Absorpcyjne pompy ciepła w systemach centralnego chłodzenia i ogrzewania
Ocena użytkowników: / 3
SłabyŚwietny 
Data dodania: 04.02.2008

W niniejszej publikacji przedstawiono analizę rozwoju energetyki w oparciu o obowiązujące akty prawne. W rozwój ten wpisują się agregaty absorpcyjne. W artykule zaprezentowano przesłanki ekonomiczne oraz potrzebę wykorzystania urządzeń absorpcyjnych w układach centralnego chłodzenia i ogrzewania. Zwrócono uwagę na szeroki wachlarz i potrzebę zastosowania takich urządzeń i przedstawiono rzeczywiste układy zbudowane na terenie Polski, wykorzystujące właśnie absorpcyjne pompy ciepła. 

     Z uwagi na kurczące się światowe zasoby paliw kopalnych a także ze względu na potrzebę ochrony środowiska naturalnego przed degradacją, coraz większą popularność zdobywają metody wykorzystujące alternatywne źródła energii do realizacji określonych celów. Potrzebę taką wymuszają również uwarunkowania ekonomiczne, ze względu na rosnące ceny surowców oraz politykę zmierzającą do możliwie dużego uniezależnienia gospodarki od zewnętrznych surowców energetycznych.
     Jednym z bardziej korzystnych rozwiązań problemu jest wykorzystanie ciepła odpadowego, o stosunkowo niskich parametrach termicznych, do napędu sorpcyjnych obiegów chłodniczych. W metodzie tej, zwanej gospodarką skojarzoną, wykorzystuje się uboczne efekty procesów technologicznych (strumień ciepła odpadowego) do realizacji określonych celów (np. uzyskanie efektu chłodzenia w klimatyzacji).
 
Ważniejsze akty prawne określające rozwój energetyki
(...)

Analiza ekonomiczna układów absorpcyjnych
     Akceptacja projektu wymaga, by zastosowanie agregatu absorpcyjnego doprowadziło do tańszego wytwarzania chłodu niż ma to miejsce w alternatywnym układzie sprężarkowym. Zdecydowanie na efektywność ekonomiczną projektu wpływają nakłady inwestycyjne systemu z chłodziarką absorpcyjną, około 1,5 do 2 razy wyższe niż nakłady inwestycyjne układu sprężarkowego o takiej samej mocy chłodniczej. Urządzenia absorpcyjne cechuje również niższy współczynnik wydajności chłodniczej. Na rysunku 1 porównano nakładów inwestycyjne z mocą chłodniczą agregatów absorpcyjnych.

     Z powyższych powodów agregaty absorpcyjne stosowane są głównie w układach skojarzonych, wykorzystując do napędu źródła ciepła odpadowego. Ze względu na długi czas pracy chłodziarki absorpcyjnej wynoszący od 25 do 30 lat (urządzenie sprężarkowe od 10 do15 lat) oraz niewielkie wymaganie serwisowe, w odpowiednich warunkach stosowanie takich urządzeń jest ekonomicznie pożądane. W zastosowaniach praktycznych najczęściej wykorzystywane są dwa rodzaje chłodziarek absorpcyjnych: bromolitowe (LiBr-H2O) i amoniakalne (H2O-NH3). W chłodziarkach absorpcyjnych bromowo litowych czynnikiem chłodniczym jest woda przez co ich zastosowanie jest ograniczone do wytwarzania „chłodu” o parametrach ok. 5oC. Wyższych nakładów inwestycyjnych wymagają chłodziarki amoniakalne, jednak można z ich pomocą uzyskać temperatury chłodzenia poniżej 0oC (nawet do -60oC), umożliwiając głębokie mrożenie.

Zasada działania urządzenia absorpcyjnego
     Chłodziarki sorpcyjne [3], są to urządzenia, w których dla zrealizowania obiegu doprowadzana jest energia z zewnątrz w postaci ciepła. Urządzenia te są chłodziarkami parowymi, w związku z tym czynnik podlega przemianom fazowym. W parowniku odbywa się proces wrzenia czynnika chłodniczego kosztem ciepła doprowadzonego od środowiska ochładzanego. Proces przebiega w niskiej temperaturze i niskim ciśnieniu. W skraplaczu zaś czynnik oddaje ciepło do otoczenia w wyższej temperaturze i wysokim ciśnieniu ulegając skropleniu. Przejście z ciśnienia skraplania na ciśnienie parowania uzyskuje się przez dławienie w zaworze rozprężnym. Realizacja procesu sprężania czynnika wymaga odprowadzenia ciepła do otoczenia (absorber) oraz doprowadzenie w innym miejscu ciepła w temperaturze wyższej od temperatury otoczenia (desorber). Zespół ten nosi nazwę sprężarki termicznej i zastępuje sprężarkę mechaniczną trzema przemianami:
● izobaryczną absorpcją pary czynnika chłodniczego przez ciekły absorbent,
● izentalpowym zwiększaniem ciśnienia cieczy przez pompę,
● desorpcją pary czynnika chłodniczego przez doprowadzenie ciepła.

     Korzystając ze sprężarki termicznej nie mamy do czynienia z czystym czynnikiem, lecz z jego roztworem, to znaczy z układem dwuskładnikowym zwanym układem sorpcyjnym. Układ taki składa się z substancji pochłanianej (absorbowanej), która jest czynnikiem chłodniczym i absorbenta zwanego pochłaniaczem. W układzie takim czynnikiem chłodniczym jest ten czynnik, który posiada niższą temperaturę wrzenia przy stałym ciśnieniu. Zjawisko sorpcji może mieć charakter fizyczny lub chemiczny. Jeżeli proces pochłaniania przebiega w całej objętości, to nosi nazwę absorpcji. Na powierzchni granicy faz następuje zagęszczenie czynnika pochłanianego. W przypadku gdy podczas zjawiska pochłaniania występują związki chemiczne, to proces taki nazywany jest chemisorpcją.
     Praca urządzenia chłodniczego absorpcyjnego jest możliwa jeżeli przyjmie się, że obieg realizowany jest przy pomocy zespołu sorpcyjnego, w którym pochłaniaczem jest ciecz tworzącą z czynnikiem chłodniczym roztwór o nieograniczonej rozpuszczalności. Z desorbera płynie para czynnika chłodniczego zawierająca domieszkę pary pochłaniacza (w chłodziarkach LiBr-H20 desorber opuszcza praktycznie czysta para wodna), która kierowana jest do skraplacza. Następuje tam skroplenie pary czynnika chłodniczego, przy stałym ciśnieniu, w związku z czym zostaje odprowadzone ciepło skraplania Qskr przy pomocy wody chłodzącej. Po skropleniu czynnik zostaje izentalpowo dławiony przepływając poprzez zawór rozprężny przy ciśnieniu parowania P0, przy czym temperatura nasycenia jest odpowiednio niska, tak że w parowniku może być pobrane ciepło Qpar. W wyniku doprowadzenia ciepła powstają pary, które przepływają do absorbera. Pary czynnika chłodniczego stykając się z roztworem bogatym są absorbowane (pochłaniane).
     Roztwór o małej zawartości „czynnika chłodniczego” nazywany jest roztworem bogatym. W miarę trwania procesu absorpcji roztwór pochłania czynnik chłodniczy. Podczas procesu pochłaniania genero wane jest ciepło rozpuszczania Qabs, które odprowadzane jest od układu za pomocą wody chłodzącej absorber. W absorberze, jeśli pominąć spadek ciśnienia w rurociągu łączącym oba aparaty, panuje to samo ciśnienie P0.
     Po osiągnięciu odpowiedniego stężenia (rozcieńczenia LiBr wodą) roztwór zwany roztworem ubogim Xu zasysany jest przez pompę kosztem pracy Npom i przetłaczany do desorbera. W desorberze roztwór jest podgrzewany wykorzystując ciepło odpadowe (np. para, woda gorąca). W związku z doprowadzeniem ciepła powstaje para czynnika chłodniczego (niższa temperatura wrzenia), która przepływa do skraplacza. Do roztworu ubogiego doprowadzane jest ciepło Qnap. W desorberze panuje ciśnienie skraplania jeśli pominąć spadek ciśnienia w rurociągu, którym płynie para do skraplacza. W wyniku odparowania czynnika chłodniczego (desorpcji) stężenie roztworu wzrasta do wartości dopowiadającej stężeniu bogatemu Xb. Obieg roztworu zamyka się w obrębie desorbera i absorbera poprzez zawór oraz pompę. W części urządzenia panuje ciśnienie skraplania, w części ciśnienie parowania. Linia podziału na poszczególne części przebiega poprzez pompę i oba zawory (rys. 2). (...)

Przykłady zastosowań urządzeń absorpcyjnych w układach skojarzonych
     Rozwój energetyki określają przesłanki ekonomiczne i prawne. W kierunki te dobrze wpisują się urządzenia wykorzystujące zjawisko sorpcji. Wykorzystanie do napędu ciepła odpadowego o stosunkowo niskich parametrach, umożliwia ich szerokie wykorzystanie w rozmaitych układach skojarzonych. Do układów coraz szerzej stosowanych, należą ciepłownie geotermalne. Różnią się one między sobą stosowanymi rozwiązaniami technicznymi. Różnice te wynikają przede wszystkim z różnych parametrów wód geotermalnych, wielkości pozyskanych mocy cieplnych a

także liczby i rodzajów odbiorców ciepła. Podstawowe dane przedstawione zostały w tabeli. (...)

Podsumowanie
     W najbliższych latach, na skutek ciągłego zmniejszania się zasobów surowców naturalnych należy spodziewać się ciągłego wzrostu cen energii. Równocześnie wzrastać będzie znaczenie racjonalnej polityki energetycznej, której celem jest wzrost wykorzystania alternatywnych źródeł energii jak i ograniczenie strat poprzez pełniejsze jej wykorzystanie. Trendy te zostały dostrzeżone przez organy ustawodawcze, które opracowały stosowne ramy prawne promujące takie rozwiązania. W rysujące się kierunki rozwoju energetyki dobrze wpisują się urządzenia wykorzystujące zjawisko sorpcji. Dzięki wykorzystaniu do napędu źródeł energii o stosunkowo niskich parametrach oraz jednoczesny tryb pracy jako pompa ciepła, umożliwiają szerokie wykorzystanie w szerokim wachlarzu układów. Stosowanie agregatów absorpcyjnych pozwala ograniczyć straty energii dzięki wykorzystaniu źródeł odpadowych, a także wykorzystać do ich napędu alternatywne źródła energii (np. źródła geotermalne). Dalsze zwiększanie rozwiązań z ich udziałem, zapewni również spełnienie zobowiązań dotyczących układów kogeneracyjnych i ochrony środowiska naturalnego. Praktyka dowodzi że rozwiązania takie są ekonomicznie pożądane i spodziewać się należy coraz większej popularności takich rozwiązań. 

wydanie 1-2/2008 

 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

Reklama
  • omii

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.