Льодові акумулятори повертаються у фокус інженерних рішень — не як архаїчні залишки дофреонової епохи, а як елемент сучасних енергоефективних систем HVAC. Сьогодні вони працюють не лише на охолодження, а й стають джерелом тепла, замінюючи геотермальні зонди, допомагаючи оптимізувати споживання електроенергії й знижуючи викиди CO₂
Для того, щоб Ви могли слухати «Подкаст» в окремому вікні та переглядати статті на сайті – натисніть тут. Після переходу, увімкніть «Відтворення».
Використання льоду як способу зберігання енергії в інженерних системах — ідея не нова. Але саме сьогодні вона переживає справжній ренесанс у двох ключових напрямках: як засіб для зниження енерговитрат на охолодження великих будівель та як універсальне джерело тепла і холоду для теплових насосів. У цій статті розглянемо два принципово різні підходи до використання льодових акумуляторів: американську модель Trane для охолодження та німецьку систему Viessmann для опалення й охолодження.
Trane Thermal Ice Battery: охолодження на нічній електроенергії
Американська компанія Trane, що входить до складу Trane Technologies, розробила та впроваджує модульну систему Thermal Battery™ Storage, яка працює за принципом нічного заморожування. У нічний час, коли електроенергія дешевша, система заморожує воду навколо теплообмінного контуру всередині бака (Thermal Battery Tank). Вдень лід охолоджує циркуляційний холодоносій, який у свою чергу охолоджує повітря через повітрообмінник.
Переваги:
- До 40% економії енергії порівняно з традиційним кондиціюванням (дані Trane).
- Зменшення пікового електроспоживання та навантаження на мережу.
- Модульна архітектура: баки стандартизовані й масштабуються залежно від потреб об’єкта.
Технічні особливості:
- Акумуляція відбувається в теплообмінниках з поліетиленовим кожухом усередині сталевої цистерни, заповненої водою з інгібіторами або теплоакумулюючими добавками.
- Працює в режимах повного або часткового зсуву навантаження (full/partial load shifting).
- Сумісна із системами з чиллерами (охолоджувачами води).
Застосування: понад 4 000 реалізованих проєктів у світі, зокрема Eleven Madison у Нью-Йорку. Основна ніша — комерційні будівлі, дата-центри, об’єкти з нічним надлишком генерації (наприклад, від ВДЕ).
Viessmann Ice Storage: тепло взимку, холод влітку
Система льодового акумулятора Viessmann Eis-Energiespeicher є джерелом тепла та холоду для теплового насоса типу «розсіл–вода» (Sole/Wasser-Wärmepumpe). Вона використовує тепло кристалізації води: при замерзанні вода виділяє значну кількість прихованої теплоти (334 кДж/кг), яку тепловий насос перетворює на тепло для системи опалення. Влітку система забезпечує пасивне охолодження приміщень за рахунок залишкового льоду — без участі компресора.
Приклад продуктивності системи льодового акумулювання енергії (об’єм 120 м³)
1. Резервуар льодового акумулятора (120 м³), 2. Теплообмінник льодового акумулятора → Тепловий насос (внутрішній контур), 3. Тепловий насос із системою керування (наприклад, Vitocal 350-G), 4.Передача тепла до системи опалення будівлі, 5.Контур прямого споживання тепла від теплового насоса, 6. Абсорбери типу «повітря–сонце» (Solar-Luftabsorber), 7. Контур регенерації: надходження тепла до льодового акумулятора, 8.Пасивне охолодження через залишковий лід, 9. Відбір тепла з ґрунту (теплопровідність через бетонні стінки резервуара), 10. Втрати тепла до ґрунту
Конструкція:
- Бетонний резервуар об’ємом орієнтовно 1 м³ на 1 кВт теплового навантаження. Стандартні реалізації — від 10 до 120 м³.
- Усередині — два незалежні теплообмінники з поліетиленових труб: один для відбору тепла, інший — для подачі тепла в резервуар.
- Зовні — теплообмінник регенерації з абсорберами типу «повітря–сонце» (Solar-Luftabsorber), які також виступають як первинне джерело енергії за температур понад +4 °C. Система може динамічно перемикатися між джерелами впродовж доби.
Переваги абсорберів:
- Статична конструкція без вентиляторів і рухомих частин.
- Не споживають електроенергії для теплообміну.
- Використовують як радіаційну, так і конвективну складову зовнішнього середовища.
Технічні особливості:
- Застосовується тепловий насос Vitocal 350-G (або 300-G) з COP до 5,0 (B0/W35).
- Абсорбери працюють як джерело енергії в міжсезоння та взимку, з нічним охолодженням улітку.
- Система використовує комбінацію трьох джерел тепла: ґрунт (теплопровідність через бетон), повітря та сонячну радіацію.
Переваги:
- Відсутність потреби в бурінні свердловин або погодженні геозондів.
- Сезонне акумулювання енергії: інерція дозволяє використовувати залишкову енергію льоду до літа.
- Один льодоакумулятор — рішення для опалення й охолодження з можливістю пасивного або активного режиму.
Застосування: житлові будинки, об’єкти соціальної інфраструктури, спорткомплекси, готелі, навчальні заклади. Ефективне рішення для об’єктів, де геологічні або адміністративні умови не дозволяють або значно ускладнюють використання геозондів чи водозабірних свердловин.
Аналіз систем Trane та Viessmann
| Параметр | Trane Thermal Battery™ Storage | Viessmann Eis-Energiespeicher |
| Основна функція | Охолодження | Опалення + охолодження |
| Наявність ТН | Ні (система з чілером, який працює виключно на охолодження) | Так («розсіл–вода») |
| Джерело енергії | Електроенергія (нічний тариф) | Сонце, повітря, ґрунт (також потребує електроживлення для роботи теплового насоса та системи керування) |
| Технічний принцип | Акумуляція холоду | Тепло кристалізації льоду (вивільняється під час фазового переходу та може використовуватися як для опалення, так і для охолодження) |
| Галузь застосування | Комерційні об'єкти, дата-центри | Житло, соціальні, комерційні об’єкти, дата-центри |
| Форма реалізації | Типові модулі заводського виконання | Індивідуальне проєктування або типові комплективодського виконання |
| Перевага | Зменшення пікового навантаження | Річна ефективність, багатофункціональність |
Висновок
Хоча системи Trane і Viessmann використовують той самий носій — лід, вони працюють за кардинально різними сценаріями.
Trane відповідає на виклики пікового енергоспоживання, пропонуючи ефективне рішення для інтенсифікації міських навантажень та оптимізації витрат на електроенергію. Це ідеальний варіант для великих комерційних та промислових об’єктів, що прагнуть зменшити операційні витрати та вплив на мережу.
Viessmann пропонує потужну альтернативу геотермальним системам, що може бути реалізована навіть у складних геологічних умовах або в межах щільної міської інфраструктури. Її універсальність у забезпеченні як опалення, так і охолодження робить її привабливою для житлового та соціального сектора, а також для проєктів, орієнтованих на максимальну екологічність.
І в обох випадках бачимо інженерне повернення до базових фізичних процесів, але втілене через складні термодинамічні системи, здатні змінювати майбутнє HVAC.
Лід — не лише загроза на дорогах, а й потужний інструмент декарбонізації кліматичних систем.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 3 745
