Energooszczędne rozwiązania dużych źródeł chłodu na potrzeby klimatyzacji Cz. 2.
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 19.01.2016

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.

 

 

2015 12 32 1

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.

 

 

2015 12 34 1

Rys.2. Absorpcyjny agregat chłodniczy

 

 

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 kom- paktowa 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. 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 oko- ło 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 proce- sowi 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.
Przykład rozwiązań: agregaty absorpcyjne zasilane gorącą wodą. Elementy agregatu absorpcyjnego na przykładzie agregatu zasilanego gorącą wodą (rys. 3.):

  •  parownik: Parownik jest szczelnym zbiornikiem, z wbudowanymi przewodami rurowymi, w których płynie woda lodowa. Wewnątrz parownika jest utrzymywane bliskie próżni ciśnienie, co sprawia, że woda jako czynnik chłodniczy rozpylany w parowniku paruje już w temperaturze +5°C, schładzając wodę lodową instalacji chłodniczej po drugiej stronie wymiennika ciepła w parowniku. Przebiegający w parowniku proces parowania czynnika chłodniczego – wody, powoduje stopniowo zwiększenie ciśnienia cząsteczkowego pary oraz temperatury odparowania. Dzięki temu para czynnika chłodniczego przepływa swobodnie do połączonego z parownikiem absorbera;
  •  absorber: W absorberze rozpylany jest stężony roztwór LiBr. Roztwór pochłania parę czynnika chłodniczego, utrzymując w ten sposób ciśnienie cząsteczkowe pary oraz temperaturę odparowania na stałym poziomie. Proces absorpcji generuje ciepło, które jest usuwane poprzez wodę chłodzącą pochodzącą z wieży wyparnej, płynącą w przewodach wewnątrz absorbera. Podczas procesu absorpcji w absorberze stężenie roztworu LiBr staje się coraz niższe, a tym samym zmniejsza się zdolność roztworu do dalszej absorpcji czynnika chłodniczego;
  •  desorber: Rozcieńczony w absorberze roztwór LiBr przepływa do desorbera, gdzie jest podgrzewany przez gorącą wodę (o temperaturze +95°C nawet do 150°C). Z podgrzanego roztworu LiBr odparowuje czynnik chłodniczy (woda). Roztwór LiBr po odparowaniu z niego wody staje się ponownie roztworem stężonym kierowanym do rozpylenia w absorberze;
  •  skraplacz: Jego funkcją jest skraplanie czynnika odparowanego w desorberze .Odparowany z roztworu LiBr czynnik chłodniczy w postaci pary wodnej przepływa swobodnie do skraplacza, gdzie następuje jego ochłodzenie. W rurach przebiegających wewnątrz skraplacza płynie woda chłodząca pochodząca z wieży chłodniczej, która pochłania ciepło pary czynnika chłodniczego, ochładzając i skraplając czynnik chłodniczy w wodę. Skroplona woda kierowana jest do parownika;
  •  wymiennik ciepła roztworu: Rozcieńczony roztwór przychodzący z absorbera jest podgrzewany przez stężony roztwór powracający z generatora, w celu poprawienia sprawności urządzenia.

 

 

2015 12 34 2 

Rys. 3. Budowa agregatu absorpcyjnego

 

 

Kierunki rozwoju agregatów absorpcyjnych

 

(...)

 

Trigeneracja [1, 3]

 

(...)

 

Scentralizowane systemy chłodnicze [1, 3-4]

 

(...)

 

Podsumowanie

 


W artykule zaprezentowano sposób ograniczenia zużycia energii przez duże centrale chłodnicze, jakim jest wykorzystanie absorpcyjnych agregatów chłodniczych oraz systemów na nich opartych. Jednostki absorpcyjne mogą pracować indywidualnie, w sytuacji gdy na terenie obiektu jest źródło ciepła odpadowego, mogą też być elementami większych systemów. Jednym z bardziej efektywnych sposobów wykorzystania agregatów absorpcyjnych są systemy trigeneracyjne, które pozwalają na jednoczesne generowanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu. Systemy trigeneracyjne mogą pracować na rzecz lokalnych sieci chłodniczych, albo jako jednostki indywidualne w poszczególnych obiektach. W drugim przypadku są zasilane z ciepła sieciowego lub odpadowego obiektu. Każdy z wyżej wymienionych systemów pozwala na istotne ograniczenie zużycia energii koniecznej do ochłodzenia danego budynku.

 

 

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,

Wydział Inżynierii Środowiska,

Politechnika Wrocławska


mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,

Wydział Inżynierii Środowiska,

Politechnika Wrocławska

 

 


LITERATURA:
[1] Materiały pomocnicze i katalogi producentów dostępne w intrenecie.
[2] K.E.HEROLD,etal.:AbsorptionHeatPumpsandChillers.BocaRaton.FL:CRCPress. 1996.
[3] MALICKI M.: Sprężarkowo czy adsorpcyjnie? Metody produkcji chłodu przy pomocy ciepła sieciowego. Energetyka cieplna i zawodowa. 5/2013.
[4] SMYKA.,PIETRZYKZ.:CzywPolsceistniejerealnaszansanachłódzcentralzasilanych ciepłem systemowym. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 41/11, 2010.

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

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.