Охлаждение источника глубоководной воды

В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения ) В статье содержится список общих ссылок , но в ней отсутствуют соответствующие встроенные цитаты .Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Июль 2020 г. ) (Learn how and when to remove this message) This article needs to be updated. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (July 2020) (Learn how and when to remove this message)

Глубокое водяное охлаждение ( DWSC ) или глубоководное воздушное охлаждение — это форма воздушного охлаждения для охлаждения технологических и комфортных помещений, которая использует большой объем естественно холодной воды в качестве теплоотвода . Она использует воду температурой от 4 до 10 градусов по Цельсию, взятую из глубоких областей в озерах, океанах, водоносных слоях или реках, которая прокачивается через одну сторону теплообменника . С другой стороны теплообменника производится охлажденная вода. ^[1]

Вода имеет наибольшую плотность при 3,98 °C (39,16 °F) при стандартном атмосферном давлении. Таким образом, когда вода охлаждается ниже 3,98 °C, ее плотность увеличивается и она оседает ниже. Когда температура поднимается выше 3,98 °C, плотность воды также уменьшается и заставляет воду подниматься, поэтому летом озера теплее на поверхности. Сочетание этих двух эффектов означает, что дно большинства глубоких водоемов, расположенных далеко от экваториальных регионов, имеет постоянную температуру 3,98 °C.

Кондиционеры — это тепловые насосы . Летом, когда температура наружного воздуха выше, чем температура внутри здания, кондиционеры используют электричество для передачи тепла из более прохладного внутреннего пространства здания в более теплую внешнюю среду. Этот процесс использует электрическую энергию.

В отличие от бытовых кондиционеров, большинство современных коммерческих систем кондиционирования воздуха не передают тепло непосредственно в наружный воздух. Термодинамическая эффективность всей системы может быть улучшена за счет использования испарительного охлаждения , когда температура охлаждающей воды снижается близко к температуре влажного термометра путем испарения в градирне . Эта охлажденная вода затем действует как теплоотвод для теплового насоса.

Охлаждение водой из глубокого озера использует холодную воду, закачиваемую со дна озера, в качестве радиатора для систем климат-контроля . Поскольку эффективность теплового насоса повышается по мере того, как радиатор становится холоднее, охлаждение водой из глубокого озера может снизить электропотребление крупных систем охлаждения, где это доступно. По своей концепции оно похоже на современные геотермальные радиаторы, но, как правило, его проще построить при наличии подходящего источника воды.

Охлаждение водой из глубокого озера обеспечивает более высокую термодинамическую эффективность за счет использования холодной воды из глубокого озера, которая холоднее, чем температура влажного термометра окружающей среды . Более высокая эффективность приводит к меньшему потреблению электроэнергии. Для многих зданий вода из озера достаточно холодная, чтобы холодильная часть систем кондиционирования воздуха могла быть отключена при некоторых условиях окружающей среды, а внутреннее тепло здания может передаваться непосредственно в радиатор воды из озера. Это называется «свободным охлаждением», но на самом деле оно не бесплатное, поскольку насосы и вентиляторы работают для циркуляции воды из озера и воздуха здания.

Еще одним преимуществом охлаждения водой из глубоководных озер является экономия энергии в периоды пиковой нагрузки, например, летом после обеда, когда значительная часть общей нагрузки электросети приходится на кондиционирование воздуха.

Охлаждение с использованием глубинных источников воды очень энергоэффективно, требуя всего 1/10 от среднего энергопотребления, необходимого для обычных систем охлаждения. ^[1] Следовательно, можно ожидать, что его эксплуатационные расходы будут намного ниже.

Источник энергии очень локальный и полностью возобновляемый, при условии, что вода и тепло, отбрасываемые в окружающую среду (часто в то же озеро или близлежащую реку), не нарушают естественные циклы. Он не использует озоноразрушающие хладагенты .

В зависимости от потребности здания в охлаждении и местной погоды, глубоководное охлаждение часто может удовлетворить всю часть потребности здания в охлаждении, устраняя зависимость здания от механического охлаждения, обеспечиваемого чиллером . Это не только снижает потребность здания в электроэнергии (или потребность в паре для приложений, использующих абсорбционное охлаждение ), но и сокращает зависимость от испарительных градирен , которые часто могут быть средой обитания смертельной бактерии Legionella pneumophila . Тем не менее, операторы зданий должны придерживаться и практиковать правильные процедуры дезинфекции перед повторным запуском любых градирен, которые оставались бездействующими в прохладные дни, когда глубоководное охлаждение могло удовлетворить потребность здания в охлаждении.

В зависимости от потребностей и температуры воды можно рассмотреть возможность сочетания нагрева и охлаждения. Например, сначала тепло может быть извлечено из воды (что сделает ее холоднее); а затем та же вода может быть направлена ​​в холодильную установку для использования для еще более эффективного производства холода.

Температура озера редко существенно изменяется этими системами. В Европе отопление и охлаждение на основе озера может сэкономить 0,8 ТВт·ч в год и является наиболее перспективным в Италии, Германии, Турции и Швейцарии. ^[2]

Охлаждение глубинного источника воды требует большого и глубокого количества воды в окружающей среде. Для получения воды в диапазоне от 3 до 6 °C (от 37 до 43 °F) обычно требуется глубина от 50 до 70 м (от 160 до 230 футов), в зависимости от местных условий.

Установка системы является дорогостоящей и трудоемкой. Система также требует большого количества исходного материала для своего строительства и размещения.

Хотя в некоторых источниках глубоководное охлаждение именуется «свободным охлаждением», значительное количество энергии (обычно электрической) расходуется на работу насосов с достаточным напором для преодоления трения и незначительных потерь в распределительных трубопроводах и любых теплообменниках.

В одном исследовании было установлено, что озера в Европе могут экономически удовлетворить лишь около 17% потребностей в охлаждении и 7% комбинированных потребностей в отоплении и охлаждении в близлежащих районах. ^[2]

Система охлаждения источника озера Корнеллского университета использует озеро Каюга в качестве радиатора для работы центральной системы охлажденной воды для своего кампуса, а также для охлаждения школьного округа города Итака . ^[3] Система работает с лета 2000 года и была построена за 55–60 миллионов долларов. Она охлаждает нагрузку в 14 500 тонн (51 мегаватт ). Впускная труба системы имеет длину 3200 м (10 500 футов) и диаметр трубы 1600 мм (63 дюйма), установлена ​​на глубине 229 м (751 фут), обеспечивая доступ к температуре воды от 3 до 5 °C (37–41 °F). Вода возвращается в озеро через выпускную трубу диаметром 1200 мм (47 дюймов) и длиной 780 м (2560 футов). Для проекта была выбрана труба Sclairpipe, изготовленная из полипропилена высокой плотности (HDPE). Предполагаемая экономия составляет 80% сокращения ископаемого топлива, которое ранее требовалось для работы обычной электрической системы охлаждения.

С августа 2004 года система охлаждения воды глубокого озера эксплуатируется корпорацией Enwave Energy в Торонто , Онтарио . ^[4] Она забирает воду из озера Онтарио по трубам, простирающимся на 5 километров (3,1 мили) в озеро, достигая глубины 83 метра (272 фута), где вода поддерживается на постоянном уровне 4 °C, ее температура защищена слоем воды над ней, называемым термоклином. Система охлаждения воды глубокого озера является частью интегрированной системы централизованного охлаждения , которая охватывает финансовый район Торонто и имеет мощность охлаждения 59 000 тонн (207 МВт). В настоящее время система имеет достаточную мощность для охлаждения 40 000 000 квадратных футов (3 700 000 м ² ) офисных помещений. ^[5]

Установленная линия забора охлаждающей воды глубокого озера имела диаметр 1600 мм (63 дюйма), длину 15 000 м (49 000 футов) и была установлена ​​на глубине 85 м (279 футов), что позволяло получать воду с температурой от 3 до 5 °C (от 37 до 41 °F). Выбранная труба была Sclairpipe, изготовленная из смолы полиэтилена высокой плотности (HDPE).

Вода, взятая из глубин озера Онтарио, не циркулирует напрямую через конечные кондиционеры внутри зданий. Вместо этого вода из озера циркулирует через набор теплообменников замкнутого цикла , чтобы обеспечить чистую передачу тепловой энергии от теплоносителя, возвращающегося из зданий в воду озера. Охлажденная вода внутри зданий является частью системы централизованного охлаждения замкнутого цикла, перекачиваемой из централизованного места, где установлены теплообменники, обратно в здания, где она может поглощать тепло от вентиляторных доводчиков, установленных для обеспечения скрытого и явного охлаждения пространства.

Холодная вода, забираемая из глубинных слоев озера Онтарио в системе Enwave, не возвращается непосредственно в озеро после прохождения через систему теплообмена. Вместо этого вода перекачивается на городскую установку фильтрации воды для очистки и распределения среди жилых и коммерческих пользователей.

Эта версия также известна как охлаждение океанской водой. Курорт InterContinental Resort and Thalasso-Spa на острове Бора-Бора использует систему кондиционирования воздуха с морской водой (SWAC) для кондиционирования воздуха в своих зданиях. Система достигает этого, пропуская холодную морскую воду через теплообменник, где она охлаждает пресную воду в замкнутой системе. Затем эта холодная пресная вода закачивается в здания и используется для охлаждения напрямую — никакого преобразования в электричество не происходит. Аналогичные системы также установлены в отеле Excelsior ^[6] и главном здании Hong Kong and Shanghai Banking Corporation в Гонконге , а также в Лаборатории естественной энергии Гавайского управления . ^[7]

Системы кондиционирования воздуха с соленой водой использовались в Сиднейском Circular Quay и видных зданиях в гавани с момента появления коммерческих систем кондиционирования воздуха в 1960-х годах. К ним относятся здание AMP 'Palm Cove', внесенное в список объектов культурного наследия (построено в 1962 году), и Сиднейский оперный театр . ^{[8] [9]}

InterContinental Resort — крупнейшая на сегодняшний день система кондиционирования воздуха с использованием морской воды, хотя планируется построить несколько других, более крупных систем. ^[10] Honolulu Seawater Air Conditioning — проект, направленный на использование кондиционирования воздуха с использованием морской воды для обеспечения возобновляемого охлаждения коммерческих и жилых объектов в центре Гонолулу. ^[11] 19 декабря 2020 года Honolulu Seawater Air Conditioning объявила о завершении разработки и прекращении деятельности к концу января 2021 года. ^[12] Контрольный пакет акций Honolulu Seawater Air Conditioning принадлежит основателю eBay Пьеру Омидьяру из Ulupono Initiative . ^[13]

• Централизованное теплоснабжение  – Централизованная система распределения тепла
• Централизованное холодоснабжение  – подача охлажденной воды в здание, нуждающееся в охлаждении
• Естественное охлаждение  – использование низких температур наружного воздуха для охлаждения воды.
• Геотермальный тепловой насос  – система для передачи тепла в/из земли
• Кондиционирование воздуха с использованием морской воды
• Сезонное хранение тепловой энергии  – хранение тепла или холода в течение периодов до нескольких месяцев.
• Солнечный пруд  – солнечная тепловая энергия
• Энергия океана  – энергия, доступная из океанов
• Преобразование тепловой энергии океана  – Извлечение энергии из океана

• Судик, Дженнифер (15 января 2008 г.). «Новая установка охлаждения морской воды в разработке». Honolulu Star-Bulletin . Том 13, № 15. Архивировано из оригинала 20-11-2008 . Получено 26-04-2008 .
• Годвин, Тара (7 апреля 2005 г.). «Использование холодной морской воды для кондиционирования воздуха». Long Beach Press-Telegram . Associated Press – через NewsBank.

• Из глубин озера — взрыв прохлады для потребителей
• Обзор системы охлаждения источника озера Корнеллского университета и подробности о том, как она работает
• Компания Geocean, архив 21 июля 2020 г., Wayback Machine выполнила проектирование и установку системы SWAC для отеля Brando во Французской Полинезии.
• Компания Makai Ocean Engineering, архив 2014-02-01 в Wayback Machine, разработала системы SWAC в Бора-Бора (установлено), Коне (установлено) и Гонолулу, Гавайи, Реюньон, Кюрасао, Багамы, а также системы DWSC в Корнелльском университете и Торонто (обе установлены).