciona calor al condensador enfriado por agua, y luego el condensador enfriado por agua transfiere el calor al. unidad terminal.
4 Características dinámicas de la suspensión de hielo
En un sistema de aire acondicionado convencional, la capacidad de enfriamiento generada por la temperatura del agua de suministro/retorno de 6 ℃/12 ℃ es de aproximadamente 25 kJ/kg. Esto se debe principalmente a que la capacidad calorífica sensible del agua es pequeña y el uso de lechada de hielo como refrigerante puede reducir el volumen de circulación requerido.
La capacidad de enfriamiento de la suspensión de hielo cambia con la concentración de cristales de hielo. Por ejemplo, cuando la concentración de cristales de hielo es del 20 % y la temperatura del agua de suministro/retorno de los cristales de hielo es de 0 ℃/13 ℃, la capacidad de enfriamiento Si la relación es 4,8, la capacidad de enfriamiento proporcionada es 120 kJ/kg.
La caída de presión de la suspensión de hielo está relacionada con su coeficiente de fricción, la velocidad del flujo de los cristales de hielo y la concentración de los cristales de hielo. Durante el flujo de baja velocidad, la solución de lechada de hielo sufre una separación de fases y los cristales de hielo flotan en la parte superior del canal, lo que aumentará la caída de presión entre soluciones de lechada de hielo de diferentes concentraciones. Se puede ver en la Figura 8 que en el flujo de baja velocidad, la diferencia de caída de presión entre las soluciones de lodo de hielo de diferentes concentraciones cambia mucho. Esto se debe a que los cristales de hielo flotan en la parte superior del canal durante el flujo de baja velocidad, lo que provoca el flujo efectivo. El área de la sección transversal del flujo de la lechada de hielo disminuye. Como resultado, el caudal aumenta y la resistencia cambia mucho, al mismo tiempo, los cristales de hielo acumulados en la parte superior del canal también aumentan la fricción; resistencia. Durante el flujo de alta velocidad, la diferencia de caída de presión entre soluciones con diferentes concentraciones de lechada de hielo y agua fría cambia poco. Esto se debe a que el flujo de alta velocidad hace que la solución de lechada de hielo fluya uniformemente.
Como se muestra en la Figura 9, el coeficiente de transferencia de calor de la solución de lechada de hielo cambia con su caudal y concentración. Se puede ver en la figura que el coeficiente de transferencia de calor aumenta con el aumento del caudal y disminuye con el aumento de la concentración de lechada de hielo. Esto se debe a que el aumento en la concentración de la suspensión de hielo reduce la alteración de la solución y el flujo a través del intercambiador de calor es laminar en lugar de turbulento. Aunque el coeficiente de transferencia de calor disminuye a concentraciones más altas de lodo de hielo, todavía tiene una mayor cantidad de transferencia de calor debido al aumento en el área de superficie de transferencia de calor de los pequeños cristales de hielo y la gran diferencia de temperatura de transferencia de calor.
5 Otras aplicaciones potenciales de la suspensión de hielo
Además de usarse para aire acondicionado confortable, procesos de producción industrial, procesamiento y conservación de alimentos, las soluciones de suspensión de hielo también se pueden utilizar en las siguientes aplicaciones: áreas:
5.1 Para la limpieza de tuberías e intercambiadores de calor
El método tradicional para limpiar la suciedad y la suciedad de tuberías e intercambiadores de calor a menudo utiliza métodos mecánicos, pero para intercambiadores de calor con formas complejas, este El método es muy difícil de completar la descontaminación. El uso de una solución de lechada de hielo al 10% puede completar el trabajo de limpieza de tuberías e intercambiadores de calor con formas geométricas complejas [4].
5.2 Se utiliza como agente de almacenamiento en frío para vehículos refrigerados
La solución de suspensión de hielo se llena en el espacio de la capa intermedia aislada alrededor del vehículo refrigerado para mantener la temperatura requerida en el compartimento. Similar al transporte ordinario, en comparación con los vehículos, puede garantizar la frescura de los alimentos refrigerados. El llenado y sustitución de la lechada de hielo se puede realizar en una estación de refrigeración exclusiva.
5.3 Utilizado como agente extintor de incendios
Los dispositivos y boquillas de extinción de incendios existentes aún pueden liberar una solución de lechada de hielo con una concentración del 30%. El uso de una solución de lechada de hielo para extinguir incendios puede reducir el fuego. El tiempo de extinción se reduce a la mitad. Al mismo tiempo, la temperatura interior desciende bruscamente. La suspensión de hielo requiere menos cantidad para extinguir incendios que el agua [5].
6Conclusión
La suspensión de hielo dinámica se ha utilizado en sistemas de aire acondicionado de almacenamiento térmico para cargas eléctricas debido a sus ventajas como alta densidad de almacenamiento térmico, buena fluidez y rendimiento de transferencia de calor. "Picos y valles de relleno" también se utiliza en los campos del procesamiento industrial y la ingeniería de alimentos. Con una investigación en profundidad sobre la tecnología de lechada de hielo dinámica, se reducirán los costos de sus equipos, se mejorará la eficiencia operativa y se ampliarán aún más las áreas de aplicación potenciales. La lechada de hielo dinámica es una nueva tecnología muy práctica.
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