Применение сезонной аккумуляции естественного холода в современном кондиционировании как технологии сокращения выбросов парниковых газов

Системы кондиционирования воздуха являются одними из главных потребителей электрической энергии в теплое время года. Естественный холод для кондиционирования помещений используется с древних времен. Возможность заготовки снега и применение аккумулированного холода для различных целей в теплый сезон изучают в ряде стран, таких как США, Канада, Япония, Швеция, Норвегия, Китай. Целью статьи является обзор существующих естественных источников холода для систем кондиционирования воздуха, их классификация и анализ сокращения выбросов СО₂ при использовании естественного холода для системы кондиционирования аэропорта. Обозначены два основных вида естественных источников холода: постоянного действия и аккумуляторы естественного холода. Рассмотрены классификация систем кондиционирования воздуха с сезонной аккумуляцией льда или снега, способы утепления открытых снегохранилищ. Выполнен расчет сокращения выбросов СО₂ при использовании холодохранилища открытого типа в качестве источника холода для системы фанкойлов в аэропорту г. Южно-Сахалинска. Уменьшение выбросов за год составляет до 61 т СО₂ за год, при установленной мощности системы охлаждения -157,4 кВт или 0,39 т на 1 кВт мощности. Таким образом, сезонная аккумуляция снега или льда является технологией, позволяющей сократить потребление энергоресурсов и уменьшить выбросы парниковых газов.

1. Willibald F., Kotlarski S., Ebner P.P., Bavay M., Marty C., Trentini F.V. et al. Vulnerability of Ski Tourism Towards Internal Climate Variability and Climate Change in The Swiss Alps // Science of The Total Environment. 2021. Vol. 784. P. 1–18. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147054.

2. Tiismus H., Maask V., Astapov V., Korotko T., Rosin A. State-of-the-Art Review of Emerging Trends in Renewable Energy Generation Technologies // IEEE Access. 2025. Vol. 13. P. 10820–10843. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2025.3528640.

3. Stec A., Słys D., Ogarek P., Bednarz K., Bartkowska I., Gwoździej-Mazur J. et al. Assessment of Possibilities of Using Local Renewable Resources in Road Infrastructure Facilities – A Case Study from Poland // Energies. 2024. Vol. 17. Iss. 24. P. 1–22. https://doi.org/10.3390/en17246351.

4. Игнащенко О.О., Коврина О.Е. Обеспечение комфорта и энергосбережения в жилых зданиях // Инженерный вестник Дона. 2021. № 7. С. 496–502. EDN: TSYASD.

5. Стронгин А.С. Оценка эффективности систем холодоснабжения общественных зданий. Часть 2. Экономическая и экологическая эффективность // Энергосбережение. 2020. № 3. С. 64–68.

6. Некрасов С.А., Клименко В.В. О путях снижения издержек энергоснабжения в России // МИР (Модернизация. Инновации. Развитие). 2024. Т. 15. № 3. С. 356–370. https://doi.org/10.18184/2079-4665.2024.15.3.356-370. EDN: AWWEFQ.

7. Haiwen Chen, Feng Zheng, Rongcai Song, Chao Zhang, Ben Dong, Jiahao Zhang et al. Geothermal Resource Assessment and Development Recommendations for the Huangliu Formation in the Central Depression of the Yinggehai Basin // Sustainability. 2024. Vol. 16. Iss. 16. P. 1–24. https://doi.org/10.3390/su16167104.

8. Руденко Н.Н., Пирожникова А.П., Коробов В.А. Использование аккумуляции холода в системе кондиционирования воздуха спортивного комплекса // Инженерный вестник Дона. 2021. № 11. С. 242– 250. EDN: SFADRX.

9. Xing Wang, Feiteng Wang, Jiawen Ren, Dahe Qin, Huilin Li Assessing The Key Concerns In Snow Storage: A Case Study For China // The Cryosphere. 2024. Vol. 18. Iss. 7. P. 3017–3031. https://doi.org/10.5194/tc-18-3017-2024.

10. Chengchu Yan, Wenxing Shi, Xianting Li, Shengwei Wang A Seasonal Cold Storage System Based on Separate Type Heat Pipe for Sustainable Building Cooling // Renewable Energy. 2016. Vol. 85. P. 880–889. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.07.023.

11. Kumar V., Hewage K., Haider H., Sadiq R. Sustainability Evaluation Framework for Building Cooling Systems: A Comparative Study Of Snow Storage and Conventional Chiller Systems // Clean Technologies and Environmental Policy. 2017. Vol. 19. P. 137–155. https://doi.org/10.1007/s10098-016-1198-8.

12. Chengchu Yan, Wenxing Shi, Xianting Li, Yang Zhao Optimal Design and Application of A Compound Cold Storage System Combining Seasonal Ice Storage and Chilled Water Storage // Applied Energy. 2016. Vol. 171. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.03.005.

13. Hamada Y., Nagata T., Kubota H., Ono T., Hashimoto Y. Study on A Snow Storage System in A Renovated Space // Renewable Energy. 2012. Vol. 41. P. 401–406. https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.11.012.

14. Persson J., Westermark M. Low-Energy Buildings and Seasonal Thermal Energy Storages from a Behavioral Economics Perspective // Applied Energy. 2013. Vol. 112. P. 975–980. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.03.047.

15. Hamada Y., Nakamura M., Kubota H. Field Measurements and Analyses for A Hybrid System for Snow Storage/Melting and Air Conditioning by Using Renewable Energy // Applied Energy. 2007. Vol. 84. Iss. 2. P. 117–134. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2006.07.002.

16. Chengchu Yan, Fengling Wang, Yan Pan, Kui Shan, Risto Kosonen A Multi-Timescale Cold Storage System within Energy Flexible Buildings for Power Balance Management of Smart Grids // Renewable Energy. 2020. Vol. 161. P. 626–634. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.079.

17. Maex Moe J. Using Stored Snow as Cooling at Oslo Airport, Norway // Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Civil Engineering. 2018. Vol. 171. Iss. 5. P. 11–16. https://doi.org/10.1680/jcien.17.00041.

18. Alaiwi Y., Al-Omari S.B. Types of Cooling Towers: A Review // Babylonian Journal of Mechanical Engineering. 2024. Vol. 2024. P. 106–114. https://doi.org/10.58496/BJME/2024/013.

19. Abdullah A.K., Qasim M.S., Ahmed M.Q. Thermal Characteristics Investigation of Natural Draft Hybrid (Wet/Dry) Cooling Tower // International Journal of Modern Manufacturing Technologies. 2022. Vol. 14. Iss. 3. P. 10–15. http://doi.org/10.54684/ijmmt.2022.14.3.10.

20. Skogsberg K., Nordell B. The Sundsvall Hospital Snow Storage // Cold Regions Science and Technology. 2001. Vol. 32. Iss. 1. P. 63–70. https://doi.org/10.1016/S0165-232X(00)00021-5.

21. Weiss H.S., Bierman P.R., Dubief Y., Hamshaw S.D. Optimization of Over-Summer Snow Storage At Midlatitudes and Low Elevation // The Cryosphere. 2019. Vol. 13. Iss. 12. P. 3367–3382. https://doi.org/10.5194/tc-13-3367-2019.

22. Тарасова Е.В., Штым А.С. Схемы и конструкции аккумуляторов естественного холода в системах кондиционирования воздуха // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2012. № 4. С. 70–78. EDN: PKMVSD.

23. Xing Wang, Da-He Qin, Jia-Wen Ren, Fei-Teng Wang Numerical Estimation of Thermal Insulation Performance of Different Coverage Schemes at Three Places for Snow Storage // Advances in Climate Change Research. 2021. Vol. 12. Iss. 6. P. 903–912. https://doi.org/10.1016/j.accre.2021.10.003.

24. Di Liu, Xiaofeng Li, Yuexia Dong, Lihua Zhu, Xin Peng Performance Research and Application Progress of Thermal Insulation Materials for Cold Storage // Academic Journal of Science and Technology. 2023. Vol. 8. Iss. 2. P. 114–120. https://doi.org/10.54097/ajst.v8i2.15052.

25. Ильина К.В., Моисеенко А.С., Губенко А.Л. Материалы, используемые при отделке фасадов в северных климатических условиях // Молодежь и системная модернизация страны. Сб. науч. статей 7-й Междунар. науч. конф. студентов и молодых ученых (г. Курск, 19–20 мая 2022 г.). Курск, 2022. С. 165– 168. EDN: HWJWXA.

26. Омурзаков А., Сарбаева Н. М. Сравнительный анализ современных теплоизоляционных материалов // Наука и инновационные технологии. 2023. № 2. С. 201–204. https://doi.org/10.33942/sit042322. EDN: VKCCON.

27. Халиков Д.А., Халикова Г.С., Гончарова Т.В., Исламов К.Ф. Эволюция теплоизоляционных строительных материалов // Фундаментальные исследования. 2015. № 10-3. С. 529–533. EDN: UNXWJR.

28. Grünewald T., Wolfsperger F., Lehning M. Snow Farming: Conserving Snow Over The Summer Season // The Cryosphere. 2018. Vol. 12. Iss. 1. P. 385–400. https://doi.org/10.5194/tc-12-385-2018.

29. Туляков Е.И. Теплоизоляционный рулонный материал на основе вспененного полиэтилена // Образование. Наука. Производство. Сб. докладов XIV Междунар. молодежного форума (г. Белгород, 13– 14 октября 2022 г.). Белгород, 2022. Т. 14. С. 174–179. EDN: UPMCLC.

30. Абильдинова С.К., Бейсен Д.М., Байдюсенов Г.Н. Оценка эффективности теплоизоляционных конструкций из пенополиуретана при различных способах прокладки теплосетей // Вестник Алматинского университета энергетики и связи. 2019. № 4. С. 28–33. https://doi.org/10.51775/1999-9801_2019_47_4_28. EDN: BNAPWP.

31. Галдина В.Д., Сатюк М.С. Особенности структуры и свойств керамзита и керамзитобетона // Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации. Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции (г. Омск, 23–24 ноября 2023 г.). Омск, 2023. С. 516–519. EDN: HRQMUG.

32. Min Li, Yafei Guan Study on Preparation and Heat Storage Performance of Paraffin-Expanded Vermiculite-Based Phase Change Concrete // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2024. Vol. 149. P. 14605–14614. https://doi.org/10.1007/s10973-024-13832-y.