آیس بانک

آیس بانک چه مزایا و مشکلاتی دارد و چرا مصرف برق آن کم است؟

بزرگترین مزیت استفاده از آیس بانک این است که به علت ارزان تر بودن هزینه مصرف برق در طول شب ، بتوان آب درون مخزن آن را در طول شب و با استفاده از فرآیند تبرید به یخ تبدیل نمود و در طول روز با مصرف کمترین انرژی و به کمک دمای پایین یخ ، آب مورد نیاز را سرد نمود. سوال مهمی که مطرح می شود این است که چرا مصرف برق آن کم است و آیس بانک چه مزایا و مشکلاتی دارد که در ادامه به همه آنها خواهیم پرداخت.

در واقع این سیستم یک سیستم ذخیره سازی انرژیه که در ساعات کم باری انرژی رو ذخیره میکنه و در ساعات اوج بار انرژی رو پس میده. برای درک بهتر موضوع این رو خدمتتون عرض کنم که این سیستم تقریبا شبیه یک باتری شارژی عمل میکنه و در ساعاتی انرژی رو در خودش ذخیره و در ساعاتی به سیستم پس میده.

تجهیزات اصلی دستگاه آیس بانک :

1 . حسگر تشخیص ضخامت یخ تشکیل شده روی لوله ها (کویل)

2 . مخزن دربرگیرنده کویل ها از جنس ورق فولاد ضد زنگ

3 . عایق کاری دیواره های مخزن با عایق های پلی یورتان

4 . اواپراتور لوله ای مارپیچی از جنس مس برای مبردهای فریونی (یا فولادی برای مبردهای آمونیاکی)

5 . پمپ و لوله های ورود و خروج آب

6 . سیستم کنترلر دستگاه

7 . سیستم تغذیه هوا و توزیع هوا و آب

8 . تجهیزات سیکل تبرید از جمله کمپرسور ، آکومولاتور ، کندانسور ، فن ، شیر انبساط و … به طور مستقل یا به همراه چیلر

سیستم آیس بانک از 2 بخش اصلی تشکیل می شود. یک بخش مطابق شکل بالا همان مخزن ایجاد و ذخیره یخ است و بخش دیگر تجهیزات سیکل تبرید (کمپرسور ، کندانسور ، شیر انبساط و اواپراتور) است که در این تجهیزات و در طی سیکل تبرید تراکمی، آب تا دمای زیر صفر (معمولا 5- درجه سانتی گراد) سرد می شود و سپس به مخزن ذخیره یخ منتقل می شود تا آب موجود در مخزن را به یخ تبدیل کند و دوباره به چیلر برگردد.

طرز کار آیس بانک به این شکل است که کویل های مسی یا صفحات اواپراتور درون مخزنی از آب که عایق کاری شده قرار گرفته و وقتی که مبرد سیکل تبرید (یا آب سرد 5- درجه) وارد کویل ها می شود با گرفتن گرمای آب اطراف کویل ، باعث تبدیل آب به یخ می شود. این عمل معمولا در شب که پیک اوج مصرف نیست انجام شده و در طول روز کم کم این یخ ذوب شده و آب سرد مورد نیاز برای سرمایش یک سیال دیگر در یک فرآیند صنعتی یا … تامین می شود. آب سرد با گرفتن حرارت از سیال دیگر رفته رفته گرم شده و مجددا به مخزن بازگردانده می شود تا در سیکل بعدی دوباره به یخ تبدیل شود. سیال دیگر (ثانویه) می تواند برای مثال شیر موجود در کارخانه لبنیات یا حتی هوای در گردش یک سردخانه و … باشد. بدین ترتیب مصرف برق آن کم شده و از مهمترین مزایا و ویژگی های دستگاه آیس بانک همین موضوع است.

آیس بانک را می توان به دو طریق طراحی و تولید نمود :

1 . به صورت کاملا مستقل و جداگانه

منظور از مستقل این است که خود دستگاه آیس بانک دارای تمام تجهیزات سیکل تبرید از جمله کمپرسور ، کندانسور ، شیر انبساط و … بوده و نیازی به چیلر نیست و 100 درصد توان سرمایشی مورد نیاز توسط آن تامین می شود. چنین طراحی خود مزایا و مشکلاتی دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد.

2 . به همراه چیلر

اگر آیس بانک به همراه چیلر طراحی و ساخته شود ، تجهیزات سیکل تبرید موجود در چیلر در طول شب فعال شده و با استفاده از فرآیند سیکل تبرید تراکمی منجر به یخ سازی در مخزن آیس بانک می شود و در طول روز هم اگر توان سرماسازی آیس بانک به حد کافی نرسید ، بخشی از توان کل چیلر فعال شده و به فرآیند سرمایش آب کمک می کند.

نکته اینکه در هر دو نوع طراحی مزایا و مشکلاتی وجود دارد ولی هر دو در نهایت باعث کم شدن مصرف برق می شود.

مطالعه بیشتر درباره چیلرها در متن ⇐ چیلر

دیگر مزایا و ویژگی های دستگاه آیس بانک عبارتند از :

1 . کاهش سایز تجهیزات سیکل تبرید

مزیت دیگر این دستگاه این است که چون توان سرمایشی یخ در طول روز تقریبا ثابت است و در طول شب به مرور زمان فرآیند یخ سازی شکل می گیرد ، سایزینگ و طراحی تجهیزات سیکل بر اساس ماکزیمم توان سرمایشی مورد نیاز در پیک مصرف انجام نمی شود و به تجهیزات کوچک تر و ارزان قیمت تری نیاز خواهد بود (البته باید این را هم در نظر داشت که از طرفی با افزوده شدن آیس بانک به چیلر ، هزینه اولیه سیستم به خاطر این تجهیزات بالاتر رفته و به نوعی با کاهش هزینه ناشی از کوچک تر شدن سایز تجهیزات چیلر جبران می شود). برای مثال اگر در محاسبات سیستم آیس بانک به همراه چیلر ، حداکثر ظرفیت سرمادهی آیس بانک در اوج مصرف طول روز را 40 درصد توان کل سرمایشی در نظر بگیریم ، تجهیزات چیلر باید طوری طراحی و انتخاب شود که حداقل 60 درصد توان کل بتواند به سرمایش آب مدار کمک کند.

2 . کاهش حجم مبرد

در نتیجه کاهش سایزینگ قطعات سیکل تبرید، مقدار گاز مبرد تزریقی به مدار نیز کم بوده و از این لحاظ آسیب کمتری به محیط زیست وارد می شود.

3 . کاهش فشار به شبکه برق کشور

در صورتی که از این سیستم به تعداد زیاد در صنعت و صنایع تهویه استفاده شود، به علت کم شدن مصرف برق در پیک ساعات مصرف، فشار کمتری به کل شبکه برق وارد شده و از خاموشی های سراسری کاسته می شود.

4 . کاهش دمای آب رفت چیلر

در اکثر مواقع دمای آب رفت (خروجی) چیلر 7 درجه سانتی گراد و دمای آب برگشت آن 12 درجه است ولی در سیستم آیس بانک و چیلر دمای آب رفت سردتر (کمتر از 7 درجه) خواهد بود و همین مسئله باعث کاهش سایز کویل دستگاه های مصرف کننده (مثل هواساز) و لوله کشی ها شده و در ضمن در پروژه هایی که نیاز است تا سرمایش به سرعت انجام شود، بهتر خواهد بود. این مورد هم از مزایا و برتری های سیستم ترکیبی چیلر و آیس بانک است.

5 . کوچک تر شدن سایز پست برق

طبیعتا با کاهش ظرفیت سیستم سرمایشی، به پست برق های کوچکتری برای تامین برق نیاز خواهد بود.

چرا و به چه شکل مصرف برق آن کم است؟

در شکل زیر مشاهده می کنید که چگونه مصرف برق با به کارگیری سیستم ذخیره سازی یخ در طول شبانه روز (24 ساعت) به طور پایدار و تقریبا 50 درصد حالت ماکزیمم مورد نیاز قرار گرفته و به لطف پایین تر بودن قیمت برق در نیمه های شب و اوایل روز منجر به کاهش هزینه های مصرف برق می شود. اگر در نمودار قرمز رنگ دقت کنید ، سیستم سرمایش در حالت بدون ذخیره سازی یخ فقط در ساعاتی از شبانه روز (ساعات کاری و مورد نیاز) فعال شده و در بقیه ساعات خاموش می شود ولی در حالت مجهز به ذخیره سازی یخ ، سیستم تقریبا در تمامی ساعات و با نصف توان کل کار می کند و در واقع مصرف برق در کل ساعات شبانه روز توزیع می شود. در واقع به این علت مصرف برق آن کم است که هزینه هر کیلووات ساعت مصرف برق در زمان پیک مصرف نسبت به سایر ساعات بیشتر بوده (متفاوت بودن تعرفه های مصرفی در ساعات مختلف) و به جای اینکه سیستم سرمایشی با تمام توان در ساعات پیک مصرف کار کند، مثلا با نیمی از توان در این ساعات کار کرده و نیم دیگر توان سرمایشی توسط یخ هایی که در طول ساعات عادی (غیر پیک) ایجاد شده اند، تامین می گردد.

در ضمن از دیگر عواملی که مصرف برق سیستم ترکیبی آیس بانک و چیلر را کم می کند این است که نیازی نیست که چیلر همواره در دمای بالای روز کار کند (چونکه دمای بالاتر محیط باعث کاهش راندمان می شود) و بخشی از توان کاری چیلر به شب منتقل می شود که دمای هوای محیط پایین تر بوده و راندمان دستگاه بیشتر می شود و از این نظر هم صرفه جویی صورت می گیرد.

مشکلات سیستم آیس بانک :

مهمترین مشکلاتی که سیستم آیس بانک دارد عبارتند از :

1 . در برخی از پروژه ها با توجه به امکانات و آپشن های مورد نیاز ، طراحی سیستم پیچیده شده و قیمت آن می تواند نسبت به سیستم چیلر بالاتر باشد. 

2 . نیاز به فضای زیاد برای نصب تجهیزات دارد.

3 . نیاز به تکنسین نگهدار آموزش دیده دارد.

4 . مشکلات ناشی از رسوب آب در سیستم وجود دارد.

5 . یکی دیگر از مشکلاتی که آیس بانک دارد این است که نسبت به تغییرات احتمالی بار بسیار حساس است. یعنی اینکه برای مثال اگر دمای اوج مصرف به هر دلیلی افزایش یابد و یا اینکه مدت زمان اوج مصرف بیشتر از حد طراحی طول بکشد، یخ مخزن پاسخگوی نیاز سرمایشی نبوده و عملکرد سیستم افت می کند ولی در سیستمی مثل چیلر معمولا چنین حساسیتی بسیار کمتر بوده و دستگاه می تواند ساعت های بیشتری را در اوج مصرف (با طولانی تر شدن ساعات اوج مصرف) کار کند و توان برودتی مورد نیاز را تامین کند.

6 . برای ایجاد یخ در مخزن باید دمای آب خروجی از قسمت اواپراتور چیلر آیس بانک (یا خود آیس بانک) زیر صفر باشد. در حالت عادی دمای خروجی آب چیلرها در اواپراتور حدودا 7 درجه سانتی گراد است ولی برای ایجاد آب زیر صفر باید محلول ضد یخ به آب افزوده شود که در نتیجه به 2 علت راندمان سیکل تبرید تراکمی کاهش می یابد. اول اینکه افزودن هر چه بیشتر ضد یخ به آب باعث کاهش ضریب انتقال حرارت آب شده و دوم اینکه پایین تر بودن دمای آب باعث می شود که انتقال حرارت بین مبرد و آب کمتر شده و راندمان سیستم و در نتیجه COP آن کاهش یابد. قسمت چیلر سیستم آیس بانک دقیقا مثل شکل زیر است که در آن آب سرد شده و به کویل مخزن ذخیره یخ فرستاده می شود تا یخ ایجاد شود. وقتی به این آب محلول ضد یخ اضافه شود یا دمای آب کمتر شود، راندمان سیستم کاهش می یابد. منظور از آبگرم در شکل زیر همان آب برگشتی از کویل مخزن ذخیره یخ است.

کاربرد آیس بانک :

بیشترین کاربرد این سیستم در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی ، لبنیاتی ، آشامیدنی ، تولید آبمیوه و کنسانتره جهت پاستوریزه کردن محصولات در دمای پایین و صنایع دارویی ، شیمیایی و سردخانه و نیز تهویه ساختمان های بزرگ تجاری (به خاطر کاهش مصرف برق در پیک بار) بوده و کمتر به عنوان سیستم تهویه ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال در تهویه ساختمان های بزرگ تجاری در کنار چیلرها از آیس بانک هم می توان استفاده نمود. به طوریکه چیلرها در طول ساعاتی که پاساژ فعال نبوده یا به سیستم تهویه نیاز ندارد ، عمل یخ سازی را انجام داده و در طول ساعاتی کاری پاساژ به کمک یخ در حال ذوب ، سرمایش سیستم تهویه را فراهم می کند و بنابرین در این ساعات با مصرف انرژی کمتری وظیفه خود را انجام می دهد. در نتیجه در چنین صنایع و کاربردهایی برای کم کردن مصرف برق از دستگاه آیس بانک به طور مستقل یا به همراه چیلر استفاده می شود تا بتوان از مزایای آن بهره برد.

همچنین برای مثال در فرآیند پاستوریزه کردن لبنیات ، ثابت بودن دما و مدت زمانی که این دما می تواند ثابت باقی بماند بسیار حائز اهمیت بوده که دستگاه آیس بانک می تواند به خوبی این دمای ثابت را به مدت طولانی در اختیار قرار دهد که از جمله مزایا و ویژگی های کاربرد این دستگاه در این صنعت محسوب می شود.

این مقاله یک مقاله آموزشی برای معرفی این سیستم است. شرکت ماخ طراح و تولید کننده انواع چیلر ، هواساز ، روفتاپ پکیج و … بوده و هر گونه سوالی در این زمینه داشتید می توانید با مهندسان ما تماس بگیرید.

مطالعه درباره سیستم های سرمایش فری کولینگ در متن ⇐ فری کولینگ چیست ؟

⇓⇓⇓ مطالعه بیشتر درباره انواع چیلرهای تراکمی ⇓⇓⇓

چیلر تراکمی هوا خنک

چیلر تراکمی آب خنک