ذخیره سازی سرما به استفاده از گرمای نهان ذوب یخ می تواند یکی از راه های پیک سایی و کم کردن دیماند انرژی همراه با کاستن هزینه های سرمایه ای و راهبری سیستمهای خنک کننده تراکمی باشد .
ذخیره سازی سرما قدمتی بیش از چها سال دارد لیکن در ایران که برق نسبتاً ارزان می باشد اهمیت آن از جانب طراحان سیستم های خنک کننده مورد توجه قرار نگرفته است . این روش بر پایه تولید یخ به وسیله سیستم خنک کننده در مواقعی که بارشبکه حداقل بوده واستفاده از گرمای نهان ذوب آن در زمان اوج بار جهت رفع نیاز سیستم خنک کننده می باشد.
این پروژه که با دیاگرام تک خطی و نشان دادن مزایای اقتصادی و جزئیات دانش فنی آن به طراحان سیستم های خنک کننده و مسئولین شرکتهای تولید کننده برق می باشد . عمومیت دادن نتایج این پروژه به سیستمهای خنک کننده تراکمی می تواند قله مصرف برق را در تابستانها به زمانهای کم مصرف (نیمه های شب) منتقل نماید .این روش هزینه های سرمایه ای وراهبری سیستهای خنک کننده تراکمی را نیز تا حد قبول اقتصادی پایین می آورد .
یکی از مسائل اساسی که صنعت برق با آن روبرو است تامین برق مشترکین در ساعات اوج یا پیک بار می باشد . در ایران زمان اوج مصرف عموماً در ساعات اولیه شب بوده و مربوط به مصارف روشنایی است و در سایر ساعات مصرف انرژی الکتریکی که به وجود آورنده پیک می باشد مربوط به روشنایی است که امکان جابجایی آن به ساعات دیگرعملی نیست . مصرف کننده دیگر انرژی الکتریکی در ساعات پیک ، سیستمهای حرارتی وبرودتی ساختمانها می باشد. بررسی پیک بار در فصول چهار گانه سال نشان می دهد پیک مصرف انرژی الکتریکی مربوط به ماههای تابستان و به ویژه مرداد ماه است.
توجه به نکات فوق نشان می دهد که بار های برودتی ساختمانها در ایجاد پیک بار نقش عمده ای را داشته ضمن اینکه جابجایی آن با روش ذخیره ساز سرما امکان پذیر است .
ذخیره سازی سرما
کاربرد یخ به عنوان یک منبع ذخیره سرما از نظر اصول ترمودینامیکی روش شناخته شده پلاستیکی می باشد با توجه به ازدیاد بهای تولید انرژی الکتریکی و عدم صرف یکسان آن در شبانه روز و داشتن اوج مصرف از این روش می توان استفاده نمود و زمان اوج مصرف انرژی الکتریکی را به نفع تولید کنندگان انرژی الکتریکی جابجا کرد و دیماند برق مورد نیاز ساختمانهای اداری و تجاری را تقلیل داد که نتیجه آن کم کردن هزینه های اولیه نصب تاسیسات برودتی ساختمان و همچنین هزینه های کاربردی آن می باشد .
در این روش دستگاه خنک کننده کمپرسوری Water chiller در شب یا بعد از زمان اوج مصرف هنگامی که مصرف انژی الکتریکی ساختمان حداقل می باشد یخ تولید کرده و در مخزن یا مخزنهای مشابه ذخیره می کنند (80 کیلو کالری به ازای هر کیلو گرم یخ ایجاد شده ) ودر روز بعد که ساختمان که نیاز به خنک کردن وارد عمل شده و قسمتی یا تمام بار پیک ساختمان را بسته به حجم مخزن انتخابی تامین می کند بکار گیری مخزن ذخیره سرما نه تنها می تواند هزینه راه بری ساختمان را از نظر انرژی الکتریکی کاهش دهد بلکه هزینه های سرمایه های تاسیسات مورد نیاز ساختمانهای جدیدی که بر این مبنا طراحی شوند را تا حد نصف تقلیل می دهد . از مزایای دیگر این جابجایی که در اصطلاح که به ان پیک سایی می گویند این است که مشکلات بهره برداری (Operation) نیروگاه ها در ساعات کم باری را نیز تقلیل می دهد .
انواع سیستمهای ذخیره ساز سرما
سیستمهای ذخیره ساز سرما بر اساس نحوه ذخیره سازی سرما به دو دسته تقسیم می شوند :
الف ) ذخیره سازی با به کار گیری گرمای نهان ذوب یا phase change
ب ) ذخیره سازی با به کار گیری تغییر گرمای محسوس یا sensible heat
ماده به کار گیر ی شده در سیتمهای ذخیره ساز سرما آب می باشد که در ان گرمای نهان ذوب یخ ذخیره شده 80 کیلوکالری بر لیتر وگرمای محسوس آن 1کیلو کالری در نظر گرفته می شود .
سیستمهای ذخیره سرما را برمبنای عملکرد آن نیز به دو گروه تقسیم می کنند :
گروه 1- سیستم ذخیره سازی جزئی یا partial storage
گروه 2 : سیستم ذخیره سازی کامل یا full storange
که در آنها یا بخشی از بار زمان پیک یا تمام بار زمان پیک ذخیره می شود .
بنابراین در حالت کلی می توان به چهار نوع سیستم ذخیره سازی سرما اشاره نمود :
ذخیره سازی جزئی با به کارگیری گرمای نهان ذوب یخ :
در این روش فقط بخشی از بار سرمایی زمان پیک با کار چیلر تامین می شود .
ذخیره سازی کامل با به کارگیری گرمای نهان ذوب یخ :
در این روش تمام بار سرمایی ساعت پیک با کار چیلر در ساعات غیر پیک (نیمه شب) به وسیله یخ سازی در مخزن سرما ذخیره شده و در ساعات پیک چیلر اصلی خاموش و بار سرمایی ساختمان از مخزن ذخیره ساز تامین می شود . در این روش ظرفیت چیلر ومخازن ذخیره سرما متفاوت از روش قبلی می باشد.
ذخیره سازی جزئی با به گاری گیری گرمای محسوس آب :
در این روش آب مخزن ذخیره سازی سرما تا 3 درجه سانتی گراد در ساعات غیر پیک سرد و در مخزن که عموماً استخر گونه با عایق کافی است ذخیره شده و در ساعات پیک بخشی از بار ساختمان را تاین می کند . با توجه به پایین بودن گرمای محسوس آب 1کیلو کالری بر لیتر درمقایسه با گرمای نهان انجماد یخ ، حجم مخزن ذخیره سرما به مراتب بزر تر از مخزن ذخیره یخ می باشد .
ذخیره سازی کامل با به کار گیری گرمای محسوس آب :
در این روش تمام بار سرمایی پیک بار چیلر در ساعات غیر پیک (عموماً نیمه های شب) به وسیله سرد کردن آب مخزن سرما تا 3 درجه سانتیگراد به صورت سرمای محسوس آب در مخزن ذخیره شده و این سرمای ذخیره شده در ساعات پیک بار سرمای مورد نیاز ساختمان را تامین می نمایند.
انتخاب سیستم ذخیره سازی سرما
سیستمهای چهار گانه مذکور از نظر جزئیات فنی ، اقتصادی و مصارف انرژی الکتریکی با یکدیگر متفاوت می باشند . اما سیستمهای ذخیره سازی که در آن از گرمای نهان ذوب یخ گرمای با گرمای محسوس آب که 80 به 1 می باشد کم حجم تر بوده و به فضای کمتری جهت مخازن نیاز می باشد ضمناً سیستم ذخیره سازی جزئی با مخزن یخ جهت مصرف کننده کم هزینه تر از سیستم ذخیره سازی کامل می باشد .
محاسبات اقتصادی برای هر ساختمان می تواند راهگشای انتخاب نوع ذخیره سازی باشد .
عموماً در ساختمان های قدیمی که بازسازی و سطح زیر بنای آنها اضافه می شود روش ذخیره سازی جزئی مقرون به صرفه است . زیرا نیازی هافزون ظرفیت چیلرها نبوده و اضافه نمود مخزن ذخیره سرما می تواند پاسخگویی بار اضافی ناشی از توسعه ساختمان باشد .
اهداف طرح و هزینه های اجرای آن
ایده روش ذخیره سازی سرما از نظر ترمودینامیکی کاملاً شناخته شده می باشد لیکن ازدیاد بهای انرژی وهزینه های سرمایه گذاری برای نیروگاه ها در طی دو دهه گذشته کاربرد آن را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه کرده است . چون جزئیات اجرایی این روش عملاً برای مهندسین تاسیسات در ایران شناخته شده نبوده و به موازات آن نیز مسئولین شرکتهای تولید برق به آن توجهی نکرده اند ، اهداف این طرح که با موفقیت در دانشگاه اصفهان اجرا شد عباتند از :
الف ) توجیه عملی آن برای مسئولین شرکتهای تولید برق .