Как работают абонентные чиллеры: глубокое погружение в тепловое охлаждение

Когда дело доходит до охлаждения больших зданий или промышленных процессов, абсорбционные охладители предлагают уникальный подход к охлаждению. В отличие от обычных систем, в которых используются электрические компрессоры, эти чиллеры используют тепло — часто из источников отходов или природного газа — для управления процессом охлаждения. Это делает их отличным выбором для энергосберегающих объектов. Независимо от того, являетесь ли вы инженером, менеджером предприятия или просто заинтригованы инновационными технологиями HVAC, в этой статье рассказывается, как работают абсорбционные охладители, их ключевые компоненты и почему они меняют правила игры в конкретных сценариях.

Что такое абсорбционный охладитель?

Абсорбционный охладитель — это холодильная система, которая использует тепловую энергию для производства охлажденной воды, которая затем используется для охлаждения воздуха или процессов. Вместо механического сжатия хладагента с помощью компрессора с приводом от двигателя он использует химический процесс, называемый абсорбцией, с использованием пары жидкостей — обычно воды и бромида лития (LiBr) — для передачи тепла. Этот подход с использованием тепла отличает его от парокомпрессионных чиллеров, что делает его идеальным для объектов с обильными источниками тепла или необходимостью сократить расходы на электроэнергию.

Волшебство заключается в его способности превращать отходящее тепло (например, пар от электростанции или горячую воду от солнечной батареи) в полезное охлаждение. Абсорбционные охладители, распространенные в крупномасштабных объектах, таких как больницы, университеты или химические заводы, имеют холодопроизводительность от 10 до более 1500 тонн, предлагая устойчивый подход к контролю климата.

Как работает абсорбционный охладитель?

Цикл поглощения имитирует цикл сжатия пара, но заменяет механическую энергию тепловой энергией. Вот пошаговый обзор процесса на примере системы вода-бромид лития:

1. Испарение: Цикл начинается в испарителе, где жидкая вода (хладагент) распыляется на пучок трубок, по которому течет теплая возвратная вода (например, с температурой 54°F или 12°C). В глубоком вакууме — около 0,12 фунтов на квадратный дюйм (0,008 бар) — вода испаряется при низкой температуре (около 40°F или 4°C), поглощая тепло из трубок. Это охлаждает воду внутри, скажем, до 44°F (7°C), которая затем перекачивается для охлаждения здания.
2. Поглощение: Образующийся водяной пар попадает в абсорбер, где встречается с концентрированным раствором бромида лития. LiBr, мощный абсорбент, впитывает пар, превращая его обратно в жидкость и выделяя при этом тепло. Этот разбавленный раствор хранится в вакууме для повышения эффективности абсорбции.
3. Поколение: Разбавленный раствор LiBr перекачивается в генератор, где тепло — обычно от пара, горячей воды (с температурой выше 190 °F или 88 °C) или газовой горелки — испаряет поглощенную воду. При этом LiBr снова концентрируется, а водяной пар поднимается на следующую ступень. Источником тепла здесь является двигатель, приводящий в движение цикл без электричества.
4. Конденсация: Водяной пар поступает в конденсатор, где отдает свое тепло охлаждающей среде (обычно воде из градирни с температурой 85°F или 29°C). По мере охлаждения он снова конденсируется в жидкость, готовую вернуться в испаритель.
5. Цикл повтор: Жидкая вода возвращается в испаритель через дроссельный клапан, сбрасывая давление, в то время как концентрированный LiBr возвращается в абсорбер, поддерживая работу контура.

Этот танец тепла и химии производит охлажденную воду с минимальным количеством движущихся частей, движение жидкости осуществляется с помощью насосов, а не компрессоров. Чиллеры с одним эффектом используют одну тепловую ступень, а модели с двойным эффектом добавляют второй генератор для более высокой эффективности, часто удваивая мощность охлаждения на единицу подводимого тепла.

Ключевые компоненты абсорбционного чиллера

Каждая деталь спроектирована с учетом точности:

• Испаритель: Вакуумная камера, в которой вода испаряется, охлаждая циркулирующую воду. Зачастую кожухотрубная конструкция обеспечивает максимальную теплопередачу.
• поглотитель: Смешивает пар с абсорбентом (LiBr), обычно с помощью распылительной системы или набивочного слоя для увеличения площади контакта.
• Генератор: Сердце с тепловым приводом, отделяющее хладагент от абсорбента. Обычно используется пар при давлении 15 фунтов на квадратный дюйм (1 бар) или горячая вода при температуре 240°F (115°C).
• Конденсатор: Охлаждает и конденсирует пар, обычно в сочетании с градирней для отвода тепла.
• Теплообменник: Подогревает разбавленный раствор, поступающий в генератор, а горячий концентрированный раствор возвращается в абсорбер, сокращая потери энергии.
• Насосы и клапаны: Перемещайте жидкости и поддерживайте вакуум — небольшой, но критический для контроля потока.

В некоторых агрегатах в качестве хладагента используется аммиак, а в качестве абсорбента – вода, причем для низкотемпературных применений, например, при заморозке -20°F (-29°C), сочетание меняется на противоположное.

Зачем использовать абсорбционные охладители?

Абсорбционные охладители проявляют себя в определенных ситуациях:

• Использование тепла: Они превращают отходящее тепло – скажем, от когенерационной электростанции, производящей выхлопные газы с температурой 300°F (149°C) – в охлаждение, сокращая спрос на электроэнергию. Таким образом, больница может сэкономить 50% на расходах на охлаждение.
• Низкое потребление электроэнергии: поскольку насосы потребляют всего 5–10% мощности компрессора, они идеально подходят там, где электричество дорогое или ненадежное.
• Тихая операция: отсутствие ревущего компрессора означает, что уровень шума колеблется в пределах 60 дБА — тихий уровень шума по сравнению с 80+ дБА для парокомпрессорных агрегатов.
• Экологичный: Системы вода-LiBr имеют нулевой потенциал разрушения озона (ODP), а варианты с аммиаком имеют ПГП, равный 0, что соответствует экологическим целям.

Приложения

• Централизованное охлаждение: Университетский кампус может использовать абсорбционный охладитель емкостью 1000 тонн, работающий на паре близлежащей электростанции, для охлаждения общежитий и лабораторий.
• Промышленные процессы: Химический завод, охлаждающий экзотермические реакции при температуре 50°F (10°C), может использовать отходящее тепло реакторов, повышая эффективность.
• Хранение продуктов питания: Аммиачные охладители замораживают рыбу при температуре -40°F (-40°C) на прибрежных складах, используя газовые горелки там, где не хватает электроэнергии.

Представьте себе пивоварню: бродильные резервуары нуждаются в постоянном охлаждении до температуры 55°F (13°C). Абсорбционный охладитель, работающий от горячей воды из котла, работающего на биомассе, сохраняет пиво идеальным, сокращая при этом зависимость от электросети.

Преимущества в деталях

• Энергоэффективность: Чиллеры с двойным эффектом имеют коэффициент производительности (COP) 1,2 — производя 1,2 единицы охлаждения на единицу тепла — по сравнению с 0,7 для моделей с одним эффектом.
• Экономия средств: В регионах с дешевым теплом (например, газ стоит 5 долларов США за миллион БТЕ по сравнению с 0,15 доллара США за киловатт-час электроэнергии) эксплуатационные расходы снижаются на 30–40%.
• Долголетие: Благодаря меньшему количеству движущихся частей агрегаты часто служат 25 лет, опережая склонные к износу системы на основе компрессоров.

Заключительные слова

Абсорбционные чиллеры превращают тепло в холод с помощью умного подхода, предлагая экологически безопасный вариант с низким энергопотреблением для крупномасштабного охлаждения. От сокращения затрат на теплозатратных заводах до тихого охлаждения кампусов — они представляют собой нишевый, но мощный инструмент. Независимо от того, модернизируете ли вы предприятие или изучаете экологически чистые технологии, понимание абсорбционных охладителей может открыть более разумные решения. Хотите использовать эту тепловую магию? Обратитесь к специалисту по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, чтобы узнать, подходит ли он для вашей задачи по охлаждению!