8.4. Получение ледяной воды с использованием аккумуляторов холода

Накапливать (аккумулировать) холод можно, используя не только природные источники низких температур, но и работу холодильных установок в период низких тепловых нагрузок.
    Работа систем охлаждения и переработки молока на фермах, молочных заводах характеризуется резко выраженной неравномерностью тепловых нагрузок в течение года и суток, что обусловлено спецификой производства, в частности периодичностью получения и доставки молока.
    Подбор холодильных машин для молочных предприятий по наибольшей суточной нагрузке приводит к неоправданно большим капиталовложениям и продолжительным простоям оборудования. Для выравнивания неравномерных колебаний тепловой нагрузки на холодильную установку используют аккумулятор холода. Это аппарат, накапливающий энергию холода в период, когда холодопроизводительность установки превышает технологическую тепловую нагрузку, и отдающий ее, когда тепловая нагрузка превышает ее. Целесообразность применения аккумуляторов можно оценить по суточному почасовому графику тепловых нагрузок: максимальная часовая нагрузка должна превышать среднюю часовую более чем на 50 %, а продолжительность пиковой нагрузки составлять не более 4 ч при двух резко выраженных пиках нагрузок.

    В качестве аккумуляторов холода используют емкостные аккумуляторы ледяной воды и льдоаккумуляторы. Использование последних более перспективно в силу ряда преимуществ: большая аккумулирующая способность в небольшом объеме; малая занимаемая площадь (более чем в 10 раз меньше, чем водяных аккумуляторов); возможность заводского изготовления.
    Использование аккумуляторов позволяет уменьшить мощность холодильной установки на 30—40 % и соответственно сократить капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Расчетную суммарную холодопроизводительность компрессоров, работающих на аккумуляторы, следует принимать равной средней часовой нагрузке в стандартном режиме, при этом продолжительность их работы не более 15—17 ч в сутки (коэффициент рабочего времени не более 0,7).
    При работе с емкостными аккумуляторами ледяной воды целесообразно применять двухконтурную схему (рис. 97). Общий бак аккумулятора разделен на две равные теплоизолированные емкости, соединенные переливной трубой большого диаметра. При аккумуляции холода контур I отключен, работает контур II, и обе емкости заполняются ледяной водой. При подаче молока на технологический аппарат подключается контур I. Емкость аккумулятора определяется в зависимости от величины тепловой нагрузки, т. е. главным образом зависит от начальной и конечной температур молока и от его количества. При использовании аккумуляторов с намораживанием льда могут быть предложены следующие варианты их включения в схему и работы:
    намораживание льда в периоды отсутствия других тепловых нагрузок и последующая разрядка аккумуляторов при отключенной холодильной установке;
параллельное включение в схему испарителей и аккумуляторов, имеющих собственные компрессоры (при этом охлаждение хладоносителя последовательное: сначала в аккумуляторе, затем в испарителе);
    включение в схему аккумуляторов-испарителей, в которых одновременно происходит охлаждение воды холодильной машиной, намораживание или плавление льда.
Эффективность того чили иного варианта оценивается по энергетическим, капитальным и приведенным затратам.

Двухконтурная система охлаждения хладоносителя

В работе по первому варианту энергетические затраты минимальны, но капитальные затраты при этом велики, так как требуется значительная поверхность аппаратов для аккумуляции и приведенные затраты в этом варианте наибольшие. Второй и третий варианты с использованием параллельной работы аккумулятора и холодильной установки — наиболее выгодны; при этом третий вариант имеет еще ряд преимуществ: требуется меньшее количество оборудования, арматуры и трубопроводов; более просты схема, размещение и монтаж оборудования; ниже капитальные затраты. По этому варианту работают установки типа МХУ-8С и ТОМ-2А.

Схема установки охлаждения молока с использованием тепло- и хладоаккумуляторов

Эффективность холодильных установок можно повысить, если использовать не только хладо-, но и теплоаккумулирующие устройства (рис. 98). В качестве аккумулирующих устройств используются панельный льдоаккумулятор и баки для сбора теплой воды. Молоко в пластинчатом аппарате охлаждается сначала артезианской (или водопроводной), а затем ледяной водой. Нагретая в первой секции пластинчатого аппарата вода поступает в один из баков-аккумуляторов теплой воды. Эта же вода циркулирует через конденсатор во время работы установки на намораживание льда, причем объем бака-аккумулятора выбирается таким, чтобы к моменту накопления необходимого количества льда температура воды в баке достигала 40 °С. Этот объем приблизительно равен суточному производству молока. Теплообменные аппараты для нагрева воды за счет теплоты, отводимой от горячего пара хладагента, входят в состав серийно выпускаемых холодильных установок типа ТМУ-1000 и ТХУ-14. В процессе работы эти установки одновременно охлаждают воду, используемую как хладоноситель, и нагревают воду (до 60 °С) для санитарно-технологических потребностей молочно-товарных ферм.