Application of cold supply systems with ice accumulators

Full Text

На пивоварне небольшого немецкого городка Циттау, издавна славящейся высококачественным пивом, начали готовить пиво по новой, стремительно распространяющейся по всем европейским странам технологии быстрого созревания. По этой технологии небольшие пивоваренные установки должны располагаться рядом с крупными потребителями пива - пивными залами, ресторанами, поскольку сваренное в них пиво должно быстро доходить до конечного потребителя. Одним из самых главных требований этой прогрессивной технологии является охлаждение свежего пива ниже 0ºС, что и обеспечивает высокое качество продукта. Это особенно важно для г. Циттау, поскольку рядом находится Чешская Республика, традиционно экспортирующая свое пиво по всей Германии.

Этим пивоваренным предприятием был объявлен тендер, в ходе которого рассматривались разные схемы и варианты комплектации холодильных установок, в том числе и с применением льдоаккумуляторов различных фирм. В результате обсуждения было принято решение использовать водоохлаждающую установку с панельными льдоаккумуляторами.

Конструктивно такой льдоаккумулятор представляет собой теплоизолированный бак прямоугольной формы из нержавеющей стали, в котором располагается панельный теплообменник, также выполненный из нержавеющей стали. Набирая необходимое количество панелей, получают требуемую производительность льдоаккумулятора. В качестве теплоизоляции для металлических баков обычно используют вспененный пенополиуретан толщиной 80... 100 мм. В пластиковых баках американских льдоаккумуляторов толщина пенополиуретановой теплоизоляции составляет обычно 50 мм.

Расчеты показали, что для пивоварни в г. Циттау требуется изготовить льдоаккумулятор из 11 панелей размером 2,5 м х 1,5 м, которые затем собирают в единый блок с площадью поверхности теплообмена 85 м². Полная емкость льдоаккумулятора составляет около 650 кВт/ч. Необходимая для работы пивоварни аккумулирующая емкость должна быть не менее 500 кВт/ч. Остальная часть емкости является резервом для непредвиденных обстоятельств, например, для обеспечения пивоварни холодом во время кратковременного ремонта холодильной установки.

Аммиачная холодильная установка для приготовления льда в льдоаккумуляторе была изготовлена на базе поршневого шестицилиндрового открытого компрессора Bitzer холодопроизводительность» примерно 55 кВт (при температуре кипения -10ºС).

Относительно новым в системе холодоснабжения этой пивоварни является не только использование льдоаккумулятора затопленного типа с минимальным объемом хладагента в панелях, из которого выходит хладоноситель с температурой -5...-6ºС, но применение аммиака в качестве хладагента в холодильной установке пивоварни, расположенной в жилом квартале. Наличие отделителя жидкости во всасывающей магистрали компрессора позволило полностью исключить попадание жидкого аммиака в компрессор. Более того, популярный в городе пивной зал, принадлежащий этому предприятию, находится в одной здании с технологическим и холодильным оборудованием.

Для уменьшения потерь холода резервуары с пивом располагают обычно рядом с льдоаккумуляторами.

На рис. 1 показано бродильное отделение, где установлено несколько резервуаров сливом, в которых поддерживается температура на уровне -3 °С. При этом подача и равномерное распределение хладоносителя из льдоаккумуляторов для охлаждения баков с пивом обеспечиваются насосной станцией, включающей 4 центробежных насоса (рис. 2).

Pис. 1. Бродильное отделение пивоварни в г. Циттау с льдоаккумуляторами

Рис. 2. Распределительная насосная станция

На рис. 3 показан небольшой резервуар, где пиво охлаждается до температуры -3°С.

Рис. 3. Резервуар фирмы Whirlpool для охлаждения пива

Поскольку из экономических соображений холодильная установка работает только в ночное время, когда в Германии действуют льготные тарифы на электроэнергию (примерно вдвое ниже дневных), был выбран конденсатор с воздушным охлаждением, что позволило получить дополнительную экономно благодаря более низким значениям температуры конденсации, которая обычно Не превышала 37°С. Экономить электроэнергию и ресурс компрессора позволяет также возможность намораживать за ночь количество льда, соответствующее запасу холодопроизводительности в зависимости от ежедневного прогноза спроса на пиво.

Льдоаккумулятор для этой системы холодоснабжения был изготовлен известной немецкой фирмой VRITHERM. Конструкция аккумулятора позволяет ему работать с относительно низкими температурами кипения хладагента. При этом ледяная вода, представляющая собой обычную воду с растворенным в ней небольшим количеством безвредных в гигиеническом отношении толей, может выходить из льдоаккумулятора с температурой около -4°С. Важным преимуществом аккумуляторов этой фирмы является высокая скорость оттайки льда. Это достигается использованием в конструкции таких аккумуляторов ряда инженерных новинок, запатентованных во многих странах мира. Фирма изготовляет как аккумуляторы классической конструкции с трубчатыми испарителями под торговой маркой ICE-O-MATIK, так и более эффективные и технологичные пластинчатые аккумуляторы PLATE-O-MATIK.

Важнейшим достоинством аккумуляторе фирмы VRITHERM является универсальность их применения: они могут работать в холодильных установках любого типа. Высокая скорость таяния льда в этих аккумуляторах достигается интенсивным перемешиванием воды в баке с помощью механических мешалок с электрическим приводом мощностью 1…2 кВт или пропусканием через воду воздушных пузырей, образующихся при подаче снизу в бак сжатого воздуха от компрессора через перфорированный трубопровод, уложенный по дну льдоаккумулятора.

Одно из ноу-хау фирмы - конструкция пластинчатых аккумуляторов, выполненных из пластин, в которых геометрия каналов для хладагента (или гликоля) выполняется, исходя из требуемых заказчиком условий. Такой подход позволяет всегда гарантировать оптимальное с точки зрения энергетической эффективности значение коэффициентов теплоотдачи, а также минимизировать объем хладагента в льдоаккумуляторе.

На рис. 4 показан внешний вид льдоаккумулятора типа 60-ICE-O-MATIK, предназначенного в основном для пивоваренных установок при пивных залах и ресторанах.

Рис. 4. Льдоаккумулятор типа 60-ІСЕ-О-МАТІК пивоваренных установок малой производительности с трубчатым испарительным теплообменником

Такой аккумулятор обладает емкостью 60 кВт ч, в нем можно наморозить 650 кг льда. Размеры аккумулятора составляют 2000 X 1000 X 1500 мм, отгрузочная масса - около 800 кг, а после заправки водой - 2100 кг.

На рис. 5. изображен испарительный теплообменник после намораживания заданного количества льда.

Рис. 5. Трубчатый испарительный теплообменник после намораживания льда

Наглядное представление о зарубежных аккумуляторах холода дают табл. 1 и 2, где приведены основные технические характеристики двух типов льдоаккумуляторов - с трубчатой теплообменной поверхностью и пластинчатых. Эти данные необходимы как для сравнения зарубежного оборудования с отечественными аналогами, так и для того, чтобы правильно оценить все плюсы и минусы этой энергосберегающей техники.

Таблица 1. Основные технические характеристики импортных льдоаккумуляторов с теплообменной поверхностью в виде трубок (на примере фирмы VRITHERM)

Таблица 2. Основные технические характеристики импортных льдоаккумуляторов с теплообменной поверхностью в виде пластин

В стандартном исполнении баки льдоаккумуляторов выполняют из нержавеющей стали и изолируют пенополиуретановой теплоизоляцией толщиной около 80 мм.

About the authors

K. A. Koptelov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

PhD in Engineering

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Brewery fermentation room in Zittau with ice storage tanks

Download (1MB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Distribution pumping station

Download (1MB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Whirlpool beer cooling tank

Download (1MB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Ice accumulator of 60-ICe-O-MATlK type for small capacity brewers with a tubular evaporative heat exchanger

Download (831KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Tubular evaporative heat exchanger after ice freezing

Download (678KB)

Indexing metadata