W niniejszej części artykułu omówiono: zagadnienia dotyczące obszarów wykorzystania zawiesiny lodowej w technice chłodniczej i klimatyzacyjnej, sposoby eksploatacji tego typu rozwiązań oraz korzyści z tego wynikające.

Stosowanie pośrednich układów chłodzenia istotnie zmniejsza ilość czynnika chłodniczego w instalacji. Wykorzystanie czynników pośredniczących sprzyja ograniczeniu kosztów eksploatacyjnych obiegów chłodniczych poprzez możliwość wprowadzenia układów z akumulacją ciepła. Dzięki akumulacji ciepła możliwe jest przesunięcie obciążenia cieplnego urządzenia chłodniczego na okres godzin, w których cena energii jest najniższa. Dodatkową zaletą akumulacji ciepła jest możliwość obniżenia maksymalnej wydajności ziębniczej urządzenia poprzez wydłużenie czasu jego pracy poza czas występowania szczytowego obciążenia cieplnego.
Ciepło w układach chłodniczych akumulowane jest w cieczach, elementach typu PCM (sole eutektyczne) oraz lodzie [1]. Rysunki 1-4 przedstawiają schematy statycznych (rys. 1-2) i dynamicznych (rys. 3-4) metod produkcji lodu. Medium odznaczającym się własnościami cieplnymi predestynującymi go do akumulacji ciepła jest właśnie zawiesina lodowa.

Cechy układów z zawiesiną lodową
W odróżnieniu od układów akumulacyjnych z kapsułami wypełnionymi solami eutektycznymi, zawiesina lodowa może być zarówno medium, w którym akumulowane jest ciepło, jak również jest doskonałym chłodziwem [2], [3], [4]. Zawiesina lodowa jest naturalnym nośnikiem ciepła (obojętnym dla środowiska). Odznacza się właściwościami termodynamicznymi odpowiadającymi czynnikom ziębniczym. Cechują ją duże właściwe wydajności cieplne (wytopienie jednego kilograma 25% zawiesiny lodowej odpowiada ogrzaniu dwóch kilogramów wody o 10 K) oraz nawet trzykrotnie większe współczynniki przewodzenia ciepła w stosunku do innych chłodziw [2]. Niewielkie rozmiary kryształków lodu, zwykle mniejsze niż 0,5 mm, oraz duże wartości współczynników przewodzenia ciepła sprzyjają intensyfikacji procesu przejmowania ciepła od chłodzonych powierzchni. Te właściwości powodują, że procesy bezpośredniego chłodzenia żywności zawiesiną lodową przebiegają 3-10 razy szybciej niż w przypadku chłodzenia lodem łuskowym. Uzyskuje się w ten sposób lepszą jakość przechowywanych produktów oraz minimalizuje się możliwość rozwoju szkodliwych mikroorganizmów w tych produktach [5], [6].
Do wymiernych korzyści wynikających ze stosowania zawiesiny lodowej należy zaliczyć [5], [6]:
● ograniczenie szczytowej mocy urządzenia ziębniczego o 50÷80%,
● redukcję o 80% napełnienia instalacji czynnikiem ziębniczym,
● zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych systemów chłodzenia o 25÷50% poprzez wykorzystanie taryf nocnych,
● kilkukrotne (2-10 krotne) zmniejszenie pojemności zbiornika akumulacyjnego [7].

Większa właściwa wydajność cieplna zawiesiny lodowej w stosunku do tradycyjnych czynników pośredniczących umożliwia zmniejszenie strumienia masy chłodziwa i redukcję nawet o 50% średnic rur i prędkości przepływu. Wpływa to na spadek kosztów instalacji oraz ograniczenie średnio do 12,5% zużycia energii związanej z transportem chłodziwa [8].
W odróżnieniu od chłodziw konwencjonalnych, stała temperatura lodu zawiesinowego umożliwia uzyskanie większej różnicy temperatur czynników w wymiennikach ciepła, przez co możliwe jest stosowanie wymienników o mniejszych powierzchniach. Dzięki prawie stałej temperaturze topnienia lodu osiągane są większe sprawności wymienników ciepła, co pozwala uzyskać niższą temperaturę medium chłodzonego. Zastosowanie zawiesiny lodowej w klimatyzacji umożliwia zmniejszenie temperatury powietrza pierwotnego nawet o 5,5 K, co powoduje redukcję strumienia powietrza o ponad 40%. Mniejsze przekroje kanałów wentylacyjnych to mniejsze koszty wykonania instalacji. Dodatkowym efektem związanym z niższą temperaturą powietrza pierwotnego (ok. 7 zamiast 13°C) są lepsze warunki komfortu, dzięki obniżeniu wilgotności względnej z 60 do 35% [9].

Eksploatacja układów z zawiesiną lodową
W zakresie eksploatacji systemy z zawiesiną lodową nie różnią się istotnie od do układów chłodzenia z jednofazowymi czynnikami pośredniczącymi. (...)

Zastosowania zawiesiny lodowej w procesach chłodzenia
(...)

Koniec cz. 1.

Literatura do artykułu zostanie zamieszczona w następnej części.