Urządzenia absorpcyjne do celów grzewczych i klimatyzacyjnych

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

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 bezpośredniona 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.
W celu podniesienia sprawności działania w niektórych rozwiązaniach stosuje się dodatkowy element, tj. doziębiacz, który ma za zadanie dochłodzić ciekły czynnik za skraplaczem i podgrzać pary płynące z parownika do absorbera. Między generatorem a absorberem instalowane są rekuperatory, w których następuje obniżenie temperatury roztworu ubogiego, płynącego z warnika do absorbera i podgrzanie roztworu bogatego, opuszczającego absorber. Zastosowanie rekuperatora pozwala wstępnie podgrzać roztwór bogaty do temperatury bliskiej wrzeniu.

Autor: Jakub DOROSZKIEWICZ
Źródło: Ch&K 12/2011