Forskerholds energibesparende løsning til opbevaring af frosne fødevarer kan betyde store omkostningsbesparelser

Nogle gange kræver noget sødt seriøs smart.

Kristen Parrishs arbejde fokuserer på at integrere energieffektivitetsmetoder i designet, konstruktion og driftsprocesser af bygninger.

Robert Wangs ekspertise inden for termisk videnskab omfatter anvendelser af termoelektricitet, termisk energilagring og faseændringsmaterialer og -processer.

Sammen er de en formidabel kraft i jagten på … velbevaret, kvalitets is.

Deres knowhow er især værdifuld, hvis du har meget store faciliteter fyldt med store mængder mad, der skal opbevares frosset under præcise tekniske specifikationer for at bevare dets optimale egenskaber som spiselige.

Parrish og Wang, lektorer ved Arizona State University's Ira A. Fulton Schools of Engineering, arbejder på netop et sådant projekt med Arizonas Salt River Project vand- og elforsyning og Viking Cold Solutions, den førende leverandør af termisk energilagring til markedet for lavtemperaturkølerum.

Virksomhederne og ASU-forskerne eksperimenterer med Viking Cold Solutions 'nye termiske energilagrings- og køleteknologi i 10, 400 kvadratmeter isfryser i Bashas' Family of Stores dagligvarekædes 800, 000 kvadratmeter distributionscenter i Chandler, Arizona.

Isfryseren bruger en god del af den samlede strøm, der kræves til at drive hele anlægget, som nynner konstant med driften af ​​køleudstyr og elektriske systemer.

"Årligt, anlægget kræver den tilsvarende mængde energi, der er nødvendig for at forsyne næsten 1, 000 boliger i et år, " sagde Chico Hunter, SRPs forsknings- og udviklingschef.

Det inkluderer at give energien til at holde isens opbevaringsplads på en konstant minus-18 grader Fahrenheit.

Parrish og Wang, sammen med Nexant, et industrielt energirådgivnings- og servicefirma, overvåger og måler systemets ydeevne, hvilket giver fordelen ved en lavteknologisk kemisk og mekanisk køleteknik.

Varmeenergisystemet anvender proprietære, fødevaresikre formskiftematerialeformler sammensat af deioniseret vand og uorganiske salte indeholdt i individuelt forseglede plastceller. Cellemodulerne er designet til at blive installeret over opbevaringsstativerne i isfryseren.

Når faseskiftende materiale går fra væske til fast stof og fra fast til væske, systemet absorberer eller frigiver store mængder energi, samtidig med at det holder en stabil temperatur.

"Det er lidt ligesom de isposer, du putter i din madpakke, " sagde Parrish. "De opbevarer kulden. Idéen er at få opbevaret tilstrækkeligt koldt i dem til, at du kan køre kølekompressorerne i fryseren i meget kortere tid i spidsbelastningsperioder og stadig holde de samme kolde temperaturer i hele lagerrummet."

"At holde et rum koldt er i bund og grund en proces til at fjerne varme, " forklarede Wang. I dette system, efterhånden som faseændringsmaterialet indkapslet i plastikken smelter, "det absorberer den omgivende varme og holder fryseren kold."

Et vigtigt træk ved metoden er "det er en passiv energiproces, "Wang sagde." Ingen elektricitet er nødvendig for at drive smelteprocessen af ​​faseændringsmaterialet. "

Fordelen SRP og Bashas' håb om at høste af projektet er ikke blot energieffektivitet, men også betydelige energiomkostningsbesparelser. Termisk energiprocessen gør det muligt for Bashas at reducere den tid, det har til at køre anlæggets konventionelle elektriske køleanlæg i dyrere spidsbelastningstimer-det er mellem kl. 14 og 19. hver dag, når kundernes efterspørgsel er størst for SRP, og når strømomkostningerne er op til tre gange så høje som i timer uden for myldretiden.

Bashas kan nu køre det elektriske kølesystem for det meste i nattetimerne, hvor omkostningerne er lavere.

"Den billigere og mere effektive kølingstid om natten genfryser faseskiftematerialerne, og disse ispakker er derefter i stand til at opretholde stabile temperaturer i anlægget for at holde isen tilstrækkeligt frosset i store dele af spidsbelastningsperioden i dagtimerne, " sagde SRP-forskningsingeniør Alejandra Mendez.

"Vi har været i stand til at undvære omkring fem timers kørende konventionel køling fra spidsbelastningstiden og flytte den til natdrift, " sagde Mendez.

Sådan spidsbelastningsforskydning, især i store industrianlæg, der opererer dag og nat, sparer også SRP penge i det lange løb.

"Jo mere strøm vi skal levere under spidsbelastningstider, jo mere vi bliver nødt til at købe strøm andre steder for at imødekomme denne efterspørgsel eller i sidste ende nødt til at bygge flere kraftværker, " sagde Mendez.

"Termisk energilagringsteknologi tilbyder også fordelen ved at gøre det overordnede system mere bæredygtigt og omkostningseffektivt, "Tilføjede Mendez." Med en ikke-mekanisk, passiv energilagringsteknologi, du behøver ikke lave dyre opgraderinger til et eksisterende kølesystem."

Projektets endelige mål er at afgøre, om brugernes elregninger kan reduceres tilstrækkeligt til at opveje mange af installationsomkostningerne.

"Hvis det er tilfældet, " Hunter sagde, "Vi håber at udvikle en incitamentsplan for termisk energilagringssystem, der kan tilpasses til kunder, som vil implementere disse foranstaltninger."

ASU-ingeniørerne Parrish og Wang håber at se positive tegn for systemets fremtidige muligheder, når der er fuldstændige data om dets ydeevne i løbet af dette års varme og fugtige sommer.

Forskerne forventer at have tilstrækkelige data til at præsentere projektets resultater for American Society of Heating, Køle- og klimaingeniører ved organisationens konference i januar.

Faseændringsmaterialet har allerede gjort det muligt for Bashas' at køre kompressorer sjældnere i løbet af de varmeste timer på dagen - spidsbelastningstiden, hvor elektrisk strøm er dyrest - hvilket resulterer i lavere driftsomkostninger, sagde Parrish. Hun og de andre ASU-forskere er i gang med at bestemme de overordnede energipåvirkninger af faseændringsmaterialet.

Parrish, en civilingeniør, har tidligere med succes samarbejdet med SRP for at forbedre energieffektiviteten i boliger ved at anvende sin ekspertise og forskning i bygningsdrift.

Isfryserprojektet giver Wang mulighed for at anvende sin varierede ekspertise til energisektoren.

Arbejdet giver også studerende en reel forskningsmulighed. Neda Askari, som forfølger en doktorgrad i civil, miljømæssig og bæredygtig teknik – med fokus på sidstnævnte felt – og Prathamesh Vartak, en ph.d.-studerende i materialevidenskab og ingeniørvidenskab, hjælper med at måle effektiviteten af ​​varmeenergilagringssystemet og modellere energi- og omkostningspåvirkningerne af sådanne systemer.

Ud over den værdi bestræbelsen kan give for Bashas og SRP, Parrish og Wang håber, at det fører til tegninger for succesfuldt at replikere systemet i en række andre store industrielle fryseroperationer.