Obecnie w technice grzewczej i klimatyzacyjnej kładzie się olbrzymi nacisk na rozwiązania energooszczędne, możliwie neutralne dla środowiska i wykorzystujące odnawialne źródła energii.

Rys. 1. Zestaw RTAY – absorpcyjna pompa powietrzna i kocioł gazowy

Powszechnie stosowane są sprężarkowe pompy ciepła i wytwornice wody lodowej. Urządzenia sprężarkowe to zaawansowane i nowoczesne konstrukcje, osiągające wysoką efektywność. Jednakże w przypadku tych urządzeń niezbędne jest dostarczenie energii elektrycznej, którą zasilane są sprężarki. W Polsce energia elektryczna wytwarzana jest przy bardzo niskich sprawnościach – rzędu 30 proc. Dodatkowo, przy jej produkcji powstają znaczne emisje substancji szkodliwych, uwalnianych do środowiska. Całości uzupełniają straty przesyłowe i deficyty w niektórych częściach kraju. Wszystkie te czynniki przekładają się na wysokie i stale rosnące ceny energii elektrycznej. Wysoki koszt energii wpływa na rosnące koszty eksploatacji urządzeń nią zasilanych. Taka sytuacja generuje potrzebę poszukiwań i rozwoju rozwiązań, które korzystają z innych źródeł energii. Przykładem są absorpcyjne pompy ciepła, które zasila się ciepłem. Ciepło w rozwiązaniach standardowych generowane jest w palniku gazowym (rys. 1.).
W chłodnictwie i w energetyce cieplnej stosowane są urządzenia absorpcyjne. Urządzenia te wykorzystują ciepło do wymuszenia pracy układu. Pod wpływem temperatury czynnik chłodniczy – absorbat – odparowuje z roztworu bogatego i realizuje obieg lewobieżny. Czynnik, po przejściu przez wymienniki i rozprężeniu do niskiego ciśnienia, jest absorbowany przez absorbent. Następnie realizowany jest obieg prawobieżny – napędowy. Zastosowanie urządzeń absorpcyjnych pozwala na wykorzystanie ciepła odpadowego, które w normalnych warunkach jest tracone i wyrzucane do atmosfery. Wykorzystując to ciepło, możemy wytworzyć chłód. Istnieje również możliwość wykorzystania do napędu układu paliw kopalnych. Pozwala to napędzać wytwornice wody lodowej np. gazem ziemnym podczas lata, gdy odbiór gazu jest znikomy w porównaniu z zimą. Nie jesteśmy przy tym uzależnieni od procesów, z których pozyskujemy ciepło odpadowe. Dzięki temu ograniczamy zużycie energii elektrycznej, a przez to również emisję substancji szkodliwych, ponieważ wytarzany chłód uzyskujemy bezpośrednio z gazu.

Zasada działania absorpcyjnej pompy ciepła
Na rynku dostępne są absorpcyjne pompy ciepła typu amoniak- woda i bromek litu-woda. Urządzenia te różnią się pod względem budowy, zawartych substancji roboczych oraz parametrów pracy. W przypadku urządzeń bromowo-litowych czynnikiem chłodniczym jest woda, natomiast absorbentem bromek litu. W przypadku urządzeń amoniakalnych czynnikiem jest amoniak, a woda stanowi absorbent. Taka sytuacja przekłada się bezpośrednio na różne parametry pracy i osiągi urządzeń. W urządzeniach amoniakalnych istnieje możliwość uzyskiwania ujemnych wartości temperatury wody lodowej. Układ chłodniczy jest hermetyczny, nie ma w nim elementów ruchomych i nie jest konieczna ingerencja w układ absorpcyjny podczas eksploatacji.
W amoniakalnej absorpcyjnej pompie ciepła (rys. 2.) podgrzany i sprężony w warniku (4) czynnik chłodniczy odparowuje z roztworu bogatego i skrapla się w skraplaczu (5), przekazując ciepło wodzie chłodzącej skraplacz. Skroplony czynnik jest dławiony w zaworze rozprężnym (1), a następnie odparowuje w parowniku, pobierając ciepło z dolnego źródła ciepła niskotemperaturowego. Powstała para zostaje zassana do absorbera (3), gdzie łączy się z roztworem ubogim, dopływającym z warnika. Roztwór ubogi przepływa przez zawór dławiący (6) w celu obniżenia ciśnienia z poziomu warnika do poziomu absorbera. Powstały w absorberze roztwór bogaty jest następnie przetłaczany za pomocą pompy (7) do warnika.
W dolnej części generatora (warniku) następuje podgrzewanie roztworu bogatego i desorpcja amoniaku. Pary czynnika unoszą się w górę generatora, gdzie natrafiają kolejno na półki rektyfikacyjne i deflegmator, dzięki czemu następuje praktycznie całkowite oddzielenie amoniaku od roztworu ubogiego. Takie rozwiązanie zapobiega dostawaniu sie wody do chłodniczej części układu. (...)

Rys. 3. Zespół absorpcyjnych wytwornic wody lodowej RTCF 300-00

Budowa i charakterystyka techniczna typoszeregu pomp ciepła firmy Robur (...)

Zasada działania absorpcyjnej pompy ciepła Robur (...)

Typoszereg urządzeń firmy Robur (...)

Pompa ciepła GAHP-A (powietrze-woda) (...)

Pompa ciepła GAHP-AR (powietrze-woda, rewersyjna) (...)

Pompa ciepła GAHP-GS (dolne źródło stanowi grunt) (...)

Wytwornice wody lodowej
Dostępnych jest pięć rodzajów wytwornic wody lodowej. Urządzenie w wersji podstawowej to jednostka ACF, o wydajności chłodniczej 17 kW. Następnie ACF HR jest wytwornicą z odzyskiem ciepła, która pozwala produkować c.w.u. podczas chłodzenia. Dostępne są również trzy urządzenia do zastosowań „specjalistycznych”:
* ACF TK – pozwala na pracę w przy ujemnej temperaturze otoczenia,
*ACF LB – możliwość przygotowania ujemnej temperatury wody lodowej (do -10°C),
*ACF HT – do pracy przy wysokiej temperaturze zewnętrznej.

Całości oferty Robur dopełniają zewnętrzne kotły kondensacyjne (rys. 9.), które stanowią źródło szczytowe dla wymienionych wyżej urządzeń. Kotły, zabudowywane w kaskadach o mocy od 34,5 do 172,5 kW, współpracują z urządzeniami absorpcyjnymi, pozwalając zoptymalizować parametry i koszty inwestycyjne instalacji.
Opisane urządzenia, z wyjątkiem GAHP GS i WS, przeznaczone są do instalacji zewnętrznej. Wszystkie urządzenia mogą być instalowane w kaskadach. Dostępne są różne warianty urządzeń i całych zestawów (wersje standardowe, wyciszone, dwu- lub czterorurowe itd.). Urządzenia charakteryzują się bardzo niskim zużyciem energii elektrycznej i pozwalają w pełni zaspokoić potrzeby chłodzenia i grzania istniejących oraz nowo powstających budynków.

Ogólna charakterystyka zjawiska absorpcji
Absorpcja jest odmianą zjawiska sorpcji czyli pochłaniania jednej substancji tzw. sorbatu przez inną substancje tzw. sorbent. Sorpcje dzielimy na:
* adsorpcję – czynnik chłodniczy jest pochłaniany powierzchniowo przez adsorbent stały,
* absorpcję, czyli – proces pochłaniania substancji gazowej w całej objętości substancji ciekłej lub stałej.

Absorbent ciekły to np. woda absorbująca amoniak, a absorbent stały to np. chlorek wapnia, absorbujący amoniak.
Zjawisko absorpcji wykorzystywane jest tam, gdzie zachodzi potrzeba wydzielenia jakiegoś składnika z mieszaniny. Pozwala to pozyskać żądaną substancję lub zapobiec przedostawaniu się jej np. do atmosfery. Zjawisko absorpcji wykorzystywane jest między innymi w systemach ograniczających emisję tlenków azotu, powstających w procesach technologicznych.

AUTOR:
Jakub DOROSZKIEWICZ
– Kierownik Produktu, ROBUR Gazowe Pompy Ciepła