Obsah: Princip fungování absorpčního stroje 2 Solární chlazení 4 Jednostupňový absorpční chladicí stroj BROAD v provozu OKK Koksovny (Koksovna Svoboda) 5 Newsletter of the Regional Energy Agency of Moravian-Silesian Region, January 2011
Úvodník TÉMA DNE: absorpční výroba tepla a chladu V současnosti se pro přestup tepelné energie mezi různými úrovněmi tepelného potenciálu obecně využívá kondenzační nebo výparné teplo média při vhodných teplotách nebo tlacích. Pro přechod teplonosného média mezi těmito stavy se využívají tři způsoby kompresorový, absorpční nebo adsorpční. Podle toho jestli se teplo daného prostředí odvádí nebo naopak přivádí hovoříme o výrobě tepla nebo chladu. Téma absorpčních strojů považujeme za tak zajímavé a přitom ve srovnání s elektrickými kompresorovými stroji za opomíjené, že jim budeme věnovat prostor v několika vydáních našeho periodika. Absorpční stroje se odlišují od běžných zařízení pro chlazení tím, že k pohonu využívají tepelnou energii a ne elektrickou energii. Znamená to, že je lze využít všude tam, kde je nedostatek elektrické energie (staré zástavby nebo odlehlá místa) nebo naopak, kde je dostatek plynu nebo přebytek odpadního tepla. Nespornou výhodou přímo vytápěných strojů (stroje využívající palivo spálené přímo v hořáku jednotky) je možnost využít tyto zařízení pro kombinovanou výrobu chladu a tepla dokonce i ve 4 trubkovém provedení se současným provozem obou energií. redakce Princip fungování absorpčního stroje Ing. Lubomír Golasovský Všichni ve svém okolí známe ledničky nebo tepelná čerpadla. Tato zařízení pracují na principu odebírání tepla okolím z par o vysokém tlaku a teplotě. Po jejich ochlazení a expanzi na škrtícím ventilu dojde k jejich ochlazení a tytéž páry naopak teplo ze svého okolí přijímají. Následně jsou páry nasáty a stlačeny kompresorem na vysoký tlak a tím se zvedne jejich teplota a děj se opakuje. Podle toho, co je prostředím do kterého je teplo dodáváno a ze kterého odebíráno, jedná se o chladící stroje nebo tepelné čerpadlo. Spotřeba energie pro pohon kompresoru je prakticky 2-6 x nižší než množství předaného tepla a závisí především na rozdílu teplot mezi teplotou primárního okruhu, z něhož je teplo odebíráno, a teplotou na výstupu. U tepelných čerpadel je tento poměr označován jako topný faktor. Absorpční chlazení je založeno na fyzikálních vlastnostech dvou látek a také na jejich schopnosti vzájemné absorpce. Absorpční chladicí cyklus je v podstatě podobný parnímu kompresorovému cyklu. Zásadním rozdílem je způsob stlačení chladiva. V absorpční jednotce je stlačení chladiva (komprese) docíleno nejprve rozpuštěním chladiva v kapalném sorbetu v absorbéru (absorpční teplo je odvedeno) a pak je bohatý roztok přečerpán na vyšší tlak běžným oběhovým čerpadlem. Chladivo s nízkým bodem varu je vypuzeno z roztoku teplem dodaným z externího zdroje do desorbéru (generátoru, vypuzovače, varníku). Tímto způsobem je chladivo tlačeno bez vysoké spotřeby mechanické práce jako u parních kompresorových cyklů. Páry chladiva se pak srážejí v kondenzátoru (kondenzační teplo je odvedeno) a po expanzi na nízký tlak se opět vypařují ve výparníku. Newsletter of the Regional Energy Agency of Moravian-Silesian Region, January 2011 2
Tím je zajištěn chladicí účinek a ve výparníku je odebíráno teplo vodě určené pro účely chlazení (využitelný chlad). Páry chladiva jsou potom navráceny do roztoku v absorbéru, kde se znovu rozpouštějí. Mezi absorbérem a desorbérem se oběhovým čerpadlem dopravuje bohatý a ochuzený roztok s rekuperací tepla v tepelném výměníku. Jako absorbér se používá převážně čpavek nebo lithiumbromid. Výhodou čpavku je vyšší rozsah provozních teplot avšak z pohledu ochrany životního prostředí je pokud možno nahrazován lithium bromidem. V praxi může být zdrojem tepla přímo hořák tzv. přímo otápěné stroje nebo teplo v podobě páry, horké vody nebo spalin nepřímo otápěné stroje. U nepřímo otápěných strojů lze s výhodou využít odpadního tepla z např. z technologických procesů nebo (v letním období) z kogeneračních jednotek (tzv. trigenerace). Množství tepla odebraného okolí je u absorpčního stroje cca 0,6 násobek tepla přivedeného. Toto číslo se může jevit jako nízké ve srovnání s kompresorovým procesem. Ve skutečnosti ovšem pro výrobu elektrické energie pro pohon kompresoru je zapotřebí dodat cca trojnásobek energie, takže pro výrobu stejného množství tepla nebo chladu je ve skutečnosti při využití absorpčního principu zapotřebí přivést méně primární energie, což se rovněž příznivě projeví na nižších emisích CO 2. V případě dostatečně vysokého potenciálu přiváděného tepla (hořák nebo středotlaká pára) se pro zvýšení účinnosti využívají i vícestupňové stroje u nichž je pak využití dodané energie vyšší a poměr k množství odebraného/dodané tepla je >1. Newsletter of the Regional Energy Agency of Moravian-Silesian Region, January 2011 3
Solární chlazení Ing. Lubomír Golasovský Přebytek tepla v letním období na jedné straně a potřeba tepla pro provoz absorpčního chladícího zařízení vede jednoznačně k myšlence využití tohoto tepla pro účely chlazení. Příkladem může být průmyslové chlazení pro chlazení vstřikolisů pro výrobu platových fitinek společnosti PIPELIFE u Brandýsa nad Labem. Pro výrobu tepla bylo použito 45 ks vakuových solárních kolektorů CPC58 s třinácti trubicemi, které byly zapojeny do sérioparalelního systému po pěti kusech v sérii a v devíti řadách. Tyto kolektory špičkově vyrobí teplotu topné vody až 90 C, kterou je napájena absorpční jednotka. Teplá voda je však nejprve vedena do zásobníkové nádoby pro vyrovnání špiček. Výroba chladu tedy probíhá přeměnou tepelné energie ze solárních kolektorů v absorpční chladicí jednotce BROAD BCT 23 s maximálním chladícím výkonem Krajská energetická agentura 23 kw, která pomocí absorpčního cyklu a termodynamické přeměny vyrobí chlad o teplotě 6 C. Tato studená voda je dále distribuována do akumulační nádoby odkud je odebírána pro potřeby technologie. Celý absorpční cyklus v jednotce BCT musí být chlazen a pro tyto účely je součástí jednotky i integrovaná otevřená chladicí věž (viz foto. Veškeré funkce jednotky jsou řízeny automatickou regulací, která je vybavena grafickým rozhraním pro komunikaci s uživatelem. Regulace je plně sofistikovaná a umožňuje zákazníkovy bezproblémový provoz a dokonce i vzdálenou správu jednotky pomocí internetové linky. Projekt byl realizován v roce 2008 společností Sokra, s.r.o. s technologií absorpčního chlazení BROAD AIR CONDITIONING Newsletter of the Regional Energy Agency of Moravian-Silesian Region, January 2011 4
Jednostupňový absorpční chladicí stroj BROAD v provozu OKK Koksovny (Koksovna Svoboda) Ing. Lubomír Golasovský V provozu koksáren se navyrábí pouze koks, ale současně vzniká tzv.koksárenský plyn, který představuje celý soubor prchavých látek uvolňujících se z uhlí působením tepla. Pro využití koksárenského plynu pro energetické účely nejsou všechny složky surového koksárenského plynu žádoucí, naopak se ze značné části jedná o cenné suroviny pro chemický průmysl benzol, dehet, síran amonný, naftalen, čpavek. Pro provoz chemické části koksovny je nezbytná i chladící voda. Parametry chladicí vody hlavního okruhu nezávadných chladicích vod v Koksovně Svoboda nedosahují v letních měsících požadované hodnoty, které jsou nutné pro dodržení optimálních parametrů jednotlivých technologických procesů zpracování surového koksárenského plynu, zejména vypírání benzolu. Pro dodržení technologických parametrů je nutná teplota do procesu přiváděné chladicí vody 18-23 C. Teoretická teplota, které je možno v atmosférické ventilátorové chladicí věži dosáhnout, je limitována hodnotou tzv. vlhkého teploměru. Na základě požadavků na dodržení teploty chladící vody i období letních nejvyšších teplot a smysluplné využití přebytků koksárenského plynu, který by byl jinak spalován na spalovací stanici, se OKK Koksovny rozhodly pořídit 2 ks neelektrických chladicích strojů Broad X. generace o výkonu 2 x 6,3 MW chladicího výkonu s teplotním spádem 28 /18 C. Tyto stroje byly zkonstruovány pro klimatizaci výstavních hal Světové výstavy v Šanghaji a modifikovány pro podmínky Koksovny Svoboda. Jako zdroj tepla využívají v létě jinak nevyužitelný koksárenský plyn, který je spalován na speciálních hořácích. Horké spaliny o teplotě cca 300 C pak slouží k ohřevu nasyceného roztoku lithiumbromidu v generátoru a vypuzení par chladiva. Projekt byl realizován v roce 2010 společností Sokra, s.r.o. s technologií absorpčního chlazení BROAD AIR CONDITIONING Newsletter of the Regional Energy Agency of Moravian-Silesian Region, January 2011 5
Chladící okruh Výstup chladicí vody 1 Topné médium Výstup chlazené vody 2 Topné médium Chladicí voda (37/30 C) Chlazená voda (6/12 C) 3 Chladivo Vstup chlazené vody 4 Páry chladiva Z ed ný roztok LiBr Koncentrovaný roztok LiBr Vstup chladicí vody 1. vypuzova / generátor 2. kondenzátor 3. výparník 6 8 4. absorbér 5. nízkoteplotní vým ník 6. erpadlo roztoku LiBr 7. absorp ní erpadlo LiBr 8. erpadlo chladiva 5 7 Newsletter of the Regional Energy Agency of Moravian-Silesian Region, January 2011 6