Кондиционеры обычно требуют огромного количества энергии, когда солнце печет сильнее всего. Этот всплеск создает пиковую нагрузку, которая напрягает энергосеть, повышает стоимость услуг и иногда приводит к перепадам напряжения. Существует более разумный способ борьбы с жарой. Системы охлаждения в непиковые часы переносят основную работу на середину ночи, когда электричество дешевое и его в избытке.
Речь идет не просто об экономии нескольких долларов на ежемесячном счете. Это вопрос стабилизации энергосети и сокращения выбросов парниковых газов. Энергетические компании часто вынуждены запускать неэффективные и «грязные» резервные электростанции для удовлетворения пикового спроса. Они также покупают электроэнергию по завышенным ценам у других сетей. Перенося нагрузку на непиковые часы, вы помогаете избежать этих дорогостоящих и вредных мер. В результате энергосеть становится более эффективной, а общее потребление энергии снижается.
Механика теплового накопления
Как бак со льдом охлаждает ваш дом, когда на улице 95 градусов по Фаренгейту? Концепция основана на накоплении тепловой энергии (TES). Система использует электричество для замораживания воды внутри специальных изолированных резервуаров. Эти резервуары содержат змеевики, заполненные смесью этиленгликоля или пропиленгликоля и воды. Эта смесь сильно охлаждается до температур значительно ниже нуля в ночное время. Этот процесс называется зарядкой.
После того как вода полностью замерзает, система переходит в режим ожидания. Поддержание льда в холодном состоянии требует очень мало энергии до тех пор, пока не наступит светлое время суток.
Когда восходит солнце и здание нагревается, включается кондиционер. Охлажденный гликоль циркулирует через резервуары, заполненные льдом. Он поглощает тепло из воздуха в здании, поддерживая прохладу внутри. По мере циркуляции гликоль немного нагревается, расплавляя часть льда. Этот обмен тепла на холод является основой процесса охлаждения. К вечеру лед тает, и система снова заряжается. Чиллер замораживает воду, подготавливая систему к следующему жаркому дню.
Охлаждение в непиковые часы не просто перераспределяет спрос. Оно создает стабильную среду охлаждения, которая обеспечивает ту же мощность при меньшем общем потреблении энергии.
Жилые и коммерческие применения
На протяжении десятилетий эта технология была прерогативой крупных коммерческих зданий. Офисным комплексам, больницам и школам требовались мощные чиллеры и большие резервуары. Модернизация существующих построек была дорогой и сложной. Для этих резервуаров требовались огромные пространства.
Время изменилось. Более новые системы меньше по размеру и более экономически эффективны. Они разрабатываются специально для жилищного использования. Эти современные агрегаты могут устанавливаться практически в любом месте. Некоторые из них закапываются под землю. Другие помещаются в гараж или подвал. Эта доступность делает охлаждение в непиковые часы жизнеспособным вариантом для домовладельцев, которые хотят сократить привычки, приводящие к перерасходу энергии.
Не все системы одинаковы. Некоторые комплексы используют частичные системы. Они покрывают только часть своих потребностей в охлаждении за счет непикового накопления. Остальная часть обеспечивается чиллерами, работающими в часы пик. Такие частичные установки имеют более высокие эксплуатационные расходы, поскольку электроэнергия в дневное время дорогая. Однако первоначальные капитальные затраты ниже. Вы можете выбрать чиллеры меньшей мощности, что делает само оборудование дешевле.
Стоит ли этих инвестиций?
Основным преимуществом этой технологии является финансовое. Основная часть экономии достигается за счет использования более низких тарифов на электроэнергию ночью. Тарифы на электроэнергию часто имеют структуру, зависящую от времени суток. Непиковые тарифы могут быть значительно ниже пиковых. Если вы заряжаете свой «ледяной банк», когда электричество дешевое, то днем вы используете для охлаждения накопленную энергию.
Но вот подвох. Ценность охлаждения в непиковые часы зависит от того, как энергетические компании продают энергию сегодня. Если структура тарифов изменится, эта экономия может исчезнуть. Денежная выгода заключается не в самом оборудовании. Она заключается в арбитраже ценообразования, зависящего от времени.
Прежде чем начинать демонтаж в подвале, изучите местные тарифы вашей коммунальной службы. Есть ли у них значительная разница между пиковыми и непиковыми тарифами? Если нет, то экономическая целесообразность может быть под вопросом. Технология работает независимо от вашего счета, но экономия зависит исключительно от энергосети.
В следующем разделе мы подробнее рассмотрим конкретные компоненты и то, как они вписываются в жилую установку.
Масштабирование систем хранения льда
Забудьте о массивных полиэтиленовых резервуарах, которые можно увидеть на промышленных предприятиях. Новые технологии ночного охлаждения становятся компактнее. Теперь системы теплового хранения можно установить в небольших коммерческих помещениях и даже в частных домах. Цель та же: разгрузка энергосети, но с меньшим занимаемым пространством.
Расчет размеров такой системы — это не магия, а математика. Одна тонна охлаждения равна 12 000 БТЕ в час. Этого достаточно для охлаждения примерно 500 квадратных футов площади пола. Если площадь вашего здания составляет 2 500 квадратных футов, вам потребуется нагрузка мощностью 5 тонн. Здесь все просто. Но вот с оборудованием дело обстоит интереснее.
Возьмем Ice Bear 50 от компании Ice Energy. Он предназначен для небольших офисов или больших домов. Его можно закрепить на крыше или разделить на части. Он подключается к вашей существующей системе воздуховодов. Полной замены системы не требуется. Он накапливает холод, эквивалентный 30 тонно-часам. Может выдерживать пиковую нагрузку в 5 тонн. Компания Ice Energy утверждает, что вы можете снизить пиковое энергопотребление на 95% уже с первого дня. Тот факт, что вы производите лед в 3 часа ночи, не означает, что ваши счета за электроэнергию взлетят до небес в 3 часа дня.
Стоимость варьируется. От 4 000 долларов в самом дешевом варианте до 18 000 долларов, если ваша система HVAC сложна. Это зависит от специфики установки.
Модернизация без головной боли
Не готовы заменять весь блок кондиционера? Компания IceCycle предлагает модель Retro. Она предназначена для модернизации. Подходит для установки на крыше или сплит-систем. Использует вашу текущую установку для перехода на ночное охлаждение. Менее инвазивный метод. Более быстрая установка.
Затем идет CALMAC. Обычно они работают с крупными клиентами, такими как IBM, McDonald’s и Marriott. Но теперь они выходят на рынок больших жилых зон с моделью ICE-BANK 1045 C. Это резервуар мощностью 45 тонно-часов. Это серьезная емкость для большого дома или многоэтажного здания.
Почему именно сейчас? Деньги говорят сами за себя
Зачем этим заниматься? Из-за денег. А именно, чтобы избежать пиковых тарифов.
Энергетические компании активно продвигают эту идею. В таких местах, как Южная Калифорния, тарифы с учетом времени суток наказывают вас за потребление энергии в пиковые часы. Пиковые платежи сильно бьют по бизнесу. Но если изменить подход? Некоторые энергокомпании оплатят стоимость оборудования. Они предлагают значительные скидки на электроэнергию, если вы перейдете на ночное потребление. Это финансовый стимул, который действительно имеет смысл.
Жилые клиенты не остаются в стороне. Тарифы с учетом времени суток становятся стандартом. По мере роста спроса на электроэнергию, их будет становиться все больше.
Крайний срок для R22
Вот главный фактор. С 1 января 2010 года хладагент R22 выводится из эксплуатации. Если ваш кондиционер использует R22, вы работаете на заимствованном времени. Вам понадобится R410A. Более экологичный вариант. Но переход обходится дорого. Если испарителю или конденсатору требуется обслуживание, вам придется столкнуться с дорогостоящей конверсией.
Это идеальный момент, чтобы рассмотреть альтернативы ночного охлаждения. Не просто заделывайте утечку. Подумайте о том, как вы охлаждаете воздух изначально.
«Холодные» крыши: другой подход
Не все хотят хранить лед. Некоторые хотят отражать тепло.
Возьмем Night Sky Project. Ричард Борн получил грант Министерства энергетики США для тестирования системы, установленной на крыше. Она использует воду. Система распыляет воду на крышу ночью. Прохладный ночной воздух охлаждает ее. Днем такая охлажденная крыша поглощает меньше тепла.
Они тестировали ее на плоских и низкоуклонных крышах. Результаты? Пиковая потребность в охлаждении снизилась на 50–90%. Проанализировано пять систем. Все показали значительный прирост эффективности.
Прогноз? Это может удвоить срок службы вашей крыши. Меньшее термическое напряжение. Меньшее расширение и сжатие.
Это касается не только экономии денег. Это переосмысление того, как мы определяем мощность. Нам не всегда нужно больше генерации. Иногда нам просто нужно дождаться ночи.
Где углубиться
Если вы уже по уши в пыли от гипсокартона или смотрите на таблицу с предложениями подрядчиков, возможно, стоит на секунду остановиться. Кроличья нора ремонта дома глубока. Вот несколько конкретных тем, которые хорошо дополняют рассмотренные нами концепции аккумулирования тепла:
- Как устроены планировки домов : понимание потоков воздуха и пространственной логики до того, как вы начнете сносить стены.
- Как работают кровельные материалы : поскольку лучистые барьеры и ночное охлаждение часто начинаются со способности вашей крыши отводить тепло.
- Как работает пластик Formica : если вы рассматриваете бюджетные варианты обновления поверхностей, пока принимаете решения по системам HVAC.
- Как работают гранитные столешницы : потому что вы, скорее всего, замените столешницы, пока дом пуст и тих.
- Установка душевых и ванновых ограждений из стекловолокна : самый распространенный проект «мокрой зоны» своими руками, не требующий никаких конструктивных изменений.
Исходный код
Мы не брали эти цифры с потолка. Данные об аккумулировании тепловой энергии, охлаждении в непиковые часы и управлении нагрузкой в жилых домах получены из смеси государственных исследований, отраслевых белых книг и технических обзоров.
Ключевые ссылки включают отчеты Министерства энергетики США о технологиях кровли и тепловом потенциале. Мы изучили, как такие системы, как Icebank от Calmac и Ice Bear от Ice Energy, фактически накапливают холод в виде льда для снижения пиковых нагрузок. Также есть надежная информация о внедрении таких решений в жилом секторе от Checket-Hanks Barb и Stephani L. Miller.
Что касается финансовой стороны, Gregory H. Katz и Martin LaMonica разбирают соотношение затрат и выгод. Если вы хотите увидеть, как это масштабируется за пределы частного дома, ознакомьтесь с проектом Night Wind, тестирующим хранение электроэнергии на складах.
Главный вывод? Это не просто теория. Это инженерные решения, которые уже были протестированы на федеральных объектах, в фундаментах и домах. Оборудование существует. Вопрос лишь в том, справится ли с этим ваша электросеть и справится ли с этим ваш кошелек.
