Absorptionswärmepumpe – Wikipedia
Ein Absorptionswärmepumpe ((AHP) ist eine Wärmepumpe, die durch Wärmeenergie wie Verbrennung von Erdgas, solarbeheiztem Dampfwasser, Luft oder geothermisch beheiztem Wasser angetrieben wird[1][2] anders als Kompressionswärmepumpen, die durch mechanische Energie angetrieben werden.[citation needed]
AHPs sind komplexer und erfordern im Vergleich zu Kompressionswärmepumpen größere Einheiten.[3] Insbesondere hängt der geringere Strombedarf solcher Wärmepumpen nur mit dem Flüssigkeitspumpen zusammen.[3] Ihre Anwendungen beschränken sich auf Fälle, in denen Strom extrem teuer ist oder eine große Menge nicht genutzter Wärme bei geeigneten Temperaturen verfügbar ist und die Kühl- oder Heizleistung einen höheren Wert hat als der verbrauchte Wärmeeintrag.[3]Absorptionskühlschränke arbeiten ebenfalls nach dem gleichen Prinzip, sind jedoch nicht reversibel und können nicht als Wärmequelle dienen.[citation needed]
Funktionsprinzipien[edit]
Das Wärmepumpensystem besteht aus einigen Haupteinheiten wie Generator, Kondensator, Verdampfer, Absorber und Wärmetauscher sowie der Saugvorrichtung, der Abschirmpumpe (Lösungspumpe und Kältemittelpumpe).[4] Im einfachsten Fall sind außerdem fünf Wärmetauscher erforderlich (an jeder Komponente und einem internen Wärmetauscher).[3][4] Weitere Komponenten sind Lösungswärmetauscher, Ventile sowie die Saugvorrichtung, die Abschirmpumpe (Lösungspumpe und Kältemittelpumpe) und andere Hilfsteile.[4]
Für die Zirkulation der Absorptionswärmepumpe können Absorber, Generator und Pumpe als “thermischer Kompressor” angesehen werden. Der Absorber entspricht der Einlassseite des Kompressors und der Generator entspricht der Auslassseite des Kompressors. Das Absorptionsmittel[disambiguation needed] kann als Trägerflüssigkeit angesehen werden, die das erzeugte Kältemittelgas von der Niederdruckseite des Kreislaufs zur Hochdruckseite transportiert.[5]
Da die Hauptkomponenten von Geräten, die drei Zwecke erfüllen, gleich sind, gibt es eine Wärmepumpe, mit der alle Arbeitsmodi realisiert werden können: Wärmepumpenmodus, Kühlermodus und Wärmetransformatormodus.[6] Die Absorptionswärmepumpe kann im Sommer als Kühler verwendet werden, während sie im Winter je nach verfügbarer Wärmequelle im Wärmepumpen- oder Wärmetransformatormodus verwendet werden kann.[6]
Die Leistung der Absorptionswärmepumpe wird durch den Leistungskoeffizienten (COP) angegeben. Der COP ist das Verhältnis der entnommenen (zum Kühlen) oder bereitgestellten (zum Heizen) Wärme zum Energieeintrag. Gegenwärtig überschreitet die maximale Temperatur seines Ausgangs 150 ° C. Der Temperaturanstieg & Dgr; T beträgt im Allgemeinen 30-50 ° C. Der Kühlleistungskoeffizient beträgt 0,8 bis 1,6, der Heizleistungskoeffizient beträgt 1,2 bis 2,5 und der Wärmeübertragungsleistungskoeffizient beträgt 0,4 bis 0,5.[4]
Wenn sie in der Industrie eingesetzt werden, sollten die Absorptionswärmepumpen in Bezug auf Energie richtig platziert sein und die Einschränkungen der besonderen Merkmale der Umgebung erfüllen.[3]
AHP-Typen[edit]
Typ 1: konventionelle Wärmepumpen[edit]
AHPs werden nach Temperatur klassifiziert und können in zwei Kategorien unterteilt werden. Bei AHP Typ 1 ist die Kondensatortemperatur höher als die Verdampfertemperatur[7] (auch als Wärmeverstärker bezeichnet[8] und Kühlung[3]). Angetrieben von einer Hochtemperaturwärmequelle entzieht die Absorptionswärmepumpe des ersten Typs die Abwärme (Abwärme) und gibt ein Mitteltemperatur-Wärmemedium ab, das 30-60 Grad Celsius höher ist als die Abwärme.[9] Dieser Typ ist häufiger und könnte eine Alternative zu herkömmlichen Kompressionsmaschinen sein. Der Leistungskoeffizient der Absorptionswärmepumpe des ersten Typs ist größer als 1, im Allgemeinen 1,5 bis 2,5.[4]
Die Wärmepumpe besteht aus den Hauptkomponenten wie Generatoren, Kondensator, Verdampfer, Absorber und Wärmetauscher sowie der Saugvorrichtung, der Abschirmpumpe (Lösungspumpe und Kältemittelpumpe) und anderen Hilfsteilen. Die Luftabsaugvorrichtung entfernt das nicht kondensierbare Gas in der Wärmepumpe und hält die Wärmepumpe immer im Hochvakuumzustand.[4]
Typ 2: Wärmetransformator-Wärmepumpen[edit]
Bei AHP Typ 2 ist die Kondensatortemperatur niedriger als die Verdampfertemperatur[7] (auch als Wärmetransformator bezeichnet[10]). Die Absorptionswärmepumpe Typ 2 nutzt die Wärme der Mitteltemperatur-Abwärme auf intelligente Weise und gibt ein Hochtemperatur-Wärmemedium (Heißwasserdampf) ab, das 25 bis 50 Grad Celsius höher ist als die Mitteltemperatur-Abwärme.[9] Die Absorptionswärmepumpe vom Typ 2 könnte durch minderwertige Abwärme im Produktionsprozess oder in der Natur angetrieben werden, wodurch Energieeinsparungen und Emissionsreduzierungen erzielt und die Produktionskosten gesenkt werden können. Sie findet praktische Anwendung in der petrochemischen und kohlechemischen Industrie.[9] Der Leistungskoeffizient der Absorptionswärmepumpe des zweiten Typs beträgt immer weniger als 1, im allgemeinen 0,4 bis 0,5.[4]
Typische Arbeitsflüssigkeiten[edit]
Als Arbeitsmedium wird ein Fluidgemisch verwendet, unterschiedliche Konzentrationen des Arbeitsmediums entsprechen unterschiedlichen Temperaturen, die Temperatur und Konzentration des Arbeitsmediums unterliegen einer zyklischen Änderung. Wenn der Generator mit Wärme versorgt wird, steigt die Temperatur des Gemisches an, wodurch die Konzentration hochsiedender Komponenten (Absorptionsmittel) erhöht und das Kältemittel freigesetzt wird.[3] Wenn Kältemittel mit Kältemittel im Absorber gemischt wird, wird Wärme freigesetzt.[5] In der Absorptionseinheit könnten verschiedene Arten der Mischung verwendet werden, aber Wasser / Lithiumbromid und Ammoniak / Wasser sind die übliche Wahl.[3]
Wasser und Lithiumbromid (LiBr)[edit]
Wasser ist das Kältemittel und LiBr das Absorptionsmedium.[1] Wasser- und LiBr-Systeme haben größere Kapazitäten und werden in der Industrie in einem breiten Spektrum eingesetzt. Die Größen variieren von einigen zehn kW bis zu mehreren MW.[3] Der erste Typ einer Lithiumbromid-Absorptionswärmepumpeneinheit ist eine Hochtemperaturwärmequelle (Dampf, Hochtemperaturheißwasser, Heizöl, Gas) als treibende Wärmequelle, Lithiumbromidlösung als Absorptionsmittel und Wasser als Kältemittel. und die Niedertemperatur-Wärmequelle (wie z. B. heißes Abwasser) wird recycelt und verwendet.[citation needed]
Ammoniak und Wasser[edit]
Ammoniak ist das Kältemittel und Wasser das Absorptionsmedium.[1] Im Absorber und Generator wird die Absorption oder Wirkung der wässrigen Ammoniaklösung verwendet, um Wärme abzustrahlen oder Wärme zu absorbieren. Im Verdampfer und Kondensator wird der Phasenwechsel von reinem Ammoniak verwendet, um die externe Absorption oder Wärmefreisetzung zu vervollständigen.[4] Wie bei einer herkömmlichen Wärmepumpe wird das Kältemittel (Ammoniak) im Kondensator kondensiert und anschließend Wärme abgegeben. Der Druck fällt nach der Expansionseinheit ab und das Kältemittel wird verdampft, um Wärme zu absorbieren.[citation needed]
Die Ammoniak / Wasser-Wärmepumpen sind im Wesentlichen auf Wohnanwendungen beschränkt, da sie kommerziell nur auf kleine Größen (einige KW) beschränkt sind.[3][11] Wenn das System Wärme aus dem Wohngebäude aufnimmt, arbeitet es als Kältemaschine. Wenn es Wärme an das Innere eines Wohngebäudes abgibt, heizt es das Haus.[12]
Die Schlüsselkomponente von Wärmepumpen, die Ammoniak und Wasser auf dem heutigen Markt verwenden, ist der Generatorabsorber-Wärmetauscher (GAX), der den thermischen Wirkungsgrad der Geräte verbessert, indem er die Wärme zurückgewinnt, die beim Absorbieren von Ammoniak im Wasser freigesetzt wird.[11] Weitere Innovationen für diesen Wärmepumpentyp sind eine effiziente Dampftrennung, ein variabler Ammoniakfluss und eine variable Kapazität sowie eine Gasverbrennung mit geringer Emissionskapazität und variabler Gasverbrennung.[11]
Wärmeenergiequellen[edit]
Solarthermie[edit]
Einfache, doppelte oder dreifache iterative Absorptionskühlzyklen werden in verschiedenen solarthermischen Kühlsystemkonstruktionen verwendet. Je mehr Zyklen, desto effizienter sind sie.[citation needed]
Im späten 19. Jahrhundert war das häufigste Phasenwechsel-Kältemittel für die Absorptionskühlung eine Lösung aus Ammoniak und Wasser. Heutzutage ist auch die Kombination von Lithiumbromid und Wasser gebräuchlich. Ein Ende des Systems der Expansions- / Kondensationsrohre wird erwärmt, und das andere Ende wird kalt genug, um Eis zu bilden. Ursprünglich wurde Erdgas im späten 19. Jahrhundert als Wärmequelle verwendet. Heute wird Propan in Kühlschränken für Freizeitfahrzeuge eingesetzt. Innovative Solarthermiekollektoren für Warmwasser können auch als moderne Wärmequelle mit “freier Energie” verwendet werden.
Effiziente Absorptionskühlschränke benötigen Wasser von mindestens 88 ° C (190 ° F). Übliche, kostengünstige Solarthermiekollektoren mit flacher Platte produzieren nur Wasser mit einer Temperatur von etwa 70 ° C (160 ° F). Mehrere erfolgreiche kommerzielle Projekte in den USA, Asien und Europa haben jedoch gezeigt, dass Solarkollektoren mit flacher Platte speziell für Temperaturen über 93 ° C entwickelt wurden ( 200 ° F) (mit Doppelverglasung, erhöhter Rückendämmung usw.) kann effektiv und kostengünstig sein.[13] Evakuierte Röhrensolarmodule können ebenfalls verwendet werden. Konzentrierende Solarkollektoren, die für Absorptionskühlschränke benötigt werden, sind in heißen, feuchten und wolkigen Umgebungen weniger effektiv, insbesondere wenn die niedrige Nachttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit unangenehm hoch sind. Wenn Wasser deutlich über 88+ ° C erhitzt werden kann, kann es gespeichert und verwendet werden, wenn die Sonne nicht scheint.[citation needed]
Seit mehr als 150 Jahren werden Absorptionskühlschränke zur Herstellung von Eis verwendet.[14] Dieses Eis kann gelagert und als “Eisbatterie” zum Kühlen verwendet werden, wenn die Sonne nicht scheint, wie es 1995 im Hotel New Otani Tokyo in Japan war.[15] Für die Berechnung der Leistung von eisbasierten Wärmespeichern stehen im öffentlichen Bereich mathematische Modelle zur Verfügung.[12]
Geothermie[edit]
Die Erde als riesige und stabile Wärmespeicherressource, ihre flache Bodentemperatur und das Grundwasser haben ebenfalls breite Anwendungsaussichten im Energieverbrauch, insbesondere zur Energieeinsparung von Gebäuden. Unter Verwendung der Absorptionswärmepumpentechnologie (Kältetechnik) kann 65-90 90 geothermisches Wasser verwendet werden, um 7-9 ℃ Kältemittelwasser für die Sommerklimatisierung zu erzeugen. Durch den angemessenen Einsatz der entsprechenden Wärmepumpentechnologie können geothermische Ressourcen bei unterschiedlichen Temperaturniveaus effizient und umfassend genutzt werden, wodurch der Energieverbrauch für das Heizen und Kühlen von Wohn- und Geschäftsgebäuden erheblich gesenkt wird.[4] Die Verwendung von 65 ° C und mehr geothermischem Wasser (oder Abwärme / Abwärme) zum Antrieb der Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und des entsprechenden Wärmepumpentyps (Heizen / Heizen) zum Heizen kann gute energiesparende und wirtschaftliche Vorteile erzielen.[4] Für Niedertemperatur-Wärmequellen von 15 bis 25 ° C, die von einer kleinen Menge von Hochtemperatur-Wärmequellen (wie Hochtemperaturdampf oder direkte Verbrennung) angetrieben werden, kaltes Wasser mit einer Temperatur von 7 bis 15 ° C und heißes Wasser bei einer Temperatur über 47 ° C kann hergestellt werden. 1,2,> 1,5 beim Erhitzen.[4]
Erdgas[edit]
Erdgas ist eine häufig verwendete Wärmequelle, daher werden Absorptionswärmepumpen manchmal als gasbefeuerte Wärmepumpen bezeichnet.[11] Wenn andere Wärmequellen-Wärmepumpen (z. B. Abwärme) im Heizmodus betrieben werden, können sie durch zusätzliche Gaskessel die Anforderungen an die Überlastheizung sehr kalter Perioden auf effiziente Weise erfüllen.[6]
Abwärme[edit]
Beispielsweise kann das Abwärmeantriebssystem Kühl- und Heizlasten abdecken, indem es in einem Kühler- und Wärmekonvertermodus betrieben wird. Es ist möglich, dass nur ein Gerät den größten Teil des Jahres durch Abwärme ressourcenschonend mit Ressourcen für das Stadtgebiet versorgen kann.[6]
Siehe auch[edit]
Verweise[edit]
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