TEMAT: Lód zawiesinowy i możliwości jego wykorzystania jako pośredniego nośnika ciepła w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych.



Podobne dokumenty
Pompy ciepła

Technologia lodu binarnego. - przełom w chłodzeniu akumulacyjnym

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA

Chłodnictwo i klimatyzacja / Kazimierz M. Gutkowski, Dariusz J. Butrymowicz. wyd. 2-1 dodr. (PWN). Warszawa, cop

GEA rozwiązania dla sektora rybnego

Ocena techniczna systemu FREE COOLING stosowanego w agregatach wody lodowej dla systemów klimatyzacji.

Czynniki alternatywne - przyszłość chłodnictwa? Dr hab. inż. Artur Rusowicz Instytut Techniki Cieplnej Politechnika Warszawska

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

WPŁYW ODZYSKU CIEPŁA NA DZIAŁANIE URZĄDZENIA CHŁODNICZEGO

Wytwornice wody lodowej Chillery - rodzaje i klasyfikacja

Lekcja 5. Parowniki. Parownik (lub parowacz)- rodzaj wymiennika ciepła, w którym jeden z czynników roboczych ulega odparowaniu.

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Wienkra: Hydro Kit - Moduł centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej dla systemów MULTI V

EKSPERYMENTALNE OKREŚLENIE WPŁYWU DOBORU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO NA MOC CIEPLNĄ CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ**

SolarCool. Instalacja solarna dla systemów HVACR. Energooszczędne rozwiązanie wspomagające pracę układu chłodniczego

Moc energii słonecznej. Innowacyjne odnawialne źródło energii! Oszczędność kosztów. Efektywność systemu nawet do 70%

Klimatyzacja centralna w Lubelskim Węglu Bogdanka S.A.

Automatyzacja procesu odszraniania wentylatorowych chłodnic powietrza gorącymi parami czynnika w małych urządzeniach chłodniczych

Czym w ogóle jest energia geotermalna?

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

Metody chłodzenia powietrza w klimatyzacji. Koszty chłodzenia powietrza

Działanie i ocena techniczna systemu FREE COOLING stosowanego do wytwarzania wody lodowej w systemach klimatyzacyjnych.

Zabezpieczenie kondensatora pary (skraplacza) w elektrociepłowni przed osadami biologicznymi i mineralnymi

INFORMACJA TECHNICZNA INSTALACJA CHŁODNICZA O MOCY 60 MW Z CZTEREMA PODAJNIKAMI TRÓJKOMOROWO-RUROWYMI P.E.S.

Ważny od do odwołania

4. Sprężarka tłokowa czy śrubowa? Dobór urządzenia instalacji chłodniczej

Ewolucja systemów klimatyzacji

MoŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii. w budynkach hotelowych. Warszawa, marzec 2012

Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.

Odnawialne źródła energii - pompy ciepła

Poligeneracja wykorzystanie ciepła odpadowego

Dobór urządzenie chłodniczego

Nowa. , obniżenie zużycia energii oraz chroniące ich budżet.

W kręgu naszych zainteresowań jest:

OKW1 OKW. Seria. Seria CHŁODNICE WODNE

Informacja o pracy dyplomowej. Projekt stanowiska dydaktycznego opartego na spręŝarkowym urządzeniu chłodniczym, napełnionym dwutlenkiem węgla (R744)

Instalacja z zaworem elektronicznym EEV dla TELECOM Italia

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Karta produktu. EH-n00-A/.../1,0/... Agregat chłodniczy EH-FORCE

SPIS TREŚCI TOMU I. Przedmowa 11. Wprowadzenie 15 Znaczenie gospodarcze techniki chłodniczej 18

Urządzenia absorpcyjne ROBUR

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Kanałowa chłodnica wodna CPW

Politechnika Gdańska

POLITECHNIKA GDAŃSKA

OGRZEWANIE BUDYNKÓW GRUNTOWĄ POMPĄ CIEPŁA MARKI DIMPLEX

Nowoczesne technologie w klimatyzacji i wentylacji z zastosowaniem gazowych pomp ciepła GHP. dr inż. Tomasz Wałek

DX FREE-COOLING DX FREE-COOLING ODZYSK CIEPŁA MARNOTRAWSTWO ENERGII POWAŻNIE SZKODZI ŚRODOWISKU

Czym jest chłodzenie ewaporacyjne?

Konstrukcja pompy ciepła powietrze/woda typu Split. Dr hab. Paweł Obstawski

BADANIE SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA (seminarium)

OCENA TECHNICZNO-EKONOMICZNA KASKADOWEGO SYSTEMU CHŁODZENIA OPARTEGO NA UKŁADZIE AMONIAK DWUTLENEK WĘGLA

Spotkanie informacyjne Instalacje solarne Pompy ciepła Fotowoltaika

Lekcja 13. Klimatyzacja

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L2 STEROWANIE INWERTEROWYM URZĄDZENIEM CHŁODNICZYM W TRYBIE P

Zastosowanie i perspektywy rozwoju adsorpcyjnych urządzeń chłodniczych w chłodnictwie i klimatyzacji

Temat: Systemy do precyzyjnej regulacji temperatury w obiektach chłodzonych o dużej i małej pojemności cieplnej.

CASE STUDY. Wykorzystanie ciepła odpadowego w zakładzie wytwórczym frytek. Źródła ciepła odpadowego w przemyśle dla agregatów chłodniczych

Produkty wymiany ciepła

Multi V IV-generacji LG Electronics - więcej niż standard

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Pompa ciepła powietrze woda HPA-O 7 / 10 / 13 (S)(CS) Premium

AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA

Materiały techniczne 2019 rewersyjne pompy ciepła do grzania i chłodzenia

PRZEMYSŁ SPOŻYWCZY TRANSFER CIEPŁA W ZAKŁADACH PIWOWARSKICH

1 Manometr instalacji górnego źródła ciepła 2 Manometr instalacji dolnego źródła ciepła

Przykładowe kolokwium nr 1 dla kursu. Przenoszenie ciepła ćwiczenia

AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA

- stosunek kosztów eksploatacji (Coraz droższe paliwa kopalne/ coraz tańsze pompy ciepła)

APV Hybrydowe Spawane Płytowe Wymienniki Ciepła

Wymagania UDT dotyczące instalacji ziębniczych z czynnikami alternatywnymi

Chłodzenie naturlane w całorocznym przygotowaniu czynnika ziębniczego

Zastosowanie CO 2 w systemach chłodzenia.

SPOSOBY POSZANOWANIA ENERGII INNOWACJE ENERGETYCZNE W BUDOWNICTWIE

ZAGADNIENIA ODZYSKU CIEPŁA W URZĄDZENIACH CHŁODNICZYCH NA PODSTAWIE DOŚWIADCZEŃ FIRMY DK

Regulacja wydajności układów sprężarkowych. Sprężarki tłokowe

BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

4. SPRZĘGŁA HYDRAULICZNE

STIEBEL ELTRON: Co to jest i jak działa pompa ciepła?

BADANIE CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

Relacja po XXXIX Dniach Chłodnictwa listopada 2007

Zastosowanie gazowych pomp ciepła GHP w klimatyzacji i wentylacji. dr inż. Tomasz Wałek

OPIS PATENTOWY F24J 3/08 ( ) F24J 3/06 ( ) F24D 11/02 ( )

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

SKYTEH. Elektrodowe systemy grzewcze wykorzystywane są na całym świecie.

OSUSZACZE POWIETRZA AQUA-AIR AQUA-AIR DR120, AQUA-AIR DR190, AQUA-AIR DR250, AQUA-AIR DR310, AQUA-AIR DR70

Spis treści: 1. TZR budowa i zasada działania Zjawisko poślizgu temperaturowego.5 3. Wentylatorowe chłodnice powietrza 6 4. Podsumowanie.

PL B1. FLUID SYSTEMS SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Warszawa, PL BUP 11/18

PL B1. ZAWADA HENRYK, Siemianowice Śląskie, PL ZAWADA MARCIN, Siemianowice Śląskie, PL BUP 09/13

1 Powrót ogrzewania, wejście do pompy ciepła, gwint wew. / zew 1½ 2 Powrót c.w.u., wejście do pompy ciepła, gwint wew. / zew 1

Transkrypt:

Przedmiot: CHŁODNICTWO TEMAT: Lód zawiesinowy i możliwości jego wykorzystania jako pośredniego nośnika ciepła w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Plan referatu: 1. Wstęp. 2. Lód zawiesinowy charakterystyka. 3. Zalety i wady stosowania lodu zawiesinowego w układach chłodzenia pośredniego. 4. Technologie wytwarzania lodu zawiesinowego. 5. Lód binarny jako pośredni nośnik ciepła w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych. 6. Podsumowanie. 7. Bibliografia. Marcin Zarwalski Klaudyna Zoła SUChiKl Semestr 08 Rok akademicki 2009/2010

1. WSTĘP: Rosnące wymagania dotyczące ochrony środowiska naturalnego (ograniczenia emisji gazów cieplarnianych oraz substancji przyczyniających się do degradacji warstwy ozonowej), ograniczenia zużycia energii, poprawy warunków przechowywania i obróbki produktów spożywczych zmusza naukowców i producentów sprzętu chłodniczego i klimatyzacyjnego do ciągłego poszukiwania nowych rozwiązań i technologii. Dlatego też obiecującym czynnikiem chłodniczym w pośrednich układach chłodzenia jest lód zawiesinowy. 2. LÓD ZAWIESINOWY CHARAKTERYSTYKA: W literaturze możemy znaleźć różne określenia lodu zawiesinowego: lód binarny, lód dwufazowy, zawiesina lodowa, papka lodowa. Jest to mieszanina drobnych kryształków lodu z wodą i środkiem obniżającym temperaturę krzepnięcia wody, najczęściej glikolem, alkoholem, rzadziej solami. Czasami dodawane są niewielkie ilości środka antykorozyjnego. Niewielkie rozmiary kryształków lodu 0,5 1 mm i odpowiednio dobrane stężenie masowe lodu w roztworze 20 30% powodują, że zawiesina lodowa może być przepompowywana przez układy przewodów podobnie jak faza ciekła, stając się nowym i obiecującym nośnikiem zimna. W technice chłodniczej zawiesina lodowa jest powszechnie stosowana w dużych pośrednich układach chłodzenia (zakłady przetwórstwa spożywczego, supermarkety, systemy klimatyzacji) w zakresie temperatur od -8ºC do -2ºC. W porównaniu z innymi czynnikami pośredniczącymi i nośnikami zimna zawiesina lodowa charakteryzuje się znacznie wyższymi wartościami współczynników wnikania ciepła. Przy 20 % stężeniu lodu w zawiesinie ten współczynnik wzrośnie pięciokrotnie, zaś przy stężeniu 30% mogą to być wartości dziesięciokrotnie wyższe niż w przypadku przepływu czystej wody. Jeszcze wyższe wartości współczynnika wnikania ciepła można uzyskać, stosując zawiesinę lodową w 8-12% roztworze wodnym etanolu. Zawiesiną lodową charakteryzują też bardzo korzystne właściwości pod względem oporów przepływu, ponieważ zachowuje się ona jak tzw. płyn Binghama. Jej cechą charakterystyczną jest przepływ całym przekrojem rurociągu z jednakową prędkością i niewystępowanie klasycznych postaci przepływu laminarnego i turbulentnego. Przy prędkościach powyżej 2 m/s opory przepływu zawiesiny lodowej są znacząco mniejsze niż oporu przepływu wody (Rysunek 1. ξ stężenie lodu zawiesinowego). Rysunek 1. Zależność spadku ciśnienia od prędkości przepływu wody i lodu binarnego

3. ZALETY I WADY STOSOWANIA LODU BINARNEGO W UKŁADACH CHŁODZENIA POŚREDNIEGO: a. Zalety: Użycie lodu binarnego umożliwia stosowanie sprawdzonych i naturalnych czynników chłodniczych, takich jak amoniak czy węglowodory, które wykazują mały lub nawet nie wykazują potencjału globalnego ocieplenia. W takich układach zmniejsza się również ilość czynnika chłodniczego w instalacji o 70 80%. Bezpośredni efekt cieplarniany jest przez to około 8 10 razy mniejszy, niż ten w przypadku systemu bezpośredniego odparowania, wykorzystującego czynnik chłodniczy HFC jako podstawowy. Jeśli instalacja wykorzystuje lód zawiesinowy zamiast jednofazowego pośredniego czynnika chłodniczego, może być uzyskana dodatkowa 10% redukcja efektu cieplarnianego wespół z niższą wydajnością chłodniczą. Cieplne magazynowanie energii czyni możliwym zmniejszenie instalacji o 15 30% i uniknięcie okresów szczytowych. Absorbowana energia jest w teorii związana z dziennymi potrzebami na chłodzenie. Magazynowanie cieplne czyni możliwym uniknięcie pracy sprężarki w warunkach częściowego obciążenia, co prowadzi do obniżenia osiągów, przede wszystkim tam, gdzie używa się sprężarek śrubowych wyposażonych w ślizgowy (przesuwowy) system regulacji. Co więcej, wymagana energia pompowania jest niższa (niższy wydatek objętościowy). Wielkość sprężarek i transformatora jest zmniejszona w takim samym stopniu jak wymagana moc elektryczna. Efektywność energetyczna instalacji na lód binarny jest wyższa od tej, którą wykazuje instalacja używająca ciekły jednofazowy pośredniczący czynnik chłodniczy. Ten wzrost sprawności osiągany jest kilkoma czynnikami: małą różnicą temperatur na poziomie pośredniczącego czynnika chłodniczego, mniejszymi pompami i poprawioną wymianą ciepła. System magazynowania cieplnego czyni możliwym podwyższenie efektywności instalacji w sytuacji, kiedy instalacja jest w ruchu tylko wtedy, gdy warunki zewnętrzne są korzystne (najlepiej w nocy i wtedy kiedy temperatura zewnętrzna jest niska). Dzięki temu korzystamy z niższych taryf energii kwh. Zasadniczo wyróżniamy dwa sposoby magazynowania energii: jawny związany z przyrostem temperatury materiału akumulującego ciepło. utajony związany ze zmianą stanu skupienia materiału akumulującego ciepło przy stałej temperaturze. Najbardziej popularnymi substancjami akumulującymi energię na sposób jawny są woda oraz ciała stałe. Woda, jest łatwo dostępna zarówno cenowo jak i ilościowo oraz charakteryzuje się dużą właściwą objętościową i pojemnością cieplną wynoszącą 1,16 kwh/m 3 /ºC. Niestety, w zastosowaniach do celów chłodniczych występują duże ograniczenia wynikające z niewielkiego możliwego przyrostu temperatur, nieprzekraczającego w praktyce kilku stopni. To praktycznie eliminuje wodę z tego typu zastosowań. Ciepłem utajonym nazywamy energię gromadzoną lub uwalnianą podczas przemian fazowych substancji (zmiany stanu skupienia) zachodzących w stałej temperaturze oraz przy niezmiennym ciśnieniu (topnienie lodu, wrzenie). Energia absorbowana lub uwalniana podczas tego procesu jest wielokrotnie większa niż energia niezbędna do zmiany temperatury substancji jak to ma miejsce w przypadku ciepła jawnego. Na przykład do stopienia 1 m 3 lodu w temperaturze 0ºC konieczne jest aż ok. 93 kwh energii cieplnej. Taka sama ilość ciepła zostaje uwolniona z materiału, kiedy przechodzi on w fazę stałą. Różne substancje charakteryzują się zróżnicowanymi temperaturami punktów zmiany fazy. Stosując dodatkowo tak zwane mieszaniny eutektyczne można uzyskiwać materiały akumulujące o podobnych własnościach cieplnych różniące się jedynie temperaturami zmiany stanu skupienia. Wysokie ciepło utajone lodu binarnego umożliwia cztero- do pięciokrotne zredukowanie przekroju sieci dystrybucyjnej. Przy 25% stężeniu kryształów, wydajność cieplna lodu binarnego jest w przybliżeniu cztery razy wyższa niż ta, którą wykazuje jednofazowy czynnik chłodniczy

poddany wzrostowi temperatury o 5ºC i 5 razy od tej, którą wykazuje taki czynnik poddany wzrostowi temperatury o 4ºC. Cena sieci dystrybucyjnych, która jest jednym z głównych źródeł dodatkowych kosztów wyposażenia instalacji chłodzenia pośredniego w porównaniu z kosztami wyposażenia chłodzenia bezpośredniego rozprężania jest w ten sposób widocznie obniżona (rury, pompy, zawory regulacyjne, koszty laboratoryjne, czynnik chłodniczy pośredniczący). b. Wady: Nie można jednak nie wspomnieć o wadach wynikających ze stosowania lodu zawiesinowego. Problematyczny jest brak doświadczenia w stosowaniu tego nośnika zimna oraz niepewność danych i modeli matematycznych jeśli chodzi o projektowanie instalacji i wymienniki ciepła. Kłopotliwe jest wytwarzanie zawiesiny lodowej wysokie koszty produkcji. Zawiesina lodowa jest wrażliwa na rozdzielanie się kryształków lodu od cieczy, dlatego też problematyczne jest projektowanie odpowiednich wytwornic papki lodowej, systemów przewodów oraz instalacji. Na niekorzyść stosowania akumulatorów zimna wpływają wysokie koszty systemów cieplnego magazynowania, a jest to koniecznością, jeśli ciepło utajone ma być optymalnie wykorzystywane. Jego wpływ na inwestycję jest istotny i często skomplikowany do wyrównania przez obcięcie kosztów na poziomie obiegów i sprężarek. Koszt systemu magazynowania cieplnego jest złożony z kosztu zbiornika magazynowego, cieczy w nim się znajdującej, izolacji cieplnej oraz systemu pompowania. 4. TECHNOLOGIE WYTWARZANIA LODU ZAWIESINOWEGO: Urządzenia do wytwarzania lodu binarnego można podzielić na następujące grupy: krystalizatory z ruchomym skrobakiem w postaci: - obracających się ostrzy, - obracających się orbitalnie prętów, - obracających się szczoteczek, - obracającej się powierzchni śrubowej; krystalizatory z bezpośrednim wtryskiem cieczy; krystalizatory z ruchomym złożem fluidalnym; wytwornice lodu z wodą przechłodzoną. Krystalizator z ruchomym skrobakiem w postaci ostrzy składa się z wymiennika płaszczowo rurowego chłodzonego za pomocą czynnika chłodniczego oraz ze skrobaka w postaci obracających się ostrzy dociskanych do powierzchni krystalizującego lodu za pomocą sprężyn. W wyniku działania ostrzy na powierzchnię lodu uzyskuje się drobne kryształki, które są odprowadzane u dołu krystalizatora. Krystalizator z ruchomym skrobakiem w postaci obracających się orbitalnie prętów (Rysunek 2.) działa tak samo jak ten z obracającymi się ostrzami, lecz kryształki uzyskuje się w wyniku działania pręta.

Rysunek 2. Krystalizator z obracającym się orbitalnie prętem. W generatorze przepływowo wirowym produkcja kryształów następuje za pomocą przepływu turbulentnego. Ścianki wytwornicy mają specjalną powłokę, aby kryształki lodu mogły być łatwiej usuwane za pomocą wirów turbulentnych w przepływie. Wymiary tworzących się wirów są dostosowane do wielkości kryształów. Krystalizatory z ruchomym złożem fluidalnym składają się z wymiennika typu płaszczowo rurowego lub typu rura w rurze. Po jednej stronie przepony parujący czynnik chłodniczy odbiera strumień ciepła, a po drugiej powstaje lód. Wewnątrz rury znajduje się złoże fluidalne składające się z ziaren ze stali nierdzewnej o średnicy od 1 do 5 mm. Złoże kuleczek stalowych jest unoszone ku górze poprzez przepływ mieszanki wodno lodowej. Gdy uderzają one w sposób ciągły w schłodzone ścianki rury, wytwarzają się drobinki lodu (Rysunek 3.). Rysunek 3. Krystalizator z ruchomym złożem fluidalnym. Technologia produkcji zawiesiny lodowej za pomocą natrysku wody polega na wtryskiwaniu wody do komory próżniowej z adiabatycznymi ściankami, a formująca się para wodna odbiera ciepło od powierzchni kropelek cieczy. W ten sposób strumień ciepła jest usuwany z komory, a kropelki wody zamieniają się w kryształki lodu (Rysunek 4.).

Rysunek 4. Schemat linii technologicznej wytwarzającej lód zawiesinowy za pomocą natrysku wodnego. Generatory lodu z wykorzystaniem przechłodzonej wody mogą mieć różne typy inicjowania enukleacji: przez obniżanie momentu (przepływ prostopadły do chłodzonej ściany), przez pole ultradźwiękowe oraz przez enukleację pęcherzykową. 5. LÓD BINARNY JAKO POŚREDNI NOŚNIK CIEPŁA W INSTALACJACH CHŁODNICZYCH I KLIMATYZACYJNYCH: Lód binarny ze względu na swoje właściwości jest wykorzystywany w wielu dziedzinach techniki. A. UKŁADY CHŁODNICZE: Układy chłodnicze w supermarketach, mleczarniach, browarniach, ośrodkach badania leków, chłodzenie żywności typu Fast food i samolotów na lotniskach oraz bezpośrednia immersja żywności stosowanie zawiesiny lodowej w tych przypadkach ma na celu zwiększenie wydajności układu. Duże systemy chłodnicze z wykorzystaniem zawiesiny lodowej jako pośredniego nośnika ciepła. Wytwornica lodu binarnego może być włączona w konwencjonalny układ chłodzenia, w celu podniesienia całkowitego współczynnika wydajności chłodniczej. Jeżeli dodatkowo zastosuje się zbiornik- akumulator chłodu, to oszczędza się energię, ze względu na wytwarzanie lodu w czasie nocy, kiedy energia elektryczna jest najtańsza. System ten, to system dwustopniowy pośredni, który może być łatwo przełączany w tryb pracy układu jednostopniowego. Pierwszy stopień stanowi tradycyjny sprężarkowy układ chłodniczy, natomiast drugi to układ z wytwornicą lodu binarnego (Rysunek 5.). W pierwszym stopniu stosowany jest dwutlenek węgla jako czynnik chłodniczy. W układzie tym, zależnie od temperatury otoczenia, ciepło przegrzania za zespołem sprężarkowym (1) może być częściowo lub całkowicie rozpraszane w skraplaczu powietrznym (2) lub wymienniku ciepła (3), który jest chłodzony lodem binarnym pobieranym ze zbiornika. Wymiennik (3) przy bardzo dużym cieple przegrzania par za

zespołem sprężarek, może też pełnić funkcję skraplacza. Przy założeniu, że temperatura lodu kształtuje się na poziomie -5ºC, tworząc z niego mieszankę wodno-lodową, można uzyskać czynnik schładzający lady chłodnicze o temperaturze 4 do 8ºC. Dochłodzenie czynnika w pierwszym stopniu wymiennika ciepła (3) za pomocą lodu binarnego skutkuje dużym wzrostem sprawności chłodzenia, a sprawność wymiennika ciepła (3) ma decydujące znaczenie w całym bilansie cieplnym i wpływa na poprawę wydajności całego układu chłodzenia. Drugi stopień, to układ z wytwornicą wody lodowej składający się ze sprężarki (13), skraplacza (14) i parownika, za pomocą którego wytwarzane są kryształki lodu. Mieszanka wodno-lodowa tłoczona jest przez pompę (15) do wymiennika ciepła (3). Strumień ciepła odebranego ze zbiornika mieszanki jest przez skraplacz, rozpraszany jest w otoczeniu przy temperaturze 10ºC i wyższej. Zbiornik akumulacyjny z lodem binarnym umożliwia wytworzenie lodu w nocy po niższej cenie i wykorzystanie go w ciągu dnia, gdy istnieje szczyt zapotrzebowania na chłód. Tak zaprojektowany układ chłodniczy pozwala osiągać oszczędności finansowe i zapewnia zwiększenie efektywności energetycznej. Wynika z tego oszczędność energii. Dzieje się tak, gdyż: układ przy wysokiej temperaturze zewnętrznej pracuje jako dwustopniowy, natomiast przy zmniejszaniu się temperatury można go łatwo przełączyć w stan pracy w układzie jednostopniowym; można zastosować w pierwszym stopniu czynniki wysokociśnieniowe o wysokiej wydajności (R410A), przy których w skraplaczu można uzyskiwać temperatury ok. 0ºC, co pozwala stosować drugi stopień, w którym czynnikiem chłodniczym jest lód binarny. Rysunek 5. Schemat obiegu chłodniczego dwustopniowego ze zintegrowaną wytwornicą lodu. Chłodzenie żywności Mieszanki wodno-lodowe bardzo dobrze sprawdzają się w przemyśle spożywczym. Dotyczy to obróbki polegającej na szybkim schładzaniu żywności: warzyw i ryb za pomocą zanurzenia ich w mieszance lub za pomocą hydrofluidyzacji. W przypadku obróbki świeżych ryb okazało

się, że lód binarny jest najlepszym rozwiązaniem, gdyż znacznie przedłuża dobrą jakość produktu. Przy schładzaniu za pomocą mieszanki wodno-lodowej ryby są całkowicie zanurzone w mieszaninie i nie ma kieszeni powietrznych charakterystycznych dla przechowywania produktów w lodzie łuskowym. W rezultacie chłodzenie tym sposobem jest szybsze i jednocześnie hamowany jest rozwój mikroorganizmów. Badania wykazują, iż szybkość schładzania za pomocą lodu binarnego jest blisko trzy razy większa niż w przypadku stosowania lodu łuskowego. B. UKŁADY KLIMATYZACYJNE: Lód binarny już od wielu lat jest stosowany w klimatyzacji budynków. Najczęściej lód ten jest wytwarzany w nocy, gromadzony w zaizolowanych zbiornikach, a w ciągu dnia wykorzystywany do zapewnienia komfortu osób przebywających w pomieszczeniach w okresie największego zapotrzebowania na moc chłodniczą. Zazwyczaj układ klimatyzacyjny składa się z połączonych ze sobą trzech obiegów: czynnika chłodniczego; lodu binarnego, w którego skład wchodzi wytwornica lodu, zbiornik z mieszanką wodnolodową i wymiennik ciepła; wody chłodzącej schładzanej w wymienniku ciepła z obiegu wody lodowej, która już bezpośrednio schładza powietrze podawane do pomieszczeń. Rozwiązane, które jest stosowane zamiennie, to schładzanie powietrza w wymiennikach przeponowych, którymi płynie bezpośrednio mieszanka wodno-lodowa. Dla celów klimatyzacji dzieli się budynek na pomieszczenia peryferyjne (mniej istotne ze względu na komfort przebywania) i wewnętrzne (pomieszczenia o dużych wymaganiach komfortu). Pomieszczenia peryferyjne są klimatyzowane za pomocą chłodu wytworzonego w absorpcyjnym urządzeniu chłodniczym napędzanym palnikiem gazowym. Natomiast pomieszczenia wewnętrzne za pomocą chłodu wytworzonego w układzie lodu binarnego z dwóch jednostek o mocy chłodniczej 272 kw każda. Wytworzony lód gromadzony jest w dwóch zbiornikach, z których jest on przepompowywany przez separator, który zachowuje mniej więcej jednakowe stężenie lodu w wodzie (ok. 20%), skąd dalej trafia do chłodnic powietrza na każdym piętrze biurowca. Zastosowanie lodu binarnego umożliwia schładzanie powietrza do temperatur +12ºC, co spowodowało zmniejszenie zapotrzebowania na przepływ schładzanego powietrza o ok. 20%. W ten sposób uzyskuje się możliwość zmniejszenia powierzchni wymiany ciepła oraz odnotowano oszczędności finansowe wynikające z eksploatacji systemu. Całkowita oszczędność zapotrzebowania na energię dla budynku wynosi ok. 4% w porównaniu z tradycyjnym, możliwym do zastosowania systemem klimatyzacyjnym bez lodu binarnego (Rysunek 6.).

Rysunek 6. Schemat instalacji lodu binarnego stosowanego w klimatyzacji biurowca. C. INNE ZASTOSOWANIA: Medycyna W wielu przypadkach zagrożenia życia istnieje możliwość uratowania pacjenta, gdy zmniejszy się temperaturę jego ciała lub najważniejszych organów (np. mózgu). Wprowadzając raptowne schłodzenie, znacząco spowolnia się nieodwracalne zmiany destrukcyjne w najważniejszych dla życia narządach. Przeprowadzone badania dowodzą, że człowiek średnio może przeżyć 30 minut od momentu zatrzymania akcji serca, o ile w pierwszych 10 minutach nastąpi znaczące schłodzenie mózgu. Badania prowadzone były na świniach, których serce jest strukturalnie bardzo podobne do ludzkiego. Odpowiednio prowadzone chłodzenie mózgu i serca za pomocą lodu binarnego wytworzonego na bazie roztworu soli kuchennej o 30% koncentracji kryształków lodu powoduje ok. 10 20 razy szybsze schłodzenie wymienionych organów niż za pomocą innych znanych metod. Pożarnictwo Jednym z ciekawszych zastosowań lodu binarnego są próby wykorzystywania go dogaszenia pożarów klasy A (gaszenie substancji niebędących paliwami ciekłymi oraz materiałów nimi nienasączonych). Gaszenie pożarów wodą, szczególnie w przypadku ciasnych i małych pomieszczeń, wytwarza bardzo duże ilości pary, co szczególnie w pierwszych chwilach

tłumienia ognia może być niebezpieczne dla wchodzących do środka strażaków. Próby zastosowania lodu binarnego zamiast wody przynoszą korzyści w postaci znacznego zmniejszenia ilości wytwarzanej pary. W ten sposób gaszenie staje się bezpieczniejsze. Podczas prób wykorzystywano lód binarny o koncentracji kryształków lodu na poziomie 20% przy 7% stężeniu glikolu propylenowego i w porównaniu z wodą zdławiono ogień ok. 8 razy szybciej. Podczas testów zaobserwowano również znaczący spadek temperatur powierzchni sufitu w danym pomieszczeniu, w porównaniu z gaszeniem samą wodą (rys. 14). Rysunek 7. Zmiana temperatury sufitu przy gaszeniu pożaru wodą i lodem binarnym. Klimatyzacja kopalni Jednym z pierwszych w skali przemysłowej było zastosowanie lodu binarnego w zapotrzebowaniu na moc chłodniczą w górnictwie. Ciągle wzrastająca głębokość pokładów złóż pozyskiwanych do 3000 m pod powierzchnią ziemi, coraz większe maszyny oraz przekroje powierzchni wierconych korytarzy powodują podwyższenie temperatury nawet do 50ºC i tym samym znaczny wzrost kosztów pompowania wody lodowej (temperatura ok. 4ºC). Stąd zastosowanie lodu binarnego mającego większą pojemność cieplną niż woda, zapewnia tę samą wydajność chłodniczą przy mniejszych strumieniach masy czynnika chłodzącego. Co więcej, na bazie prowadzonych pomiarów stwierdzono, że pompowanie samej wody chłodzącej rurociągami powoduje straty (ze względu na częściową zamianę jej energii potencjalnej na ciepło) średnio na długości 1000 m rur, temperatura wody przyrasta o ok. 2,4ºC, co zmniejsza wyraźnie wydajność chłodzenia wodą. 6. PODSUMOWANIE: W stronę lodu binarnego zwracają się wyzwania postawione obecnie przez chłodnictwo i klimatyzację, dzięki utajonemu ciepłu fazy stałej, lepszej efektywności energetycznej, zmniejszonej wielkości instalacji i zawartej w niej ilości czynnika chłodniczego oraz poprzez fakt, że możliwym jest użycie naturalnych, ekologicznie przyjaznych czynników chłodniczych. W tej chwili można stwierdzić, że za nami znajduje się etap eksperymentalny a problemy początkowe powinny być sprawą przeszłości.

7. BIBLIOGRAFIA: Mika Ł., Zalewski W.; Właściwości fizyczne i termodynamiczne lodu binarnego ; TCHK 3/2002; Niezgoda - Żelasko B., Litwin M.; Właściwości termofizyczne lodu zawiesinowego na przykładzie mieszaniny woda- alkohol etylowy ; TCHK 5/2004; Niezgoda - Żelasko B.; Modelowanie procesów wymiany ciepła w chłodnicach powietrza zasilanych lodem binarnym. TCHK 5/2003; Ruciński A.; Lód binarny w chłodnictwie i klimatyzacji (cz.1) ; Rynek Instalacyjny 10/2007; Ruciński A.; Lód binarny w chłodnictwie i klimatyzacji (cz.2) ; Rynek Instalacyjny 2/2008; Królicki Z.; termodynamiczne podstawy obniżania temperatury ; Kalinowski K.; Amoniakalne urządzenia chłodnicze ; Bonca Z.; Nowe czynniki chłodnicze i nośniki ciepła. Poradnik 2004 ; Rusak Z.; Lód zawiesinowy i dwutlenek węgla jako nowoczesne nośniki ciepła w chłodnictwie komercyjnym ; Chłodnictwo 5/2004; Kluza F.; Lód binarny: obiecująca technologia ; Chłodnictwo 3/2005; Rivet P.; Lód binarny: stan wiedzy ; Chłodnictwo 4/2007;