Виды сорбционных систем
Абсорбционная система, в которой в процессе абсорбции и отвода холодильного вещества испольуется также жидкий абсорбент. Используются рабочие вещества (холодильное вещество и абсорбент) с разной температурой кипения, которые можно беспрепятственно воссоединять с низкотемпературным теплом в целом диапазоне рабочих температур и давления.
Абсорбционная система использует твердые вещества, которые при низком давлении адсорбируют на своей поверхности холодильное вещество и после привода тепла при более высоком давлении его опять отводят. Такая установка работает периодически, что приводит к большим потерям энергии и достигается низкого охлаждающего эффекта. Однако, сегодня уже существуют адсорбционные установки с непрерывной эксплуатацией (с помощью аккумуляции холода), которые работают одновременно как тепловой насос и достигают более высокой энергетической эффективности чем обыкновенные промышленные абсорбционные системы, с коэффициентом преобразования холода к теплу около 0,7 – 1.
Такая установка, работающая также как и тепловой насос с непрерывной эксплуатацией, испольующая две рабочие вещества зеолит – вода, была разработана на Кафедре техники производства Строительного факультета Словацкого технического университета (STU). Установка работает как рабочий прототип с мощностью охлаждения 2,5 КВт, тепловой мощностью 15 КВт и достигает энергетической эффективности на уровне коэффициента мощности (охлаждающий и отопительный факторы), приблизительно 1,3.
Ресорбционная система, в которой процесс конденсации и испарения заменяется процессом ресорбции (повторной абсорбции) и десорбции (отвода). Такая система довольно сложная, но предоставляет возможность подключения и других очень экономных установок.
Диффузионная система, в которой холодильное вещество испаряется в испарителе и посредством диффузии проникает в атмосферу другого газа. Такая система использовалась с аммиаком в качестве охлаждающего вещества, водой как абсорбентом и водородом как инертным газом в абсорбционных домашних холодильниках.
Использование тепла в абсробционном радиаторе с точки зрения применения когенерационных установок выгодно, так как позволяет использование тепла летом, помимо отопительного периода, чем достигается продления хода установки. Именно летнее потребление тепла является главным лимитирующим фактором для размера и эффективности когенерационной установки. Преимуществом абсорбционных радиаторов по сравнениню с компрессорными холодильными установками является то, что потребляют минимум электричества, отличаются малошумностью, несложным обслуживанием и из этого вытекающей надежностью системы. Есть и недостатки системы: необходимость подвода и отвода тепла в условиях вакуума, более высокие инвестиции чем при классическом компрессорном охлаждении, большие размеры и вес.
Промышленно производимые абсробционные холодильные установки используют две пары рабочих веществ — для температуры ниже 0°C NH3-H20 (аммиак как хладагент, вода как абсорбент) и для температуры выше 0°C H20-LiBr (вода как хладагент и бромистолитиевая соль ка абсорбент).
Абсорбционная система охлаждения состоит из трех округов, между которыми происходит обмен тепла. Первый округ – это округ горячей воды (Qt), являющийся движущей силой внутреннего обмена тепла. Этот округ подключен к источнику тепла, например, к когенерационной установке. Второй округ – это округ холодной воды (Qs), который подключен непосредственно к округу охлаждения (также как и центральное отопление, но вместо горячей используется холодная вода, которая потом в помещениях охлаждает воздух) и отводится им тепло из пространства (охлаждает). Третьим округом является округ охлаждающей воды (Qch), который отводит воду с теплом, образованным в результате внутреннего обмена для охлаждения. Охлаждение происходит чаще всего с помощью охлаждающих вышек. Соотношение температуры тепла определяет формула: Qch = Qt + Qs.
Температуры округа горячей воды оказывают решающее влияние на размер холодильной установки, следовательно и на ее цену. Вообще считается, что чем выше температура горячей воды, тем меньше и дешевле будет холодильная установка. Большинство промышленно производимых установок работает с температурами от 100 до 135°C. Округ холодной воды работает с температурами, необходимыми для способа отвода тепла из пространства. Эти температуры достигают обычно 7 – 15°C. Округ охлаждающей воды, который отводит тепло из холодильной установки, работает с температурой около 20–45°C.
Для качества охлаждающего процесса характерен коэффициент мощности, то есть соотношение между использованным холодом и приводом тепла. С помощью одноступенчатого абсорбента вода – бромид лития достигается коэффициент мощности около 0,65. Существуют также абсорбционные холодильные установки на бромиде лития, которые имеют двуступенчатый принудительный отвод, и тем самым достигается лучший коэффициент мощности — около 1,1. Поэтому эти установки удобны и для прямого обогрева природным газом и могут с экономической и энергетической точки зрения конкурировать энергетическим установкам, питаемым электрокомпрессорами.
В абсорбционном процессе охлаждения с веществами аммиак – вода коэффициент мощности зависит от температуры испарения, например 0,3 при -20°C и 0,5 при -5°C. Улучшение коэффициента мощности с помощью многоступенчатых принудительных отводов в рамках системы аммиак – вода невозможно. Главная область применения аммиака в качестве абсорбента до сих пор встречалась в промышленных технологических процессах , прежде всего в связи с использованием дешевого отработанного тепла. В настоящее время появляются разные проектыс целью представить на рынке также меньшие установки.
Те, кто имеют дело с когенерацией, хорошо знают, что это довольно сложная проблема, нуждающаяся в множестве необходимых данных. В ходе проектирования оптимального решения комбинации когенерация + абсорбционное охлаждение в расчеты входят еще и другие параметры, которые необходимо учитывать. Вообще размер коэфициента абсорбционной холодильной установки вытекает из ее охлаждающей мощности. Также как и при отоплении, так и при охлаждении мощность избирается с учетом тепло-изоляционных свойств объекта, который будет охлаждаться. Из требования величины мощности охлаждения определяется степень тепловой мощности холодильной установки (тепловой мощности в горячей воде). Общепринято, что величина этой мощности приблизительно в 1,3 раза болье, чем величина холодильной мощности. Размер когенерационной установки обычно выбирается на основе иных требований чем размер холодильной установки, поэтому необходимо решить, достаточна ли тепловая мощность когенерации для эксплуатации холодильной установки. Если она недостаточна, то необходимо дополнительной тепловой мощности достичь, например, в газовых котлах. Можно взвесить также распределение мощности холодильных установок мезду абсорбционное и компрессорное охлаждение.
Как уже было выше сказано, абсорбционные холодильные установки по сравнению с компрессорными требуют больших инвестиций. Размер, а также цена холодильной установки определяется двумя основными параметрами: величиной мощности охлаждения и температурой горячей воды. Так как эти данные нельзя с первого взгляда достаточно оценить, могут иметь ориентировочные цены относительно большой диапазон. По этой причине лучше взвесить конкретное предложение размера холодильной установки применительно к конкретным условиям. Рекомендуется совместное обсуждение с проектантом системы отопления и с поставщиком когенерационной установки с целью найти подходящее техническое решение, которое бы снизило общие инвестиционные расходы на покупку холодильной системы.
Тригенерационная система была успешно применена в административном здании чешского производителя когенерационных установок ТЕДОМ в городе Тршебич, где работают когенерационные установки ТЕДОМ в сочетании с абсорбционной системой охлаждения ЙОРК.