كيفية توفير الطاقة في التخزين البارد؟

1. تقليل الحمل الحراري للتخزين البارد

1. هيكل غلاف التخزين البارد
تتراوح درجة حرارة التخزين في مستودعات التبريد منخفضة الحرارة عادةً حول -25 درجة مئوية، بينما تتجاوز درجة الحرارة الخارجية نهارًا في الصيف 30 درجة مئوية، أي أن فرق درجة الحرارة بين جانبي هيكل مستودع التبريد يصل إلى حوالي 60 درجة مئوية. يؤدي ارتفاع الإشعاع الشمسي إلى زيادة الحمل الحراري الناتج عن انتقال الحرارة من الجدران والسقف إلى المستودع، وهو ما يمثل جزءًا كبيرًا من الحمل الحراري الإجمالي للمستودع. يتم تحسين أداء العزل الحراري لهيكل المستودع بشكل أساسي من خلال زيادة سماكة طبقة العزل، واستخدام طبقة عزل عالية الجودة، وتطبيق تصميمات مناسبة.

2. سمك طبقة العزل

بالطبع، سيؤدي زيادة سمك طبقة العزل الحراري لهيكل الغلاف إلى زيادة تكلفة الاستثمار لمرة واحدة، ولكن بالمقارنة مع انخفاض تكلفة التشغيل العادية للتخزين البارد، فإن ذلك أكثر منطقية من وجهة نظر اقتصادية أو من وجهة نظر الإدارة الفنية.
تُستخدم طريقتان بشكل شائع لتقليل امتصاص الحرارة للسطح الخارجي
أولاً، يجب أن يكون السطح الخارجي للجدار أبيض أو فاتح اللون لتعزيز قدرة الانعكاس. تحت أشعة الشمس القوية في الصيف، تكون درجة حرارة السطح الأبيض أقل بمقدار 25 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية من درجة حرارة السطح الأسود؛
أما الطريقة الثانية فهي إنشاء حاجز واقٍ من الشمس أو طبقة تهوية داخلية على سطح الجدار الخارجي. هذه الطريقة أكثر تعقيدًا في التنفيذ العملي وأقل استخدامًا. وتتلخص في إنشاء هيكل الحاجز الخارجي على مسافة من جدار العزل لتشكيل طبقة عازلة، مع وضع فتحات تهوية أعلى وأسفل الطبقة الداخلية لتوفير تهوية طبيعية، مما يسمح بتصريف حرارة الإشعاع الشمسي التي يمتصها الحاجز الخارجي.

3. باب غرفة التبريد

نظراً لأن التخزين المبرد يتطلب دخول وخروج الموظفين بشكل متكرر لتحميل وتفريغ البضائع، فإن باب المستودع يحتاج إلى الفتح والإغلاق باستمرار. وإذا لم يتم عزل باب المستودع حرارياً، فسيتولد حمل حراري نتيجة لتسرب الهواء الساخن من خارج المستودع وحرارة الموظفين. لذا، يُعد تصميم باب التخزين المبرد أمراً بالغ الأهمية.
4. بناء منصة مغلقة
يُستخدم مُبرّد هواء للتبريد، حيث تصل درجة الحرارة إلى ما بين 1 و10 درجات مئوية، وهو مُجهز بباب تبريد منزلق ووصلة مانعة للتسرب. لا يتأثر بشكل كبير بدرجة الحرارة الخارجية. يُمكن تركيب باب درج عند مدخل غرفة التبريد الصغيرة.

5. باب تبريد كهربائي (ستارة هواء بارد إضافية)
كانت سرعة فتح الأبواب ذات المصراع الواحد في البداية تتراوح بين 0.3 و0.6 متر/ثانية. أما الآن، فقد وصلت سرعة فتح أبواب الثلاجات الكهربائية عالية السرعة إلى متر واحد/ثانية، وسرعة فتح أبواب الثلاجات ذات المصراعين إلى مترين/ثانية. ولتجنب المخاطر، تُضبط سرعة الإغلاق عند نصف سرعة الفتح تقريبًا. ويُركّب مفتاح استشعار أوتوماتيكي أمام الباب. صُممت هذه الأجهزة لتقليل وقت الفتح والإغلاق، وتحسين كفاءة التحميل والتفريغ، وتقليل وقت انتظار المشغل.

6. الإضاءة في المستودع
استخدم مصابيح عالية الكفاءة ذات توليد حرارة منخفض، واستهلاك طاقة منخفض، وسطوع عالٍ، مثل مصابيح الصوديوم. تبلغ كفاءة مصابيح الصوديوم عالية الضغط عشرة أضعاف كفاءة المصابيح المتوهجة العادية، بينما لا يتجاوز استهلاكها للطاقة عُشر استهلاك المصابيح غير الفعالة. حاليًا، تُستخدم مصابيح LED الحديثة للإضاءة في بعض غرف التبريد المتطورة، نظرًا لانخفاض توليدها للحرارة واستهلاكها للطاقة.

2. تحسين كفاءة عمل نظام التبريد

1. استخدم ضاغطًا مزودًا بموفر للطاقة
يمكن تعديل ضاغط اللولب بسلاسة ضمن نطاق استهلاك الطاقة من 20% إلى 100% ليتناسب مع تغيرات الحمل. وتشير التقديرات إلى أن وحدة لولبية مزودة بموفر للطاقة، بسعة تبريد 233 كيلوواط، يمكنها توفير 100,000 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا، وذلك بافتراض 4,000 ساعة تشغيل سنوية.

2. معدات التبادل الحراري
يفضل استخدام المكثف التبخيري المباشر بدلاً من المكثف الأنبوبي المبرد بالماء.
لا يقتصر الأمر على توفير استهلاك الطاقة لمضخة المياه فحسب، بل يوفر أيضًا تكاليف الاستثمار في أبراج التبريد والمسابح. إضافةً إلى ذلك، لا يتطلب المكثف التبخيري المباشر سوى عُشر معدل تدفق المياه الذي يتطلبه النوع المبرد بالماء، مما يُسهم في توفير كميات كبيرة من موارد المياه.

3. عند طرف المبخر في غرفة التبريد، يُفضل استخدام مروحة التبريد بدلاً من أنبوب التبخير.
لا يقتصر الأمر على توفير المواد فحسب، بل يتميز أيضًا بكفاءة عالية في تبادل الحرارة، وفي حال استخدام مروحة تبريد ذات تحكم متدرج في السرعة، يمكن تغيير حجم الهواء ليتناسب مع تغيرات حمولة المستودع. يمكن تشغيل البضائع بأقصى سرعة فور وضعها في المستودع، مما يُخفض درجة حرارتها بسرعة؛ وبعد وصول البضائع إلى درجة الحرارة المطلوبة، تُخفّض السرعة، مما يمنع استهلاك الطاقة وفقدان الطاقة الناتج عن التشغيل والإيقاف المتكررين.

4. معالجة الشوائب في معدات التبادل الحراري
فاصل الهواء: عند وجود غاز غير قابل للتكثيف في نظام التبريد، ترتفع درجة حرارة الهواء الخارج نتيجةً لزيادة ضغط التكثيف. وتشير البيانات إلى أنه عند اختلاط نظام التبريد بالهواء، ووصول ضغطه الجزئي إلى 0.2 ميجا باسكال، يزداد استهلاك الطاقة للنظام بنسبة 18%، بينما تنخفض قدرة التبريد بنسبة 8%.
فاصل الزيت: يؤثر غشاء الزيت على الجدار الداخلي للمبخر بشكل كبير على كفاءة التبادل الحراري. فعند وجود غشاء زيت بسمك 0.1 مم في أنبوب المبخر، وللحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة، تنخفض درجة حرارة التبخر بمقدار 2.5 درجة مئوية، ويزداد استهلاك الطاقة بنسبة 11%.

5. إزالة الترسبات الكلسية في المكثف
تُعدّ المقاومة الحرارية للترسبات أعلى من مقاومة جدار أنبوب المبادل الحراري، مما يؤثر على كفاءة نقل الحرارة ويزيد من ضغط التكثيف. فعندما تتراكم الترسبات على جدار أنبوب الماء في المكثف بمقدار 1.5 مم، ترتفع درجة حرارة التكثيف بمقدار 2.8 درجة مئوية مقارنةً بدرجة الحرارة الأصلية، ويزداد استهلاك الطاقة بنسبة 9.7%. إضافةً إلى ذلك، تزيد الترسبات من مقاومة تدفق ماء التبريد، وبالتالي تزيد من استهلاك الطاقة لمضخة الماء.
تشمل طرق منع وإزالة الترسبات إزالة الترسبات ومكافحة الترسبات باستخدام جهاز الماء الكهرومغناطيسي، وإزالة الترسبات بالتخليل الكيميائي، وإزالة الترسبات الميكانيكية، وما إلى ذلك.

3. إزالة الجليد عن معدات التبخير
عندما يتجاوز سمك طبقة الصقيع 10 مم، تنخفض كفاءة انتقال الحرارة بأكثر من 30%، مما يدل على تأثير طبقة الصقيع الكبير على انتقال الحرارة. وقد تبين أنه عند قياس فرق درجة الحرارة بين داخل وخارج جدار الأنبوب بمقدار 10 درجات مئوية، ودرجة حرارة التخزين -18 درجة مئوية، فإن قيمة معامل انتقال الحرارة (K) لا تتجاوز 70% من قيمتها الأصلية بعد تشغيل الأنبوب لمدة شهر، وخاصةً في أضلاع مبرد الهواء. فعندما تتكون طبقة صقيع على الأنبوب، لا تزداد المقاومة الحرارية فحسب، بل تزداد أيضًا مقاومة تدفق الهواء، وفي الحالات الشديدة، قد ينقطع تدفق الهواء تمامًا.
يُفضّل استخدام إزالة الصقيع بالهواء الساخن بدلاً من التسخين الكهربائي لتقليل استهلاك الطاقة. ويمكن استخدام حرارة عادم الضاغط كمصدر حرارة لإزالة الصقيع. عادةً ما تكون درجة حرارة الماء العائد من الصقيع أقل بـ 7 إلى 10 درجات مئوية من درجة حرارة ماء المكثف. وبعد معالجته، يمكن استخدامه كماء تبريد للمكثف لخفض درجة حرارة التكثيف.

4. ضبط درجة حرارة التبخر
إذا انخفض فرق درجة الحرارة بين درجة حرارة التبخر ودرجة حرارة المستودع، يمكن رفع درجة حرارة التبخر تبعًا لذلك. في هذه الحالة، إذا بقيت درجة حرارة التكثيف ثابتة، فهذا يعني زيادة قدرة التبريد لضاغط التبريد. ويمكن القول أيضًا أنه يتم الحصول على نفس قدرة التبريد. في هذه الحالة، يمكن تقليل استهلاك الطاقة. تشير التقديرات إلى أنه عند خفض درجة حرارة التبخر بمقدار درجة مئوية واحدة، سيزداد استهلاك الطاقة بنسبة 2-3%. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ تقليل فرق درجة الحرارة مفيدًا للغاية في تقليل استهلاك المواد الجافة المخزنة في المستودع.