محبوبه رضایی- فارغ‌التحصیل مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

یکی از دستگاه‌هایی که امروزه در صنایع مختلف جهت سرمایش بدون هزینه‌های زیاد کاربرد دارد، دستگاه آیس بانک است. آیس بانک با تولید و ذخیره یخ مقدار زیادی انرژی برودتی را در خود ذخیره می‌کند تا در ساعات مورد نیاز، برودت لازم را برای سیستم تامین نماید. سیستم آیس بانک را می‌توان بصورت گزینه‌ای قابل اعتماد و نسبتا ارزان قیمت در اکثر سیستم‌های برودتی، صنعتی و تهویه مطبوع جهت ذخیره انرژی استفاده نمود. یخ تولید شده در طول شب در اثر تبادل حرارت و انتقال در طول روز ذوب شده و لذا سرمایش مورد نیاز را در طی روز تامین می‌نماید. با توجه به تولید سرما در شب و افزایش راندمان سیستم، آیس بانک کمک شایانی به کاهش مصرف برق در پیک مصرف، هزینه‌های تامین اولیه، و همچنین کاهش هزینه‌های تعمیرات می‌کند.

مقدمه‌ای بر بانک یخ

در بازار نابسامان انرژی امروز میزان مصرف انرژی یک مساله‌ بسیار مهم می‌باشد. تولید انرژی الکتریکی منوط به داشتن برنامه‌هایی برای کاهش پیک تقاضا و دستیابی به هزینه  تولید بهینه می‌باشد.  با بکارگیری تکنیک‌های پیشرفته در نحوه‌ مصرف، بهره‌وری از انرژی افزایش می‌یابد [1].

پیک بار در گرمترین روزهای سال، در تیر ماه یا مرداد ماه در شبکه سراسری ایران روی می‌دهد که ناشی از کارکرد سیستم‌های برودتی همانند کولرها یخچال‌های خانگی و صنعتی، فریزرها، چیلرها، تونل‌های انجماد و سردخانه‌ها است. بنا بر آمار موجود نزدیک به 30 درصد از کل مصرف انرژی در تابستان صرف مصرف انرژی سرماسازی می‌شود و در نواحی گرم و مرطوب 60 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده صرف تهویه مطبوع می‌شود.

نابرابری تولید و مصرف انرژی در تابستان باعث قطع مکرر برق می‌شود و در پی آن آسیب‌های زیادی به شبکه و مصرف کنندگان وارد می‌شود؛ در نتیجه در صنعت باید به این امر توجه نمود که اگر بتوان تبرید را در زمان غیر پیک مصرف انرژی به طریقی ذخیره نمود و بعدا مورد استفاده قرار داد، بار برودتی زیادی از شبکه در زمان پیک مصرف برداشته خواهد شد و در نتیجه ظرفیت بیشتری برای مصارف دیگر در طول روز در دست خواهد بود. تنها سیستمی که بتواند در تمام مدت پروسه، سرمایش یک سیال سرد با دمای ثابت و یکنواخت تامین نماید، یک سیستم آیس بانک است [2].

سهم بخش های مختلف از مصرف برق در پیک شبکه در تابستان 97

تراز مصرف انرژی الکتریکی در بخش خانگی – سهم 26 درصدی سرمایش

مخزن ذخیره سرمایی

مخزن ذخیره، گرما را از ماده مبرد در طول مدت زمانی که به سرمایش کمتری نیاز است گرفته و این سرمای به ‌اصطلاح ذخیره شده در مبرد (سیال سرد یا یخ) در زمان دیگری جهت تکمیل بار سرمایی محل مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده مبرد می‌تواند آب سرد، یخ یا نمک یوتکتیک باشد. سیستم انباره سرما بر مبنای نوع ماده انبار شونده طبقه‌بندی می‌شود، مانند انباره آب یا یخ و یا تغییر حالت (فاز)، تقسیم‌بندی دوم بر پایه نوع کارکرد سیستم است که نقش تعیین ظرفیت سیستم را دارد. گروه یکم: انباشت جزیی، گروه دوم: انباشت با نیاز محدود و گروه سوم: انباشت کامل [3].

مواد انباشت سرما

سیستم انباره سرما برای نگهداری سرما به ماده‌های با ظرفیت حرارتی زیاد نیاز دارد که حجم (انباشت) زیادی لازم نباشد. آب این ویژگی را داراست. بعلاوه هم ارزان است و هم در دسترس. بنابراین برای بیشتر سیستم‌های انباشت در ساختمان‌های تجاری از آب سرد یا یخ استفاده می‌شود. دیگر مواد انباشت همانند مواد تغییر حالت و ترکیب های جداساز (مخلوط آب و مبردها) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد [3].

 سیستم انباشت آب سرد

این سیستم از نوع انباشت گرمای محسوس است که از ظرفیت حرارتی آب استفاده می‌شود. درحالت کلی، این سیستم آب را با دمای 6 درجه سانتی‌گراد تولید می‌کند تا برای سرد کردن ساختمان استفاده شود [3].

سیستم انباشت یخ

برای استفاده از ظرفیت انباشت بیشتر می‌توان از آب (در نقش ماده انباشت تغییر فاز یا حالت) استفاده کرد. سیستم انباشت یخ به دو دسته تقسیم می شود: نوع استاتیک و نوع دینامیک [2].

 سیستم استاتیک انباشت یخ

این سیستم را یخساز می‌گویند و می‌تواند به شکل روباز یا سرپوشیده باشد. در سیستم روباز معمولاً مبدل حرارتی برای جداسازی آب پیرامون یخ و آب بازگشتی ساختمان استفاده می‌شود. از آنجا که سطح فوقانی مخزن باز است، آب بیرونشد مخزن ممکن است بر اثر گرد و خاك آلوده شود. برای صرفه‌جویی در فضا، مخازن روباز را می‌توان بر روی بام نصب کرد. در سیستم سرپوشیده، سطح فوقانی مخزن پوشانده می‌شود و بنابراین، مخزن را می‌توان در زیر زمین نصب کرد. در این سیستم، بار سرمایی ساختمان مستقیماً با چرخش آبی که اطراف یخ دور اواپراتور است تامین می‌شود [2].

 سیستم دینامیک انباشت یخ

در این سیستم، یخ بر روی سطح اواپراتور تشکیل می‌شود و پس از رسیدن به ضخامت معینی در یک مخزن ذخیره می‌شود. یخ را می‌توان با استفاده از تجهیزات مکانیکی و یا تزریق گاز داغ به داخل ورقه‌های اواپراتور جدا کرد. در بیشتر سیستم‌ها، واحد یخسازی بر روی مخزن نصب می‌شود. سیستم‌های یخدار نسبت به سیستم‌های آب سرد ویژگی‌های زیادی دارند و این ویژگی‌ها به سبب فشردگی سیستم است [2].

 انباشت کامل

در این روش با انتقال انرژی مصرفی از ساعت‌های پیک به ساعت‌های غیر پیک، هزینه سرمایی به کمترین مقدار خود می‌رسد. در این روش، سیستم سرمایی اصلی در ساعت‌های پیک به کار نمی‌افتد و تمام بارهای سرمایی ساختمان از طریق مخزن تامین می‌شود. از آنجا که کل بار سرمایی روزانه ساختمان باید بوسیله انرژی انباشته در ساعت‌های غیر پیک تامین شود، این روش به مخازن بزرگ نیاز دارد [2].

 اصول ترمودینامیکی مخزن ذخیره

پمپ حرارتی یا یخچال دستگاهی است که با گرفتن کار گرما را از یک منبع سرد به منبع گرم منتقل کند. اگر مخزن ذخیره‌ای در کار نباشد چیلر فقط باید آب برای مثال 12 درجه را به 7 درجه برساند. این دما دمای معمول کاری در HVAC می‌باشد. در نتیجه دمای متوسط محیطی را که اواپراتور باید با آن مبادله گرمایی انجام دهد را می‌توان همان 10 درجه در نظر گرفت. اما در حالتی که مخزن ذخیره وجود داشته باشد، چیلر باید مخزن را شارژ نماید و این یعنی اینکه آب در گردش باید به دمایی زیر صفر برسد تا بتواند در مخزن ایجاد یخ نماید.

ذخیره‌سازی یخ چیست؟

ذخیره‌سازی یخ فرایندی است که با استفاده از یک چیلر و یا یک سامانه تبرید در ساعات غیره پیک مصرف برق نسبت به تولید یخ اقدام و درهنگام اوج مصرف به عنوان یک قسمت از نیاز بار برودتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. آیس بانک شامل یک مخزن ذخیره عایق شده به همراه یک مبدل حرارتی مارپیچ فولادی و یک سامانه هم زن اکسیژنی می‌باشد. مخزن پر آب این سامانه توسط یک سیال خنک کننده مانند فریون، آمونیاك و یا گلگون خنک می شود [3].

 انواع سامانه ذخیره سازی یخ

خنک کاری غیر مستقیم

در این روش، محلول گلگون ولرم در داخل لوله‌های کوئل جهت استفاده در فرآیند سامانه تهویه به گردش درمی‌آید، محلول گلگون ولرم با به گردش درآمدن در داخل کوئل این سامانه غیرمستقیم باعث ذوب شدن یخ اطراف لوله‌ها و درنتیجه خنک شدن خود می‌شود [3].

یخ روی کوئل – ذوب از داخل

 خنک کاری با تماس مستقیم

خنک کاری با تماس مستقیم

آیس بانک یا سیستم انرژی سرمایی

آیس بانک در معنای لغوی مخزن یخ (انباره یخ) می‌باشد. به عبارت ساده‌تر یعنی تبدیل آب به یخ در یک مخزن ایزوله و استفاده از سرمای موجود در یخ برای سردکردن آب و در نهایت کاهش دمای محیط یا دستگاه مورد نظر.
بسیاری از تاسیسات سرمایشی در طول شبانه روز فقط ساعات محدودی را مشغول کار هستند و در آن ساعات محدود میزان مصرف انرژی سرمائی بسیار زیاد است. در این مورد می‌توان صنایع عظیم پاستوریزاسیون شیر و کارخانجات تولید نوشابه و کارخانجات تولید مواد اولیه دارو را نام برد. با شکوه‌ترین پاسخ این مسائل واحدهای ذخیره انرژی سرمائی یا آیس بانک می‌باشد که با ذخیره کردن انرژی و ظرفیت سرمائی در ساعات تعطیلی تاسیسات که تعرفه برق کمتر است اجازه می‌دهد که سیستم تبریدی کوچکتر و بسیار کم هزینه‌تری داشته باشیم [3].

ساختمان درونی سیستم آیس بانک

 اصول عملکرد آیس بانک

کارکرد آیس بانک‌ها به گونه‌ای است که پس از ذخیره‌سازی آب در وان، سنسورهای اواپراتور دستور خنک کردن را به مجموعه کمپرسور می‌دهد. سپس مجموعه واحد چگال کننده، با ایجاد تراکم گاز و انتقال آن به کوئل (لوله‌های مارپیچ گون) باعث ایجاد یخ دور لوله‌ها می‌شود. یخ ایجاد شده بوسیله پمپ سیر کولاسیون (گردش دهنده) ذوب شده و در نتیجه دمای آب وان به دمای دلخواه (1 درجه) می‌رسد. هنگام رسیدن دمای آب به مقدار مورد نظر سنسورهای دستگاه وارد عمل شده و مجموعه کمپرسور دستگاه را خاموش می‌نماید. در یک پروسه سرمایش کنترل شده، تنها سیستمی که می‌تواند در تمام مدت پروسه یک سیال سرد با دمای ثابت و یکنواخت تامین نماید، سیستم آیس بانک می‌باشد که این امر در صنایع غذایی، لبنیات و پاستوریزاسیون که زمان و درجه حرارت محصول مهم می‌باشد، بسیار حائز اهمیت است [2].

نحوه عملکرد آیس بانک

نحوه کار آیس بانک

نحوه کار آیس بانک بدین صورت است که ساعاتی که انرژی الکتریکی ارزان تر می‌باشد، سیستم تبرید به کار افتاده و مبرد گازی با عبور از کویل اواپراتوری داخل مخزن، موجب ایجاد یخ در حول این کویل ها می‌گردد. در طول روز و ساعاتی که بار سرمایشی افزایش می‌یابد، آب چیلر از مخزن آیس بانک عبور کرده و با یخ تماس پیدا می‌کند و در نتیجه دمای آب تا نزدیک صفر درجه کاهش می‌یابد. این آب از مخزن خارج شده و برای استفاده مورد نظر پمپ می‌شود. هرچه دمای تقطیر پایین تر باشد یا به عبارتی دمای محیط خنک تر باشد راندمان یک چیلر افزایش پیدا می‌کند.

با توجه به این که دمای خشک محیط در شب معمولأ حدود 20 درجه فارنهایت خنک تر از روز است، راندمان چیلرها در شب به شدت افزایش می‌یابد. این مورد مخصوصأ در جاهایی که از چیلرهایی با کندانسور هوایی استفاده می‌شود اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. کاربرد آیس بانک در کنار سیستم چیلر بوده و با هدف استفاده بهینه از ساعات کاهش بار برودتی طراحی می‌شود. آیس بانک برای کاربردهای تهویه مطبوع و صنعتی قابل استفاده بوده و می‌توان برای کاهش اتلاف انرژی، آن را پایین‌تر از سطح زمین نصب کرد [2].

دیاگرام یک آیس بانک استاندارد

 ویژگی‌ها و امتیازات بانک یخ

1. دمای آب سرد خروجی تا 0.5درجه سانتی‌گراد؛ 
2. ثابت ماندن دمای آب در مدت زمان استفاده؛ 
3. انتقال انرژی عالی به علت آشفتگی زیاد آب؛
4. کار مطمئن به علت نداشتن قطعات متحرك در سیستم؛
5. حداقل مقدار شارژ گاز مبرد در سیستم؛ 
6. کلیه قسمت‌های در تماس با آب از جنس فولاد ضد زنگ گالوانیزه، PVCC می‌باشند و لذا عمر بسیار طولانی دارد؛
7. مجموعه بانک یخ بطور یکپارچه قابل حمل و نقل است؛
8. با انواع مبردها و از جمله با مبرد آمونیاك یا فریون کار می‌کند؛
9. با سیستم تبرید بصورت گردش طبیعی مایع و یا با پمپ مبرد می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد؛
10. به علت کم حجم بودن و کوچک بودن ابعاد نسبت به بانک‌های یخ لوله ای می‌تواند در تاسیسات جدید و یا در توسعه تاسیسات موجود به کار برده شود [3].

ارائه راهکارهایی جهت افزایش راندمان آیس بانک‌ها

1. استفاده از تشدید کننده کمپسور های فشار؛
2. استفاده از پمپ‌های خلاء در کمپرسور؛
3. برای کاهش اتلاف و افزایش راندمان بهتر، می‌توان مخزن آیس بانک را درعمقی مناسب در زمین قرار داد [3].

 انواع آیس بانک با ظرفیت‌های مختلف

 ا

نواع آیس بانک با ظرفیت های مختلف

 انواع آیس بانک در دنیا

انواع  آیس بانک  در دنیا

نمای داخلی آیس بانک

*** قیمت‌ها در تاریخ 29/1/1399بروز رسانی شده‌اند. در این تاریخ دلار معادل230990 ریال می‌باشد.

 جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در این بخش با جمع‌بندی مطالب به شما کمک می‌کنیم که باتوجه به سلیقه و علاقه خویش انتخابی درست داشته باشید و از شرکتی خرید کنید که تمام نیازهای شما را برطرف نماید. آیس بانک یک تجهیز بسیار تخصصی با قیمت نسبتا بالا می‌باشد بنابراین انتخاب درست آن بسیار حائز اهمیت است، در میان شرکت‌ها، محصولات شرکت پویا صنعت مبدل با ظرفیت و قیمت مشخص در قسمت قبل آورده شده و شما می‌توانید با توجه به نیاز خود آیس بانک با ظرفیت مورد نیاز خود را انتخاب و خریداری کنید، در این میان شرکت‌هایی مانند فراسرد وجود دارند که آیس بانک مورد نظر شما را با ویژگی‌های خاص طراحی کرده و در اختیار شما می‌گذارند. شما می‌توانید جهت کسب اطلاعات بیشتر با واحد مشاوره تخصصی شرکت‌ها تماس بگیرید.

معرفی شرکت‌های ایرانی حوزه تولید آیس بانک

 منابع

[1] ا. ودادی and ز. عبدالهی, “استفاده از آیس بانکدر سیستم تهویه مطبوع ساختمان,” in پنجمین کنگره تخصصی و دومین کنگره بین المللی ساخت بیمارستان و مدیریت منابع و تجهیزات.
[2] م. معصوم نژاد and ر. درستکار, “بهینه سازی مصرف انرژی به کمک سیستم آیس بانک و ریشه های توسعه نیافتگی آن,” in چهارمین کنفرنس ملی مهندسی مکانیک و هوافضا.
[3] م. عابدپور کاریزکی and س. م. میری, “استفاده از سیستم آیس بانک با رویکرد کاهش پیک مصرف انرژی در ساختمان,” in چهارمین همایش ملی کاربرد فناوری های نوین در علوم مهندسی, تربت حیدریه, 1395.
[4] “ترازنامه انرژی,” دفتر برنامه ریزی و اقتصاد کلان برق و انرژی, 1396.