Absorpční tepelné čerpadlo - Absorption heat pump

14 000 kW absorpční tepelné čerpadlo

An absorpční tepelné čerpadlo (AHP) je tepelné čerpadlo poháněné tepelnou energií, jako je spalování zemního plynu, parní solární voda, vzduch nebo geotermální voda[1][2] odlišně od kompresních tepelných čerpadel, která jsou poháněna mechanickou energií. [Citace je zapotřebí] AHP jsou složitější a vyžadují větší jednotky ve srovnání s kompresními tepelnými čerpadly.[3] Zejména nižší potřeba elektřiny u těchto tepelných čerpadel souvisí pouze s čerpáním kapaliny.[3] Jejich aplikace jsou omezeny na ty případy, kdy je elektřina extrémně drahá nebo je k dispozici velké množství nevyužitého tepla při vhodných teplotách a když má chladicí nebo topný výkon vyšší hodnotu než spotřebovaný tepelný vstup.[3] Absorpční chladničky pracují také na stejném principu, ale nejsou reverzibilní a nemohou sloužit jako zdroj tepla. [Citace je zapotřebí]

Provozní principy

Systém tepelného čerpadla se skládá z některých hlavních jednotek, jako je generátor, kondenzátor, výparník, absorbér a výměník tepla, jakož i sacího zařízení, stínícího čerpadla (čerpadlo roztoku a čerpadlo chladiva).[4] V nejjednodušším případě je zapotřebí také pět výměníků tepla (u každé součásti a vnitřní výměník tepla).[3][4] Mezi další komponenty patří řešení tepelných výměníků, ventily, stejně jako sací zařízení, stínící čerpadlo (čerpadlo roztoku a čerpadlo chladiva) a další pomocné součásti.[4]

Pro cirkulaci absorpčního tepelného čerpadla je absorbér, generátor a čerpadlo lze považovat za „tepelný kompresor“. Absorbér je ekvivalentní se vstupní stranou kompresoru a generátor je ekvivalentní s výstupní stranou kompresoru. The savý[nutná disambiguation ] lze považovat za nosnou kapalinu, která přepravuje generovaný chladicí plyn z nízkotlaké strany cyklu na vysokotlakou stranu.[5]

Protože hlavní součásti zařízení, které dosahují tří účelů, jsou stejné, existuje tepelné čerpadlo, které mu umožňuje realizovat všechny pracovní režimy: režim tepelného čerpadla, režim chladiče a režim tepelného transformátoru.[6] Absorpční tepelné čerpadlo lze v létě použít jako chladič, zatímco v zimě ho lze použít na režim tepelného čerpadla nebo tepelného transformátoru podle dostupného zdroje tepla.[6]

Výkon absorpčního tepelného čerpadla je indikován Koeficient výkonu (POLICAJT). COP je poměr odebraného (pro chlazení) nebo dodaného (pro topení) tepla k příkonu energie. V současnosti maximální teplota jeho výstupu nepřesahuje 150 ° C. Zvýšení teploty ΔT je obvykle 30-50 ° C. Koeficient chladicího výkonu je 0,8 až 1,6, koeficient topného výkonu je 1,2 až 2,5 a koeficient výkonu přenosu tepla je 0,4 až 0,5.[4]

Pokud se používají v průmyslu, měla by být absorpční tepelná čerpadla správně umístěna z hlediska energie a musí splňovat omezení zvláštních rysů okolí.[3]

Typy AHP

Typ 1: konvenční tepelná čerpadla

Konfigurace absorpčního tepelného čerpadla (chlazení typu 1)
Teplota absorpčního tepelného čerpadla (typ 1); Q2 - řízení vysokoteplotního toku (desorbér); Q0 - nízkoteplotní průtok (výparník); Q1 - střední tepelný tok (kondenzátor).

Podle teploty lze AHP rozdělit do dvou kategorií. U typu 1 AHP ​​je teplota kondenzátoru vyšší než teplota výparníku[7] (označovaný také jako tepelný zesilovač[8] a chlazení[3]). Poháněno vysokoteplotním zdrojem tepla, absorpční tepelné čerpadlo prvního typu získává teplo z odpadního tepla (odpadní teplo) a vydává teplonosné médium o střední teplotě, které je o 30–60 stupňů Celsia vyšší než množství odpadního tepla.[9] Tento typ je běžnější a může být alternativou k tradičním kompresním strojům. Koeficient výkonu prvního typu absorpčního tepelného čerpadla je větší než 1, obvykle 1,5 až 2,5.[4]

Tepelné čerpadlo se skládá z hlavních komponent, jako jsou generátory, kondenzátor, výparník, absorbér a výměník tepla, jakož i sací zařízení, stínící čerpadlo (čerpadlo roztoku a čerpadlo chladiva) a další pomocné součásti. Zařízení na odsávání vzduchu odstraňuje nekondenzovatelný plyn z tepelného čerpadla a udržuje tepelné čerpadlo vždy ve vysokém vakuu.[4]

Schéma procesu absorpčního tepelného čerpadla (typ 2)

Typ 2: tepelná čerpadla s tepelným transformátorem

U typu 2 AHP je teplota kondenzátoru nižší než teplota výparníku[7] (označovaný také jako tepelný transformátor[10]). Absorpční tepelné čerpadlo typu 2 využívá inteligentně teplo středoteplotního odpadního tepla a vydává vysokoteplotní tepelné médium (pára s horkou vodou) o 25–50 stupňů Celsia vyšší než středoteplotní odpadní teplo.[9] Absorpční tepelné čerpadlo typu 2 může být poháněno nízkotlakým odpadním teplem ve výrobním procesu nebo v přírodě, které může dosáhnout úspory energie a snížení emisí a snížit výrobní náklady, a má praktické uplatnění v petrochemickém a uhelném chemickém průmyslu.[9] Koeficient výkonu druhého typu absorpčního tepelného čerpadla je vždy menší než 1, obvykle 0,4 až 0,5.[4]

Q1 - střední poháněný tepelný tok; Q2 - vysoká teplota přehodnocený průtok; Q3 - nízkoteplotní průtok zamítnut.
Teplota absorpčního tepelného čerpadla (typ 2); Q1 - střední poháněný tepelný tok (výparník); Q2 - vysokoteplotní přehodnocený průtok (absorbér); Q0 - nízkoteplotní odváděný průtok (kondenzátor).

Typické pracovní kapaliny

Jako pracovní kapalina se používá směs různých tekutin koncentrace Pracovní kapalina odpovídá různým teplotám, cyklicky se mění teplota a koncentrace pracovní kapaliny. Když je generátor zásobován teplem, teplota směsi stoupá, čímž se zvyšuje koncentrace vysokovroucích složek (absorbentu) a uvolňuje se chladivo.[3] Když je chladivo smícháno s chladivem v absorbéru, uvolňuje se teplo.[5] V absorpční jednotce lze použít několik typů směsi, ale běžnou volbou je voda / bromid lithný a amoniak / voda.[3]

Voda a Bromid lithný (LiBr)

Tepelné čerpadlo pro absorpci amoniaku a vody

Voda je chladivo a LiBr absorpční médium.[1] Systémy vody a LiBr mají větší kapacity a v průmyslu se používají v širokém rozsahu, velikosti se pohybují od desítek kW do několika MW.[3] Prvním typem absorpční jednotky tepelného čerpadla na bázi bromidu lithného je vysokoteplotní zdroj tepla (pára, vysokoteplotní horká voda, topný olej, plyn) jako hnací zdroj tepla, roztok bromidu lithného jako absorbent a voda jako chladivo, a nízkoteplotní zdroj tepla (například odpadní horká voda) se recykluje a používá. [Citace je zapotřebí]

Amoniak a voda

Amoniak je chladivo a voda absorpční médium.[1] V absorbéru a generátoru se absorpce nebo účinek vodného roztoku amoniaku používá k vyzařování tepla nebo absorpci tepla. Ve výparníku a kondenzátoru se fázová změna čistého amoniaku používá k dokončení vnější absorpce nebo uvolnění tepla.[4] Stejně jako tradiční tepelné čerpadlo kondenzuje chladivo (amoniak) v kondenzátoru a teplo se poté uvolňuje; tlak klesá po expanzní jednotce a chladivo se odpaří, aby absorbovalo teplo. [Citace je zapotřebí]

Tepelná čerpadla čpavek / voda jsou v zásadě omezena na domácí použití, protože jsou komerčně omezena pouze na malé velikosti (několik KW).[3][11] Pokud systém absorbuje teplo z obytné budovy, funguje jako chladicí stroj; pokud uvolňuje teplo do interiéru obytné budovy, topí dům.[12]

Klíčovou součástí tepelných čerpadel využívajících amoniak a vodu na dnešním trhu je generátorový absorpční výměník tepla (GAX), který zlepšuje tepelnou účinnost zařízení rekuperací tepla uvolněného při absorpci amoniaku do vody.[11] Mezi další inovace aplikované na tento typ tepelného čerpadla patří efektivní oddělování páry, variabilní průtok amoniaku a variabilní kapacita a nízkoemisní kapacitní spalování plynu.[11]

Zdroje tepelné energie

Solární termální

Jednoduché, dvojité nebo trojité iterativní absorpční chladicí cykly se používají v různých konstrukcích solárně-tepelně-chladicích systémů. Čím více cyklů, tím efektivnější jsou. [Citace je zapotřebí]

Na konci 19. století, nejběžnější změna fáze chladivo materiál pro absorpční chlazení byl roztokem amoniak a voda. Dnes je kombinace bromid lithný a voda se také běžně používá. Jeden konec systému expanzních / kondenzačních trubek je zahříván a druhý konec je dostatečně chladný, aby vytvořil led. Původně byl zemní plyn používán jako zdroj tepla na konci 19. století. Dnes, propan se používá v rekreačních absorpčních chladničkách vozidel. Inovativní teplovodní solární kolektory tepelné energie lze také použít jako moderní zdroj tepla „volná energie“.

Efektivní absorpční chladničky vyžadují vodu o teplotě nejméně 88 ° C (190 ° F). Běžný, levný plochý talíř solární tepelné kolektory vyrábí pouze vodu o teplotě 70 ° C (160 ° F), ale několik úspěšných komerčních projektů v USA, Asii a Evropě ukázalo, že ploché solární kolektory speciálně vyvinuté pro teploty nad 93 ° C (s dvojitým zasklením, zvýšená izolace zadní strany atd.) může být efektivní a nákladově efektivní.[13] Lze použít také solární panely s vakuovými trubicemi. Koncentrační solární kolektory potřebné pro absorpční chladničky jsou méně účinné v horkém vlhkém a zataženém prostředí, zejména tam, kde je nízká noční teplota a relativní vlhkost nepříjemně vysoká. Pokud lze vodu ohřát na více než 88 ° C (190 ° F), lze ji skladovat a používat, když nesvítí slunce. [Citace je zapotřebí]

Již více než 150 let se k výrobě ledu používají absorpční chladničky.[14] Tento led lze skladovat a používat jako „ledovou baterii“ pro chlazení, když nesvítí slunce, jako tomu bylo v roce 1995 Hotel New Otani Tokyo v Japonsku.[15] Matematické modely jsou k dispozici ve veřejné doméně pro výpočty výkonu skladování tepelné energie na bázi ledu.[12]

Geotermální

Země jako obrovský a stabilní zdroj akumulace tepla, její malá povrchová teplota a podzemní voda mají také široké vyhlídky na využití energie, zejména pro úsporu energie budov má velký význam. S využitím technologie absorpčního tepelného čerpadla (chlazení), 65-90 ℃ geotermální voda lze použít k výrobě chladicí vody 7-9 for pro letní klimatizaci. Přiměřeným použitím odpovídající technologie tepelných čerpadel lze dosáhnout efektivního a komplexního využití geotermálních zdrojů při různých teplotních úrovních, což výrazně sníží spotřebu energie na vytápění a chlazení obytných a komerčních budov.[4] Využití geotermální vody 65 water a více (nebo odpadu / odpadního tepla) k pohonu absorpčního tepelného čerpadla k chlazení a odpovídajícího typu tepelného čerpadla (vytápění / vytápění) k vytápění lze dosáhnout dobrých úspor energie a ekonomických výhod.[4] U nízkoteplotních zdrojů tepla 15–25 ° C poháněných malým množstvím vysokoteplotních zdrojů tepla (jako je vysokoteplotní pára nebo přímé spalování), studená voda o teplotě 7–15 ° C a horká voda při teplotě nad 47 ° C. 1,2,> 1,5 při topení.[4]

Zemní plyn

Zemní plyn je běžně používaný zdroj tepla, proto se absorpční tepelná čerpadla někdy nazývají tepelná čerpadla na plyn.[11] Když také ostatní tepelná čerpadla (např. Odpadní teplo) pracují v režimu vytápění, mohou účinně plnit požadavky na přetížení při velmi nízkých teplotách pomocí přídavných plynových kotlů.[6]

Odpadní teplo

Ilustrativně může systém pohonu odpadního tepla pokrýt zatížení chlazení a vytápění provozem v režimu chladiče a převaděče tepla. Je možné, že pouze jedno zařízení může po většinu roku poskytovat zdroje do městské oblasti způsobem účinným z hlediska zdrojů, poháněným odpadním teplem.[6]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C „Absorpční tepelné čerpadlo / průmyslová tepelná čerpadla“. průmyslová tepelná čerpadla.nl. Citováno 2020-07-14.
  2. ^ Romero, Rosenberg J .; Silva-Sotelo, Sotsil (2017-06-28), Mendes, Marisa Fernandes (ed.), „Energetické hodnocení použití absorpčního tepelného čerpadla v procesu destilace vody“, Destilace - inovativní aplikace a modelování, InTech, doi:10.5772/67094, ISBN  978-953-51-3201-1, vyvoláno 2020-07-14
  3. ^ A b C d E F G h i j Berntsson, Thore; Harvey, Simon; Morandin, Matteo (01.01.2013), Klemeš, Jiří J. (ed.), „5 - Aplikace procesní integrace na syntézu systémů pro rozvod tepla a elektřiny včetně kombinované výroby tepla a elektřiny (CHP) a průmyslových tepelných čerpadel“, Příručka integrace procesů (PI), Woodhead Publishing Series in Energy, Woodhead Publishing, str. 168–200, doi:10.1533/9780857097255.2.168, ISBN  978-0-85709-593-0, vyvoláno 2020-07-14
  4. ^ A b C d E F G h i j k „吸收 式 热泵 - 暖通 空调 百科 暖通 空调 在线“. baike.51hvac.com. Citováno 2020-07-16.
  5. ^ A b Shi, Wenxing .;石文 星. (2016). Kong qi diao jie yong zhi leng ji shu = Chladicí technologie pro klimatizaci. Tian, ​​Zhangqing, Wang, Baolong, 田长青, 王宝龙 (Di 5 ban ed.). Peking: Zhong guo jian zhu gong ye chu ban she. p. 102. ISBN  978-7-112-18904-5. OCLC  1020344515.
  6. ^ A b C d Cudok, Falk & Ziegler, Felix. "PŘEVODNÍK ABSORPČNÍHO TEPLA A CHARAKTERISTICKÁ METODA ROVNOSTI". Konference: Mezinárodní kongres chlazení.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  7. ^ A b Rosenberg J. Romero; Antonio Rodriguez-Martinez; Ježíš Cerezo; W. Rivera (2011). „Srovnání dvoustupňového tepelného transformátoru s dvojitým absorpčním tepelným transformátorem pracujícím s benzínovou vodou pro rekuperaci průmyslového odpadního tepla“. Transakce chemického inženýrství. 25: 129–134. doi:10.3303 / CET1125022.
  8. ^ "Absorpční tepelné čerpadlo typ 1". industrial.hitachiaircon.com. Citováno 2020-07-14.
  9. ^ A b C „万方 数据 知识 服务 平台“. d.wanfangdata.com.cn. doi:10.3969 / j.issn.1009-8402.2018.11.016. Citováno 2020-07-15.
  10. ^ "Absorpční tepelné čerpadlo typ 2". industrial.hitachiaircon.com. Citováno 2020-07-14.
  11. ^ A b C d „Absorpční tepelná čerpadla“. Energie.gov. Citováno 2020-07-16.
  12. ^ A b „Vývoj modelu skladování tepelné energie pro EnergyPlus“ (PDF). 2004. Citováno 2008-04-06.
  13. ^ „Solární chlazení.“ www.solid.at. Přístup k 1. červenci 2008
  14. ^ Gearoid Foley; Robert DeVault; Richard Sweetser. „Budoucnost absorpční technologie v Americe“ (PDF). US DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE). Archivovány od originál (PDF) dne 28. listopadu 2007. Citováno 2007-11-08.
  15. ^ „Systém chlazení ledem snižuje ekologickou zátěž“. The New Otani News. Noví členové Otani Club International. 28. června 2000. Archivovány od originál dne 7. října 2007. Citováno 3. května 2012.

externí odkazy