Zapisz - Klimatyzacja.pl

Energooszczędne rozwiązania dużych źródeł
chłodu na potrzeby klimatyzacji – agregaty
absorpcyjne
Od kilku lat widoczny jest ciągły wzrost cen surowców naturalnych oraz energii. Ze względu
na kurczące się zasoby oraz z powodów politycznych i ekonomicznych, należy spodziewać
się utrzymania i prawdopodobnego przyspieszenia tego trendu. Niekorzystne prognozy na
przyszłość wymuszają opracowanie zrównoważonej i rozsądnej strategii energetycznej,
która powinna uwzględniać wykorzystanie alternatywnych źródeł energii oraz ograniczenie
strat, przez zagospodarowanie również energii odpadowej. Artykuł jest kontynuacją
tematyki podjętej w wydaniu 10/2015.
Duże centrale chłodnicze znajdują zastosowanie w obiektach przemysłowych i wielkokubaturowych
budynkach takich jak hotele czy galerie handlowe. Dobór urządzeń i parametry instalacji chłodniczej,
a także rodzaj przyjętego czynnika chłodniczego zależą ściśle od przeznaczenia obiektu, dotyczy to w
szczególności instalacji przemysłowych. Systemy chłodnicze i klimatyzacyjne w dużych obiektach
mają zasadniczy wpływ zarówno na koszty inwestycyjne, jak i późniejsze koszty eksploatacyjne.
Jednym z istotnych obiektów wyposażonych w duże centrale chłodnicze są obiekty przemysłowe. Ze
względu na specyficzne cechy takich obiektów umożliwiają one zastosowanie mniej typowych
rozwiązań chłodniczych w stosunku do obiektów mieszkalnych i publicznych.
Rys. 1. Wieże chłodnicze przy przemysłowej centrali chłodu
Agregaty absorpcyjne
Agregaty absorpcyjne (rys. 2.) to urządzenia wykorzystujące szeroko rozumianą energię cieplną do
produkcji chłodu. Dzięki zastosowaniu agregatów absorpcyjnych można produkować chłód (wodę
lodową), zagospodarowując niewykorzystane dotychczas ciepło technologiczne lub odpadowe.
Obszary zastosowań systemów absorpcyjnych:
●
●
●
●
●
przemysł metalurgiczny,
energo-ciepłownictwo,
górnictwo,
instalacje wykorzystujące energię odnawialną (np. biogazownie),
wszystkie instalacje chłodnicze w miejscach o ograniczonym dostępie do energii elektrycznej
Dotychczas agregaty absorpcyjne kojarzone były głównie z wielkogabarytowymi urządzeniami o
dużej wydajności chłodniczej. Jednakże obecnie producenci wyszli naprzeciw oczekiwaniom klientów
i na rynku dostępne są także małe agregaty do zastosowań w niewielkich instalacjach. Wydajność
chłodnicza agregatów absorpcyjnych zaczyna się od około 17 kW i sięga około 5,5 MW. Tak szeroki
zakres wydajności oraz kompaktowa budowa umożliwiają wykorzystanie agregatów absorpcyjnych
praktycznie w każdej sytuacji. Należy jednak zaznaczyć, że ze względu na koszty inwestycyjne
najlepsze wyniki ekonomiczne przynosi zastosowanie agregatów absorpcyjnych w instalacjach o
dużych wydajnościach. Zasadniczym problemem szerszej aplikacji tego typu urządzeń jest także ich
niskie COP, wynikające z naturalnych ograniczeń fizycznych (zostanie to rozwinięte później). Z tego
powodu agregaty absorpcyjne najlepiej sprawdzają się w takich miejscach gdzie występuje ciepło
odpadowe, które można wykorzystać do praktycznie darmowej produkcji chłodu.
Rys. 2. Absorpcyjny agregat chłodniczy
Energią zasilającą agregaty absorpcyjne jest ciepło pochodzące z dowolnego źródła, np. odpadowe
ciepło technologiczne, ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej, ciepło ze spalania gazu lub biomasy,
ciepło z kolektorów słonecznych, z modułu kogeneracyjnego, a nawet odzysk ciepła z silników
spalinowych (ze spalin i z korpusów). Osobną grupę stanowią agregaty absorpcyjne zasilane gazem
ziemnym. W tym przypadku energia cieplna pochodzi bezpośrednio ze spalania gazu wewnątrz
agregatu (energia pierwotna jest przetwarzana bezpośrednio na energię chłodniczą). Agregaty
absorpcyjne wymagają również zasilania elektrycznego do podłączenia pomp oraz systemu
sterowania, jednak pobierane moce są minimalne w porównaniu z osiąganą wydajnością chłodniczą
(stosunek pobranej energii elektrycznej do uzyskanej mocy chłodniczej wynosi około 0,8%). Ze
względu na źródło i rodzaj energii zasilającej agregaty absorpcyjne można podzielić na trzy
podstawowe grupy:
●
●
●
agregaty absorpcyjne zasilane gorącą wodą,
agregaty absorpcyjne zasilane parą,
agregaty absorpcyjne zasilane gazem.
Zasada działania agregatów absorpcyjnych [1-3]
Zasada działania agregatów absorpcyjnych opiera się na procesie wrzenia i odparowania czynnika
chłodniczego oraz na zależności temperatury wrzenia od ciśnienia. Najczęściej wykorzystywanym
czynnikiem chłodniczym w agregatach absorpcyjnych jest woda. W warunkach normalnego ciśnienia
atmosferycznego woda wrze w temperaturze +100°C, ale przy niższym ciśnieniu, niższa staje się
również temperatura wrzenia wody. Przy ciśnieniu rzędu 860 Pa woda wrze już w temperaturze
+5°C. W warunkach bliskich próżni utrzymywanych w agregacie absorpcyjnym woda staje się zatem
czynnikiem chłodniczym. Aby ciśnienie wewnątrz agregatu utrzymać na stałym, niskim poziomie,
wykorzystuje się proces absorpcji pary czynnika chłodniczego. Płynem roboczym – absorbentem jest
zazwyczaj roztwór bromku litu – soli o bardzo wysokiej zdolności wchłaniania wody. W agregacie
absorpcyjnym ciągłemu procesowi skraplania i parowania czynnika towarzyszy przekazywanie ciepła.
Podstawowy układ absorpcyjny składa się z dwóch zbiorników o różnych ciśnieniach oraz czterech
wymienników ciepła – parownika i absorbera w części o niższym ciśnieniu oraz skraplacza i
desorbera w części o wyższym ciśnieniu.
Dostarczona do agregatu absorpcyjnego zasilająca energia cieplna (np. gorąca woda) powoduje
odparowanie czynnika chłodniczego (wody) ze stężonego roztworu LiBr. Czynnik chłodniczy w
postaci pary jest następnie podawany na skraplacz, skąd po skropleniu płynie do parownika jako
woda chłodnicza. W parowniku następuje wrzenie i odparowanie wody. Dzięki stałemu, niskiemu
ciśnieniu utrzymywanemu na poziomie około 860 Pa, odparowanie wody zachodzi już w
temperaturze +5°C. W tym samym procesie zostaje wychłodzona woda obiegowa krążąca w
instalacji (np. klimatyzacyjnej). Para wodna jest następnie absorbowana przez roztwór bromku litu.
Nasycony parą wodną roztwór LiBr jest przetłaczany do desorbera. Tam ponownie zachodzi proces
odparowania czynnika chłodniczego (wody) przy wkładzie dostarczonej z zewnątrz energii cieplnej.
Stężony roztwór bromku litu powraca do absorbera. Cały proces zachodzi w sposób ciągły i płynny.
Autorzy:
Demis PANDELIDIS, Sergey ANISIMOV
LITERATURA:
[1] Materiały pomocnicze i katalogi producentów dostępne w intrenecie.
[2] K. E. HEROLD, et al.: Absorption Heat Pumps and Chillers. Boca Raton. FL: CRC Press. 1996.
[3] MALICKI M.: Sprężarkowo czy adsorpcyjnie? Metody produkcji chłodu przy pomocy ciepła
sieciowego. Energetyka cieplna i zawodowa. 5/2013.
[4] SMYK A., PIETRZYK Z.: Czy w Polsce istnieje realna szansa na chłód z central zasilanych ciepłem
systemowym. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 41/11, 2010.
Pełną treść artykułu znajdziesz w numerze
Chłodnictwo&Klimatyzacja
http://e-czasopisma.net/13-chlodnictwo-klimatyzacja
12-2015
miesięcznika
KONTAKT
Chłodnictwo & Klimatyzacja
E-mail: [email protected]
WWW: chlodnictwoiklimatyzacja.pl
Tel: +48 22 53 53 229
Fax: +4822 53 53 043
Adres:
Rosoła 10A
02-786 Warszawa