Druhy sorpčných obehov
Absorbčný obeh, v ktorom sa na pochode absorbcie a vypudzovania zúčastňuje chladivo a kvapalný absorbent. Dvojice pracovných látok (chladivo a absorbent) sa musia voliť tak, aby mali podstatne odlišné teploty bodu varu, aby boli neobmedzene miešateľné s malým zmiešavacím teplom v celom rozsahu pracovných teplôt a tlakov.
Absorbčný obeh, používajúci tuhé látky, ktoré adsorbujú na svoj povrch za nízkeho tlaku chladivo a opäť ho prívodom tepla za vyššieho tlaku uvoľňujú. Takéto zariadenie pracuje periodicky, čo je zdrojom veľkých strát a nízkeho chladiaceho faktora. Dnes sú však vyvinuté adsorpčné zariadenia s kontinuálnou prevádzkou (pomocou akumulácie chladu), ktoré pracujú súčasne ako tepelné čerpadlo a dosahujú energetickú efektívnosť vyššiu ako bežne priemyselne pracujúce absorpčné obehy, ktoré majú chladiaci faktor na úrovni cca 0,7 až 1.
Takéto zariadenie pracujúce aj ako tepelné čerpadlo s kontinuálnou prevádzkou s dvojicou pracovných látok zeolit – voda bolo vyvinuté na Katedre výrobnej techniky Strojníckej fakulty STU. Pracuje ako funkčný prototyp s chladiacim výkonom 2,5 kW a tepelným výkonom 15 kW a dosahuje energetickú efektívnosť na úrovni hodnoty výkonového čísla (chladiaci aj vykurovací faktor) cca 1,3.
Resorpčný obeh, v ktorom sa pochod kondenzácie a vyparovania nahrádza pochodom resorpcie (opätovnej absorpcie) a desorpcie (vypudzovania). Takýto obeh je veľmi zložitý, ale poskytuje možnosti veľmi hospodárnych zapojení.
Difúzny obeh, v ktorom sa chladivo vyparuje vo výparníku a difúziou preniká do atmosféry iného plynu. Takýto obeh sa používal so čpavkom ako chladivom, vodou ako absorbentom a vodíkom ako inertným plynom v absorpčných domácich chladničkách.
Využitie tepla v absorbčnom chladiči je z pohľadu nasadenia kogeneračných jednotiek výhodné, pretože umožňuje využitie tepla v lete, mimo vykurovacej sezóny, čím sa dosahuje predĺženie chodu jednotky. Letná spotreba tepla je totiž hlavným limitujúcim faktorom pre veľkosť a efektivitu kogeneračnej jednotky. Prednosťou absorbčných chladičov je pri porovnaní s kompresorovými chladiacimi jednotkami, že nepotrebujú takmer žiaden elektrický prúd, minimálna hlučnosť, jednoduchosť a s toho vyplývajúca spoľahlivosť. Nevýhodami sú: nutnosť vysokého vákua v systéme, vyššie investičné náklady než pri klasickom kompresorovom chladení, väčšie rozmery a hmotnosť.
Priemyselne vyrábané absorbčné chladiace zariadenia používajú dve dvojice pracovných látok – pre podnulové teploty NH3-H2O (čpavok ako chladivo, voda ako absorbent) a pre nadnulové teploty H2O-LiBr (voda ako chladivo, bromid lítny) ako absorbent.
Absorbčné chladenie má tri okruhy, medzi ktorými prebieha výmena tepla. Prvý okruh je okruh teplej vody (Qt), čo je hnacím médiom vnútornej výmeny tepla. Tento okruh je napojený na zdroj tepla, napr. kogeneračnú jednotku. Druhý okruh je okruh studenej vody (Qs), čo je okruh, ktorý je napojený priamo na okruh chladenia (podobne ako ústredné kúrenie, ale namiesto teplej vody prúdi voda studená, ktorá potom v miestnostiach ochladzuje vzduch) a odvádza sa ním teplo s priestoru (ochladzuje). Tretím okruhom je okruh chladiacej vody (Qch), ktorý odvádza vodu s teplom uvolneným vnútornou výmenou k ochladeniu. Vychladenie sa najčastejšie deje pomocou chladiacich veží. Pre vzájomný vzťah tepiel platí: Qch = Qt + Qs.
Teploty okruhu teplej vody majú rozhodujúci vplyv na veľkosť chladiaceho zariadenia a teda aj na jeho cenu. Obecne platí, že čím vyššia teplota teplej vody, tým menšie a lacnejšie bude chladiace zariadenie. Väčšina priemyselne vyrábaných zariadení pracuje s teplotami od cca 100 do 135°C. Okruh studenej vody pracuje s teplotami potrebnými pre spôsob odvodu tepla z priestoru. Tieto teploty sa pohybujú obvykle v rozsahu 7 až 15°C. Okruh chladiacej vody, ktorý odvádza teplo s chladiaceho zariadenia k vychladeniu pracuje s teplotami cca 20 až 45°C.
Charakteristické pre kvalitu chladiaceho procesu je výkonové číslo, to znamená pomer využitého chladu k prívodu tepla. Pomocou jednostupňového absorbéra voda-bromid litný sa dosahuje výkonové číslo asi 0,65. Existujú aj absorpčné chladiace zariadenia na bromid litný, ktoré majú dvojstupňový vypudzovač, čím sa dosahuje zlepšenie výkonového čísla asi na 1,1. Preto sú tieto zariadenia vhodné aj na priamy ohrev zemným plynom a môžu konkurovať ekonomicky aj energeticky zariadeniam s elektricky poháňaným kompresorom.
V absorbčnom procese chladenia s médiami čpavok – voda je výkonové číslo závislé od teploty odparovania, napr. 0,3 pri -20°C a 0,5 pri -5°C. Zlepšenie výkonového čísla pomocou viacstupňových vypudzovačov nie je pri systéme čpavok – voda možné. Hlavná oblasť použitia čpavkového absorbéra bola doposiaľ pri priemyselných aplikáciách v technologických procesoch, predovšetkým v spojení s využitím lacného odpadového tepla. V súčasnosti sa objavujú rôzne projekty s cieľom uplatniť na trhu aj menšie jednotky.
Kto niekedy navrhoval kogeneráciu vie, že ide o pomerne zložitý problém, pri ktorom je potrebné množstvo vstupných údajov. Pri navrhovaní optimálneho riešenia kombinácie kogenerácia + absorpčné chladenie ešte do výpočtov vstupujú ďalšie parametre, ktoré je potrebné zohľadniť. Vo všeobecnosti veľkosť jednotky absorpčného chladenia je daná jej chladiacim výkonom. Rovnako ako pri vykurovaní tak i pri chladení sa veľkosť výkonu volí s ohľadom na tepelno-izolačné vlastnosti objektu, ktorý má byť chladený. Z požiadavky na veľkosť chladiaceho výkonu sa určuje veľkosť tepelného výkonu pre chladiacu jednotku (tepelného výkonu v teplej vode). Obecne platí, že veľkosť tohoto výkonu je cca 1,3 x väčšia ako veľkosť chladiaceho výkonu. Veľkosť kogeneračnej jednotky sa obvykle volí podľa iných hľadísk ako je veľkosť chladiaceho zariadenia, preto je nutné posúdiť či veľkosť tepelného výkonu kogenerácie postačuje na prevádzku chladiaceho zariadenia. Pokiaľ nepostačuje, je nutné dodatočný tepelný výkon získať napr. v plynových kotloch. Do úvahy pripadá aj rozdelenie výkonu chladiacich jednotiek medzi absorpčné a kompresorové chladenie.
Ako bolo vyššie spomenuté absorpčné chladiace jednotky sú v porovnaní s kompresorovými chladiaciami jednotkami investične náročnejšie. Veľkosť a tím aj cena chladiaceho zariadenia je určená dvomi základnými parametrami, a to: veľkosťou chladiaceho výkonu a teplotami teplej vody. Pretože tieto údaje nie je možné pri prvom posúdení dostatočne zhodnotiť, môžu mať orientačné ceny pomerne veľké rozpätie. S tohto dôvodu je lepšie uprednostniť prepočet konkrétneho návrhu veľkosti chladiaceho zariadenia na konkrétne zadávacie podmienky. Vhodné je spoločné rokovanie s projektantom vykurovania a s dodávateľom kogeneračnej jednotky za účelom nájdenia vhodného technického riešenia, ktoré by celkové investičné náklady na chladiace zariadenie znížilo.
Príkladom uplatnenia trigenerácie je prevádzka v administratívnej budove českého výrobcu kogeneračných jednotiek TEDOM v Třebíči, kde sú inštalované kogeneračné jednotky TEDOM v kombinácii s absorpčným chladičom YORK.
