Comment fonctionnent les refroidisseurs d'absorption: une plongée profonde dans le refroidissement entraîné par la chaleur

En ce qui concerne le refroidissement de grands bâtiments ou des processus industriels, les refroidisseurs d'absorption offrent une touche unique à la réfrigération. Contrairement aux systèmes conventionnels qui reposent sur des compresseurs électriques, ces refroidisseurs utilisent la chaleur - souvent à partir de sources de déchets ou de gaz naturel - pour conduire le processus de refroidissement. Cela en fait un choix remarquable pour les installations soucieuses de l'énergie. Que vous soyez un ingénieur, un gestionnaire des installations ou simplement intrigué par la technologie de CVC innovante, cet article déballait le fonctionnement des refroidisseurs d'absorption, leurs composants clés et pourquoi ils changent la donne dans des scénarios spécifiques.

Qu'est-ce qu'un refroidisseur d'absorption?

Un refroidisseur d'absorption est un système de réfrigération qui exploite l'énergie thermique pour produire de l'eau réfrigérée, qui est ensuite utilisée pour refroidir l'air ou les processus. Au lieu de comprimer mécaniquement un réfrigérant avec un compresseur à moteur, il utilise un processus chimique appelé absorption, en utilisant une paire de fluides - le bromure d'eau et de lithium (Liber) - pour transférer la chaleur. Cette approche provoquée par la chaleur le distingue des refroidisseurs de compression de vapeur, ce qui le rend idéal pour les sites avec des sources de chaleur abondantes ou le besoin de réduire les coûts d'électricité.

La magie réside dans sa capacité à transformer la chaleur des déchets - pensez à la vapeur d'une centrale électrique ou d'eau chaude d'un réseau solaire - en refroidissement utile. Commus dans des applications à grande échelle comme les hôpitaux, les universités ou les usines chimiques, les refroidisseurs d'absorption varient de 10 tonnes à plus de 1 500 tonnes de capacité de refroidissement, offrant une touche durable sur le climat.

Comment fonctionne un refroidisseur d'absorption?

Le cycle d'absorption imite le cycle de compression de vapeur mais échange la puissance mécanique pour l'énergie thermique. Voici un aperçu étape par étape du processus, en utilisant un système de bromure de lithium d'eau comme exemple:

1. Évaporation: Le cycle commence dans l'évaporateur, où l'eau liquide (le réfrigérant) est pulvérisée sur un faisceau de tube portant de l'eau chaude de retour (par exemple, 54 ° F ou 12 ° C). Sous un vide profond - environ 0,12 psi (0,008 bar) - l'eau s'évapore à basse température (environ 40 ° F ou 4 ° C), absorbant la chaleur des tubes. Cela refroidit l'eau à l'intérieur pour, disons, 44 ° F (7 ° C), qui est ensuite pompé pour refroidir un bâtiment.
2. Absorption: La vapeur d'eau a produit des dérives dans l'absorbeur, où elle rencontre une solution de bromure de lithium concentrée. Libr, un puissant absorbant, absorbe la vapeur, le transformant en un liquide et libérant de la chaleur dans le processus. Cette solution diluée est maintenue sous vide pour améliorer l'efficacité d'absorption.
3. Génération: La solution de bibliothèque désormais diluée est pompée vers le générateur, où la chaleur - typiquement à partir de la vapeur, de l'eau chaude (supérieure à 190 ° F ou 88 ° C), ou un brûleur à gaz - s'éteint de l'eau absorbée. Cela concentre à nouveau le bibliothèque, tandis que la vapeur d'eau passe à l'étape suivante. La source de chaleur est le moteur ici, entraînant le cycle sans électricité.
4. Condensation: La vapeur d'eau pénètre dans le condenseur, où il libère sa chaleur à un milieu de refroidissement (généralement l'eau d'une tour de refroidissement à 85 ° F ou 29 ° C). À mesure qu'il refroidisse, il se condense dans un liquide, prêt à retourner à l'évaporateur.
5. Répéter: L'eau liquide revient vers l'évaporateur à travers une valve de papillon, laissant tomber sa pression, tandis que le liber concentré revient à l'absorbeur - en gardant la boucle vivante.

Cette danse de chaleur et de chimie produit de l'eau glacée avec des pièces mobiles minimes, en s'appuyant sur des pompes plutôt que des compresseurs pour le mouvement des fluides. Un refroidisseur à effet unique utilise une étape de chaleur, tandis que les modèles à double effet ajoutent un deuxième générateur pour une efficacité plus élevée, doublant souvent la sortie de refroidissement par unité d'entrée de chaleur.

Composants clés d'un refroidisseur d'absorption

Chaque pièce est conçue pour précision:

• Évaporateur: Une chambre à vide où l'eau s'évapore, refroidissant l'eau en circulation. Souvent une conception de coquille et de tube pour un transfert de chaleur maximal.
• Absorbeur: Mélange la vapeur avec l'absorbant (lib), généralement un système de pulvérisation ou un lit emballé pour augmenter la zone de contact.
• Générateur: Le cœur entraîné par la chaleur, séparant le réfrigérant de l'absorbant. La vapeur à 15 psi (1 bar) ou de l'eau chaude à 240 ° F (115 ° C) est courante.
• Condenseur: Refroidisse et condense la vapeur, généralement associée à une tour de refroidissement pour le rejet de la chaleur.
• Échangeur de chaleur: Préchauffe la solution diluée se dirigeant vers le générateur avec une solution concentrée à chaud retournant à l'absorbeur, réduisant les déchets d'énergie.
• Pompes et vannes: Déplacer les fluides et maintenir le vide - petit mais critique pour le contrôle du débit.

Certaines unités utilisent l'ammoniac comme réfrigérant avec de l'eau comme absorbant, inversant l'appariement pour des applications à basse température comme -20 ° F (-29 ° C) la congélation.

Pourquoi utiliser des refroidisseurs d'absorption?

Les refroidisseurs d'absorption brillent dans des contextes spécifiques:

• Utilisation de la chaleur: Ils transforment la chaleur des déchets - disons, à partir d'une usine de cogénération produisant 300 ° F (149 ° C) échappement - refroidissement, réduction de la demande électrique. Un hôpital pourrait économiser 50% sur les coûts de refroidissement de cette façon.
• Faible consommation d'électricité: Avec des pompes dessinant seulement 5 à 10% de la puissance d'un compresseur, ils sont parfaits là où l'électricité est coûteuse ou peu fiable.
• Opération tranquille: Aucun compresseur rugissant signifie que les niveaux de bruit oscillent autour de 60 dba - bibliothèque-quiet par rapport à 80+ dBA pour les unités de compression de vapeur.
• Respectueux de la nature: Les systèmes de lubrification d'eau n'ont aucun potentiel d'épuisement d'ozone (ODP) et les options d'ammoniac offrent un GWP de 0, s'alignant avec les objectifs verts.

Applications

• Refroidissement du district: Un campus universitaire peut utiliser un refroidisseur d'absorption de 1000 tonnes, alimenté par la vapeur d'une centrale à proximité, pour refroidir les dortoirs et les laboratoires.
• Processus industriels: Une plante chimique effrayant les réactions exothermiques à 50 ° F (10 ° C) pourrait exploiter les déchets de la chaleur des réacteurs, augmentant l'efficacité.
• Stockage des aliments: Les refroidisseurs à eau d'ammoniac congelaient des poissons à -40 ° F (-40 ° C) dans les entrepôts côtiers, en tirant parti des brûleurs de gaz où l'électricité est rare.

Imaginez une brasserie: les réservoirs de fermentation ont besoin d'un refroidissement stable de 55 ° F (13 ° C). Un refroidisseur d'absorption, propulsé par l'eau chaude à partir d'une chaudière à biomasse, maintient la bière parfaite tout en coupant la dépendance du grille.

Avantages en détail

• Efficacité énergétique: Les refroidisseurs à double effet ont atteint un coefficient de performance (COP) de 1,2 - produisant 1,2 unités de refroidissement par unité de chaleur - Versus 0,7 pour les modèles à effet unique.
• Économies de coûts: Dans les zones à chaleur bon marché (par exemple, 5 $ / MMBTU Gas vs 0,15 $ / électricité kWh), les coûts d'exploitation baissent de 30 à 40%.
• Longévité: Avec moins de pièces mobiles, les unités durent souvent 25 ans, dépassant les systèmes basés sur le compresseur susceptibles de porter.

Derniers mots

Les refroidisseurs d'absorption transforment la chaleur en froid avec une touche intelligente, offrant une option durable et à faible électricité pour un refroidissement à grande échelle. Des coûts de réduction des plantes riches en chaleur aux campus effrayants tranquillement, ils sont un niche mais un outil puissant. Que vous réjouissiez une installation ou exploriez la technologie verte, la compréhension des refroidisseurs d'absorption peut déverrouiller des solutions plus intelligentes. Curieux d'exploiter cette magie provoquée par la chaleur? Tendez la main à un spécialiste du CVC pour voir si cela correspond à votre puzzle de refroidissement!