Stoccaggio del ghiaccio: Accumulo di energia e raffreddamento efficienti per l'industria e il commercio
Massime prestazioni di raffreddamento a basso consumo energetico
Un sistema di stoccaggio del ghiaccio è un dispositivo di accumulo di energia termica che fa congelare l'acqua in modo controllato. L'energia immagazzinata durante il cambiamento di fase viene successivamente utilizzata per fornire grandi quantità di raffreddamento in uno spazio compatto. Ciò consente di gestire i picchi di carico, di ridurre i costi operativi e di progettare in modo più efficiente i sistemi di refrigerazione.
I vantaggi in sintesi
- Raffreddamento rapido e affidabile grazie a temperature costanti dell'acqua ghiacciata a partire da 0,5°C
- Riduzione dei picchi di carico e dei costi di elettricità grazie all'utilizzo notturno dell'elettricità
- Struttura compatta e igienica (acciaio inox, facile da pulire)
- Flessibilità di adattamento ai sistemi di raffreddamento esistenti
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Che cos'è un sistema di stoccaggio del ghiaccio?
Un sistema di stoccaggio del ghiaccio è una soluzione di accumulo di energia termica che congela deliberatamente l'acqua e immagazzina l'energia termica latente risultante. Questa energia viene rilasciata quando è richiesto uno scongelamento mirato e viene utilizzata come energia di raffreddamento sotto forma di acqua ghiacciata (circa 0,5 °C). Ciò consente di tamponare i picchi di carico, ridurre i costi energetici e migliorare l'efficienza di refrigeratori e pompe di calore.
Principio di funzionamento del Sistema di stoccaggio del ghiaccio
Il cuore del sistema di stoccaggio del ghiaccio è un evaporatore installato all'interno di un serbatoio d'acqua. Durante il caricamento, un sistema di refrigerazione collegato rimuove il calore dall'acqua, causando la formazione di ghiaccio in modo uniforme sulle piastre dell'evaporatore. Durante l'operazione di raffreddamento, questo ghiaccio viene sciolto in modo controllato dall'acqua calda di ritorno o di processo. In questo modo si ottiene una temperatura costante dell'acqua ghiacciata, anche in presenza di una domanda molto variabile.
Fasi della conversione energetica
- Congelamento (fase di carica): Il refrigeratore estrae calore; sulle piastre si forma il ghiaccio.
- Raffreddamento (fase di scarico): L'acqua di ritorno scongela il ghiaccio, generando acqua ghiacciata a circa 0,5°C.
- Efficienza di stoccaggio: Fino a 84,9 kWh/m³ di capacità di accumulo sfruttando l'entalpia di fusione dell'acqua.
Efficienza economica e vantaggi dello stoccaggio del ghiaccio
L'utilizzo di sistemi di stoccaggio del ghiaccio offre alle aziende vantaggi sia economici che tecnici.
Riduzione dei costi operativi
- Utilizzo di tariffe elettriche notturne a basso costo per la ricarica
- Evitare i costosi picchi di carico
- Miglioramento del coefficiente di prestazione (COP) per i refrigeratori grazie alle temperature esterne notturne più basse
Riduzione degli investimenti
- Sono sufficienti refrigeratori più piccoli, poiché l'accumulo tampona i picchi di carico
- Si evita un inutile sovradimensionamento dei refrigeratori.
- È possibile l'installazione a posteriori nei sistemi esistenti
Vantaggi operativi
- Temperature dell'acqua costantemente basse fino alla fine del ciclo di scongelamento
- Tempi di reazione brevi in caso di aumento improvviso della domanda
- Igienico e di facile manutenzione: componenti in acciaio inox, design aperto, facile da pulire.
Sistemi di stoccaggio del ghiaccio combinati con pompe di calore
Il collegamento di un sistema di stoccaggio del ghiaccio con una pompa di calore ne amplia notevolmente le applicazioni:
- In modalità riscaldamento: La pompa di calore utilizza l'accumulatore di ghiaccio come efficiente fonte di calore.
- In modalità di raffreddamento: L'accumulo funge da serbatoio tampone per il raffreddamento di processi o ambienti.
- In combinazione con il solare termico o le energie rinnovabili: L'accumulo di energia stagionale diventa possibile
Grazie a questa soluzione ibrida, è possibile ottenere risparmi energetici fino al 50% nell'industria e nel commercio.
Campi di applicazione dei sistemi di stoccaggio del ghiaccio
I sistemi di stoccaggio del ghiaccio sono utilizzati in diversi settori industriali in cui è richiesto un raffreddamento affidabile o tecnologie combinate di riscaldamento e raffreddamento:
- Industria lattiero-casearia e alimentare (ad es. raffreddamento del latte e dell'acqua di fermentazione)
- Industria delle bevande
- Condizionamento dell'aria per uffici ed edifici commerciali
- Raffreddamento di processo nell'industria chimica e farmaceutica
- Gestione dell'energia in combinazione con fonti di energia rinnovabili
Combinazione con l'energia solare
L'integrazione di sistemi solari termici con un sistema di stoccaggio del ghiaccio consente di:
- Accumulo stagionale di energia per il riscaldamento e il raffrescamento
- Sfruttare l'elevata efficienza dei collettori solari termici (fino all'80% di efficienza)
- Un'applicazione più ampia negli edifici in cui non sono disponibili sonde a terra o acqua di falda.
In questo modo si crea un sistema energetico rigenerativo che copre le esigenze di riscaldamento e raffreddamento.
Panoramica tecnica – Stoccaggio del ghiaccio
Per ingegneri e progettisti, la panoramica che segue fornisce i dati tecnici e le proprietà più importanti in un colpo d'occhio:
- Dimensione dell'accumulo: 50 - 2000 kWh di energia frigorifera
- Temperatura dell'acqua ghiacciata: costante a circa 0,5°C
- Densità di accumulo: fino a 84,9 kWh/m³ a ΔT = 6 K
- Calore latente dell'acqua: 333 kJ/kg
- Materiale: Acciaio inox per un funzionamento duraturo e igienico
- Tipi di costruzione / dimensioni:
- Sistema compatto: 0.5 × 2.3 × 1.5 m
- Tipo A: 2,5 × 2,3 × 2,2 m
- Tipo B: fino a 10 × 2,3 × 2,2 m
- Refrigerante: Adatto a tutti i fluidi e le modalità operative più comuni, compreso il funzionamento in salamoia
- Integrazione: Come unità indipendente o in sistemi di raffreddamento già esistenti.
Conclusione – Stoccaggio del ghiaccio
Un sistema di stoccaggio del ghiaccio è una soluzione efficiente, economica e sostenibile per il raffreddamento e il riscaldamento nell'industria e nel commercio. Abbassa i costi operativi, riduce i picchi di carico e offre la massima affidabilità operativa, soprattutto se combinato con pompe di calore, energia solare e tariffe elettriche a basso costo.
Domande frequenti sullo stoccaggio del ghiaccio
Utilizzando un Refrigeratori Falling Film come preraffreddatore, si riduce la quantità di ghiaccio necessaria, con conseguente abbassamento della temperatura dell'acqua in ingresso al serbatoio di stoccaggio del ghiaccio. L'acqua viene immessa nel serbatoio inferiore, inizialmente in un tubo di miscelazione, quindi viene fatta circolare da una pompa verso il raffreddatore a film cadente a una portata costante. Per garantire la massima qualità degli alimenti e dei prodotti caseari, le prestazioni di raffreddamento non devono diminuire durante i picchi di domanda.
Un sensore situato tra le piastre dello scambiatore di calore consente di impostare lo spessore del ghiaccio desiderato. Il sensore invia un segnale a un controllore dello spessore del ghiaccio, che fornisce il segnale on/off al refrigeratore per il funzionamento. Se il deposito di ghiaccio viene consegnato con un refrigeratore già installato da noi, il sensore di spessore del ghiaccio è già stato testato. Tuttavia, dopo un funzionamento a lungo termine, possono verificarsi condizioni che non potevano essere simulate durante la prova. Pertanto, potrebbe essere necessario regolare nuovamente lo spessore del ghiaccio.
I collettori solari termici offrono un'efficienza molto più elevata, fino all'80%. In confronto, i moduli fotovoltaici hanno un'efficienza compresa tra il 14 e il 22%. Pertanto, con un sistema solare termico, è necessaria un'area di installazione molto inferiore, con un chiaro vantaggio rispetto al fotovoltaico. L'uso di un sistema di stoccaggio del ghiaccio in combinazione con l'energia solare consente di accumulare stagionalmente l'energia per l'uso di pompe di calore. Quando le sonde a terra non sono consentite, il terreno non è disponibile, l'acqua di falda non può essere utilizzata o una pompa di calore aria-acqua è esclusa, l'accumulo di ghiaccio è una buona opzione. Inoltre, il raffrescamento attivo degli ambienti in estate può essere un argomento interessante, soprattutto in considerazione dell'aumento delle temperature estive. Questo può rappresentare un'alternativa ragionevole anche nelle abitazioni residenziali. Il sistema di stoccaggio del ghiaccio è alimentato dall'energia solare e dal calore ambientale, che deriva dall'aria intorno ai collettori solari, dal calore naturale del terreno ed eventualmente da altre fonti come il recupero del calore delle acque reflue. Inoltre, è possibile sfruttare la notevole energia di cristallizzazione di 93 kWh/m³ rilasciata durante il cambiamento di fase dall'acqua al ghiaccio.
I collettori solari o gli assorbitori sono utilizzati come fonte di calore principale e per la rigenerazione del sistema di stoccaggio del ghiaccio. Questi collettori consentono di ottenere temperature di esercizio altamente efficienti ed efficaci. Utilizzando collettori non vetrati o una ventilazione attiva, è possibile sfruttare anche il calore dell'aria ambiente. La condensa sulla superficie del collettore contribuisce in modo significativo al guadagno di calore. Quando si utilizzano collettori vetrati e/o selettivi, il calore solare può anche essere utilizzato a temperature più elevate direttamente per il riscaldamento degli ambienti e/o l'acqua calda sanitaria.
I sistemi di stoccaggio del ghiaccio sono sempre più diffusi come soluzione alternativa per accumulare il calore stagionale in vari edifici residenziali e commerciali. In vista della riduzione della domanda di riscaldamento e dell'aumento del fabbisogno di raffreddamento con le energie rinnovabili, la tecnologia di accumulo del ghiaccio in combinazione con l'energia solare sta diventando sempre più importante.
Visualizzazione per la comprensione del principio di funzionamento di una banca del ghiaccio industriale
Quali sono i vantaggi della Batteria del ghiaccio industriale?
- temperatura dell'acqua ghiacciata molto stabile, inferiore a 1°C, fino alla fine del processo
- potenza frigorifera molto elevata per i picchi
- basso contenuto di refrigerante
- ritorno sicuro dell'olio
- completamentein acciaio inox
- design aperto, facile ispezione e pulizia
- possibilità diutilizzare i serbatoi esistenti
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