Klimatyzatory zazwyczaj wymagają ogromnych ilości energii, gdy słońce świeci najmocniej. Ten skok powoduje obciążenie szczytowe, które obciąża sieć, zwiększa koszty usług, a czasami prowadzi do skoków napięcia. Jest mądrzejszy sposób na pokonanie upału. Systemy chłodzenia poza szczytem przenoszą większość pracy na środek nocy, kiedy prąd jest tani i dostępny w dużych ilościach.
Nie chodzi tylko o zaoszczędzenie kilku dolarów na miesięcznym rachunku. Chodzi o stabilizację sieci energetycznej i ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Aby sprostać szczytowemu zapotrzebowaniu, przedsiębiorstwa energetyczne często zmuszone są do uruchamiania nieefektywnych i brudnych elektrowni rezerwowych. Kupują także energię elektryczną po zawyżonych cenach od innych sieci. Przenosząc obciążenie pracą na godziny pozaszczytowe, pomagasz uniknąć tych kosztownych i szkodliwych działań. W rezultacie sieć staje się bardziej wydajna, a ogólne zużycie energii zostaje zmniejszone.
Mechanika magazynowania ciepła
W jaki sposób zbiornik na lód chłodzi Twój dom, gdy na zewnątrz jest 35 stopni Fahrenheita? Koncepcja opiera się na magazynowaniu energii cieplnej (TES). System wykorzystuje energię elektryczną do zamrażania wody w specjalnych izolowanych zbiornikach. Zbiorniki te zawierają wężownice wypełnione mieszaniną glikolu etylenowego lub glikolu propylenowego i wody. Mieszaninę tę mocno schładza się w nocy do temperatur znacznie poniżej zera. Proces ten nazywa się ładowaniem.
Po całkowitym zamarznięciu wody system przechodzi w tryb czuwania. Utrzymanie mrozu wymaga bardzo małej ilości energii, aż do nadejścia światła dziennego.
Kiedy wschodzi słońce i budynek się nagrzewa, włącza się klimatyzacja. Ochłodzony glikol krąży w zbiornikach wypełnionych lodem. Pochłania ciepło z powietrza w budynku, utrzymując chłód w jego wnętrzu. Gdy glikol krąży, lekko się nagrzewa, topiąc część lodu. Ta wymiana ciepła na zimno jest podstawą procesu chłodzenia. Wieczorem lód topi się i system ponownie się ładuje. Agregat zamraża wodę, przygotowując system na kolejny gorący dzień.
Chłodzenie poza godzinami szczytu nie służy jedynie redystrybucji zapotrzebowania. Tworzy stabilne środowisko chłodzenia, które zapewnia tę samą moc przy mniejszym całkowitym zużyciu energii.
Zastosowania mieszkaniowe i komercyjne
Przez dziesięciolecia technologia ta była domeną dużych budynków komercyjnych. Kompleksy biurowe, szpitale i szkoły wymagały wydajnych agregatów chłodniczych i dużych zbiorników. Modernizacja istniejących konstrukcji była kosztowna i trudna. Zbiorniki te wymagały ogromnych przestrzeni.
Czas się zmienił. Nowsze systemy są mniejsze i bardziej opłacalne. Zostały opracowane specjalnie do użytku domowego. Te nowoczesne jednostki można zainstalować niemal wszędzie. Część z nich jest zakopana pod ziemią. Inne umieszcza się w garażu lub piwnicy. Ta przystępna cena sprawia, że chłodzenie poza szczytem jest realną opcją dla właścicieli domów, którzy chcą ograniczyć nawyki związane z marnowaniem energii.
Nie wszystkie systemy są takie same. Niektóre kompleksy wykorzystują systemy częściowe. Pokrywają jedynie część swojego zapotrzebowania na chłodzenie poprzez magazynowanie poza szczytem. Resztę zapewniają chillery pracujące w godzinach szczytu. Takie częściowe instalacje wiążą się z wyższymi kosztami operacyjnymi, ponieważ energia elektryczna w ciągu dnia jest droga. Jednak początkowe koszty kapitału są niższe. Można wybrać agregaty chłodnicze o mniejszej mocy, co sprawia, że sam sprzęt jest tańszy.
Czy warto inwestować?
Główną zaletą tej technologii są finanse. Większość oszczędności wynika z niższych stawek za energię elektryczną w nocy. Ceny energii elektrycznej często ustalane są w zależności od pory dnia. Stawki poza szczytem mogą być znacznie niższe niż stawki w godzinach szczytu. Jeśli ładujesz zbiornik lodu, gdy prąd jest tani, wykorzystujesz zmagazynowaną energię do chłodzenia w ciągu dnia.
Ale tu jest haczyk. Wartość chłodzenia poza godzinami szczytu zależy od tego, jak dziś przedsiębiorstwa energetyczne sprzedają energię. Jeżeli zmieni się struktura stawek, oszczędności te mogą zniknąć. Korzyść pieniężna nie leży w samym sprzęcie. Polega ona na arbitrażu cenowym zależnym od czasu.
Zanim rozpoczniesz rozbiórkę piwnicy, sprawdź lokalne stawki swojego zakładu użyteczności publicznej. Czy jest znacząca różnica pomiędzy stawkami w godzinach szczytu i poza szczytem? Jeżeli nie, wówczas ekonomiczna wykonalność może stanąć pod znakiem zapytania. Technologia działa niezależnie od rachunku, ale oszczędności zależą wyłącznie od sieci.
W następnej sekcji przyjrzymy się bliżej konkretnym komponentom i sposobowi ich dopasowania do instalacji domowej.
Systemy przechowywania lodu w kamieniach
Zapomnij o ogromnych zbiornikach polietylenowych, które widzisz w zakładach przemysłowych. Nowe technologie chłodzenia nocnego stają się coraz bardziej kompaktowe. Systemy akumulacji ciepła można obecnie instalować w małych przestrzeniach komercyjnych, a nawet w domach prywatnych. Cel jest ten sam: odciążenie sieci energetycznej, ale przy mniejszej zajmowanej przestrzeni.
Obliczanie wielkości takiego układu to nie magia, ale matematyka. Jedna tona sprzętu chłodniczego to 12 000 BTU na godzinę. To wystarczy, aby schłodzić około 500 stóp kwadratowych powierzchni. Jeśli Twój budynek ma powierzchnię 2500 stóp kwadratowych, będziesz potrzebować ładunku o masie 5 ton. Tutaj wszystko jest proste. Ale ze sprzętem sprawy są bardziej interesujące.
Weźmy Ice Bear 50 z Ice Energy. Przeznaczony jest do małych biur lub dużych domów. Można go przymocować do dachu lub podzielić na części. Łączy się z istniejącym systemem kanałów. Nie jest wymagana całkowita wymiana systemu. Gromadzi chłód odpowiadający 30 tonogodzinom. Wytrzymuje maksymalne obciążenie 5 ton. Ice Energy twierdzi, że możesz zmniejszyć szczytowe zużycie energii o 95% od pierwszego dnia. To, że robisz lód o 3:00 w nocy, nie oznacza, że Twoje rachunki za energię gwałtownie wzrosną o 15:00.
Koszt jest różny. Od 4000 USD za najtańszą opcję do 18 000 USD, jeśli Twój system HVAC jest złożony. Zależy to od specyfiki instalacji.
Aktualizacja bez problemów
Nie jesteś gotowy na wymianę całego modułu klimatyzacji? IceCycle oferuje model Retro. Przeznaczony jest do modernizacji. Nadaje się do montażu na dachu lub w systemach dzielonych. Używa bieżącego ustawienia do przełączenia na chłodzenie nocne. Mniej inwazyjna metoda. Szybsza instalacja.
Następny jest CALMAC. Zwykle współpracują z dużymi klientami, takimi jak IBM, McDonald’s i Marriott. Ale teraz wkraczają na duży rynek mieszkaniowy z ICE-BANK 1045 C. Jest to zbiornik o nośności 45 ton na godzinę. Jest to poważna pojemność w przypadku dużego domu lub budynku wielopiętrowego.
Dlaczego teraz? Pieniądze mówią same za siebie
Dlaczego to zrobić? Z powodu pieniędzy. Mianowicie, aby uniknąć taryf szczytowych.
Spółki energetyczne aktywnie promują tę ideę. W miejscach takich jak Południowa Kalifornia taryfy zależne od pory dnia stanowią karę za zużycie energii w godzinach szczytu. Szczyt płatności mocno uderza w firmy. A co jeśli zmienimy podejście? Niektóre przedsiębiorstwa energetyczne pokryją koszty sprzętu. Oferują znaczne zniżki na energię elektryczną, jeśli przejdziesz na zużycie nocne. Jest to zachęta finansowa, która faktycznie ma sens.
Klienci indywidualni nie są pomijani. Taryfy zależne od pory dnia stają się standardem. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną będzie ich coraz więcej.
Termin dla R22
To jest główny czynnik. Od 1 stycznia 2010 r. wycofujemy czynnik chłodniczy R22. Jeśli Twój klimatyzator wykorzystuje R22, korzystasz z pożyczonego czasu. Będziesz potrzebował R410A. Opcja bardziej przyjazna dla środowiska. Ale przejście ma swoją cenę. Jeżeli parownik lub skraplacz wymaga konserwacji, czeka Cię kosztowna przeróbka.
To doskonały moment, aby rozważyć alternatywne rozwiązania umożliwiające chłodzenie w nocy. Nie zatykaj tylko wycieku. Zastanów się, jak na początku schładzasz powietrze.
„Zimne” dachy: inne podejście
Nie każdy chce przechowywać lód. Niektórzy chcą odbijać ciepło.
Weźmy Projekt Night Sky. Richard Bourne otrzymał grant Departamentu Energii USA na przetestowanie systemu dachowego. Ona używa wody. System w nocy zrasza dach wodą. Chłodne nocne powietrze ją chłodzi. W ciągu dnia tak wychłodzony dach pochłania mniej ciepła.
Testowali go na dachach płaskich i o niskim nachyleniu. Wyniki? Szczytowe zapotrzebowanie na chłodzenie zostało zmniejszone o 50–90%. Przeanalizowano pięć systemów. Wszystkie wykazały znaczny wzrost wydajności.
Prognoza? Może to podwoić żywotność dachu. Mniejszy stres termiczny. Mniejsze rozszerzanie i kurczenie się.
Tu nie chodzi tylko o oszczędzanie pieniędzy. To ponowne przemyślenie tego, jak definiujemy władzę. Nie zawsze potrzebujemy więcej generacji. Czasami musimy po prostu poczekać na noc.
Gdzie zejść głębiej
Jeśli już jesteś po uszy w kurzu z płyt kartonowo-gipsowych lub wpatrujesz się w arkusz kalkulacyjny z ofertami wykonawców, możesz zatrzymać się na chwilę. Królicza nora przy remoncie domu jest głęboka. Oto kilka konkretnych tematów, które uzupełniają omówione dotychczas koncepcje magazynowania ciepła:
- Jak działają układy domów : Zrozumienie przepływu powietrza i logiki przestrzennej, zanim zaczniesz burzyć ściany.
- Jak działają pokrycia dachowe : Ponieważ bariery promiennikowe i nocne chłodzenie często zaczynają się od zdolności dachu do odprowadzania ciepła.
- Jak działa Formica : Jeśli rozważasz niedrogie opcje wymiany nawierzchni podczas podejmowania decyzji dotyczących HVAC.
- Jak działają blaty granitowe : Ponieważ najprawdopodobniej wymienisz blaty, gdy dom jest pusty i cichy.
- Montaż kabin prysznicowych i wanien z włókna szklanego : Najpopularniejszy projekt DIY dotyczący obszarów mokrych, który nie wymaga żadnych zmian konstrukcyjnych.
Kod źródłowy
Nie wzięliśmy tych liczb z powietrza. Dane dotyczące magazynowania energii cieplnej w budynkach mieszkalnych, chłodzenia poza szczytem i zarządzania obciążeniem pochodzą z szeregu badań rządowych, oficjalnych dokumentów branżowych i przeglądów technicznych.
Kluczowe odniesienia obejmują raporty Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych dotyczące technologii pokryć dachowych i potencjału cieplnego. Zbadaliśmy, w jaki sposób systemy takie jak Icebank firmy Calmac i Ice Bear firmy Ice Energy faktycznie magazynują chłód w postaci lodu, aby zmniejszyć obciążenia szczytowe. Wiarygodne informacje na temat wdrażania tego typu rozwiązań w sektorze mieszkaniowym pochodzą także od Checket-Hanks Barb i Stephani L. Miller.
Jeśli chodzi o kwestie finansowe, Gregory H. Katz i Martin LaMonica przedstawiają równanie kosztów i korzyści. Jeśli chcesz zobaczyć, jak to skaluje się poza domem, zapoznaj się z projektem Night Wind testującym magazynowanie energii elektrycznej w magazynach.
Główne danie na wynos? To nie jest tylko teoria. Są to rozwiązania inżynieryjne, które zostały już przetestowane na obiektach federalnych, fundamentach i domach. Sprzęt istnieje. Pytanie tylko, czy Twoja sieć energetyczna sobie z tym poradzi i czy Twój portfel sobie z tym poradzi.
