Абсорбционный тепловой насос
Абсорбционный тепловой насос ( AHP ) — это тепловой насос, приводимый в движение тепловой энергией, такой как сжигание природного газа, пара, воды, нагретой солнечной энергией, воздуха или воды, нагретой геотермальными источниками. [1] [2] в отличие от компрессионных тепловых насосов, которые приводятся в движение механической энергией. [ нужна ссылка ] AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами. [3] В частности, более низкая потребность таких тепловых насосов в электроэнергии связана только с перекачкой жидкости. [3] Их применение ограничено теми случаями, когда электроэнергия чрезвычайно дорога или имеется большое количество неиспользованного тепла при подходящих температурах и когда мощность охлаждения или обогрева имеет большую ценность, чем потребляемое тепло. [3] По такому же принципу работают и абсорбционные холодильники , но они не реверсивны и не могут служить источником тепла. [ нужна ссылка ]
Принципы работы
[ редактировать ]Система теплового насоса состоит из нескольких основных блоков, таких как генератор, конденсатор, испаритель, абсорбер и теплообменник, а также всасывающего устройства, защитного насоса (насос раствора и насос хладагента). [4] В простейшем случае также потребуется пять теплообменников (на каждый компонент и внутренний теплообменник). [3] [4] Другие компоненты включают теплообменники раствора, клапаны , а также всасывающее устройство, защитный насос (насос раствора и насос хладагента) и другие вспомогательные детали. [4]
Для циркуляции абсорбционного теплового насоса абсорбер , генератор и насос можно рассматривать как «тепловой компрессор». Абсорбер соответствует впускной стороне компрессора, а генератор эквивалентен выпускной стороне компрессора. Абсорбент можно рассматривать как жидкость-носитель, которая транспортирует образующийся газообразный хладагент со стороны низкого давления цикла на сторону высокого давления. [5]
Поскольку основные компоненты устройств, выполняющих три задачи, одинаковы, существует тепловой насос, который позволяет ему реализовать все режимы работы: режим теплового насоса, режим охлаждения и режим теплового трансформатора. [6] Абсорбционный тепловой насос можно использовать в качестве охладителя летом, а зимой его можно использовать в режиме теплового насоса или теплового трансформатора в зависимости от доступного источника тепла. [6]
Производительность абсорбционного теплового насоса определяется коэффициентом полезного действия (COP). COP – это отношение отведенного (при охлаждении) или предоставленного (при обогреве) тепла к затраченной энергии. В настоящее время максимальная температура на его выходе не превышает 150 °С. Повышение температуры ΔT обычно составляет 30–50 °C. Коэффициент эффективности охлаждения составляет от 0,8 до 1,6, коэффициент эффективности нагрева — от 1,2 до 2,5, а коэффициент эффективности теплопередачи — от 0,4 до 0,5. [4]
При применении в промышленности абсорбционные тепловые насосы должны быть правильно размещены с точки зрения энергопотребления и удовлетворять ограничениям, обусловленным особыми особенностями окружающей среды. [3]
Типы МАИ
[ редактировать ]Тип 1: обычные тепловые насосы
[ редактировать ]
По температуре МАИ можно разделить на две категории. В АТП типа 1 температура конденсатора выше температуры испарителя. [7] (также называемый тепловым усилителем [8] и охлаждение [3] ). Абсорбционный тепловой насос первого типа, приводимый в действие высокотемпературным источником тепла, извлекает тепло отходящего тепла (отходное тепло) и выдает теплоноситель средней температуры, температура которого на 30–60 градусов Цельсия превышает отходящее тепло. [9] Этот тип более распространен и может стать альтернативой традиционным компрессионным машинам. Коэффициент полезного действия абсорбционного теплового насоса первого типа больше 1, обычно от 1,5 до 2,5. [4]
Тепловой насос состоит из основных компонентов, таких как генераторы, конденсатор, испаритель, абсорбер и теплообменник, а также всасывающего устройства, защитного насоса (насос для раствора и насос хладагента) и других вспомогательных частей. Устройство удаления воздуха удаляет неконденсирующийся газ из теплового насоса и поддерживает тепловой насос всегда в состоянии высокого вакуума. [4]
Тип 2: тепловые трансформаторные насосы
[ редактировать ]В АТП типа 2 температура конденсатора ниже температуры испарителя. [7] (также называемый тепловым трансформатором) [10] ). Абсорбционный тепловой насос типа 2 разумно использует тепло среднетемпературного отходящего тепла, выдавая высокотемпературный теплоноситель (горячий водяной пар) на 25–50 градусов Цельсия выше, чем среднетемпературное отходящее тепло. [9] Абсорбционный тепловой насос типа 2 может работать за счет низкопотенциального отходящего тепла в производственном процессе или в природе, что позволяет добиться экономии энергии, сокращения выбросов и снижения производственных затрат, а также имеет практическое применение в нефтехимической и углехимической промышленности. [9] Коэффициент полезного действия абсорбционного теплового насоса второго типа всегда меньше 1, обычно от 0,4 до 0,5. [4]
Типичные рабочие жидкости
[ редактировать ]В качестве рабочего тела используется смесь жидкостей, разным концентрациям рабочего тела соответствуют разные температуры, температура и концентрация рабочего тела претерпевают циклическое изменение. При подаче на генератор тепла температура смеси повышается, за счет чего увеличивается концентрация высококипящих компонентов (абсорбента) и выделяется хладагент. [3] Когда хладагент смешивается с хладагентом, находящимся в абсорбере, выделяется тепло. [5] В абсорбционной установке можно использовать несколько типов смеси, но обычно выбирают воду/бромид лития и аммиак/вода. [3]
Вода и бромид лития (LiBr)
[ редактировать ]
Вода является хладагентом, а LiBr — абсорбирующей средой. [1] Водяные и LiBr-системы имеют большие мощности и применяются в промышленности в широком диапазоне, мощности варьируются от десятков кВт до нескольких МВт. [3] Первый тип абсорбционного теплового насоса на основе бромида лития представляет собой высокотемпературный источник тепла (пар, высокотемпературная горячая вода, мазут, газ) в качестве движущего источника тепла, раствор бромида лития в качестве абсорбента и вода в качестве хладагента. а низкотемпературный источник тепла (например, отработанная горячая вода) перерабатывается и используется. [ нужна ссылка ]
Аммиак и вода
[ редактировать ]Аммиак является хладагентом, а вода – абсорбирующей средой. [1] В поглотителе и генераторе поглощение или воздействие водного раствора аммиака используется для излучения тепла или поглощения тепла. В испарителе и конденсаторе фазовый переход чистого аммиака используется для завершения внешнего поглощения или выделения тепла. [4] Как и в традиционном тепловом насосе, хладагент (аммиак) конденсируется в конденсаторе, а затем выделяется тепло; давление падает после расширительного блока, и хладагент испаряется для поглощения тепла. [ нужна ссылка ]
Тепловые насосы на основе аммиака/воды по существу ограничены применением в жилых помещениях, поскольку их коммерческие возможности ограничены лишь небольшими размерами (несколько кВт). [3] [11] Если система поглощает тепло из жилого дома, она работает как холодильная машина; если он отдает тепло внутрь жилого дома, он обогревает дом. [12]
Ключевым компонентом тепловых насосов, использующих аммиак и воду, представленных сегодня на рынке, является теплообменник-абсорбер генератора (GAX), который повышает тепловой КПД оборудования за счет рекуперации тепла, выделяющегося при поглощении аммиака водой. [11] Другие инновации, примененные к этому типу тепловых насосов, включают эффективное разделение пара, регулируемый расход аммиака, переменную производительность и сжигание газа с регулируемой мощностью с низким уровнем выбросов. [11]
Источники тепловой энергии
[ редактировать ]Солнечная тепловая энергия
[ редактировать ]Одиночные, двойные или тройные итеративные циклы абсорбционного охлаждения используются в различных конструкциях систем гелиотермического охлаждения. Чем больше циклов, тем они эффективнее. [ нужна ссылка ]
В конце 19 века наиболее распространенным с фазовым переходом хладагентом для абсорбционного охлаждения был раствор аммиака и воды. комбинация бромида лития Сегодня также широко используется и воды. Один конец системы труб расширения/конденсации нагревается, а другой конец охлаждается настолько, что образуется лед. Первоначально природный газ использовался в качестве источника тепла в конце 19 века. Сегодня пропан используется в абсорбционных холодильниках транспортных средств. Инновационные солнечные коллекторы тепловой энергии с горячей водой также могут использоваться в качестве современного источника тепла «бесплатной энергии».
Для эффективных абсорбционных холодильников требуется вода температурой не менее 88 °C (190 °F). Обычные недорогие плоские солнечные тепловые коллекторы производят воду только с температурой около 70 °C (160 °F), но несколько успешных коммерческих проектов в США, Азии и Европе показали, что плоские солнечные коллекторы специально разработаны для температур выше 93 °C ( 200 °F) (с двойным остеклением, повышенной изоляцией задней стороны и т. д.) может быть эффективным и экономичным. [13] Также можно использовать солнечные панели с вакуумными трубками. Концентрирующие солнечные коллекторы, необходимые для абсорбционных холодильников, менее эффективны в жаркой, влажной и облачной среде, особенно там, где ночная низкая температура и относительная влажность дискомфортно высоки. Если воду можно нагреть значительно выше 88+ °C (190 °F), ее можно хранить и использовать, когда не светит солнце. [ нужна ссылка ]
Уже более 150 лет для производства льда используются абсорбционные холодильники. [14] Этот лед можно хранить и использовать в качестве «ледяной батареи» для охлаждения, когда не светит солнце, как это было в отеле New Otani Tokyo в 1995 году в Японии. [15] В открытом доступе доступны математические модели для расчета эффективности хранения тепловой энергии на льду. [12]
Геотермальный
[ редактировать ]Земля как огромный и стабильный источник тепла, ее неглубокая температура грунта и грунтовые воды также имеют широкие перспективы применения в использовании энергии, особенно для энергосбережения в зданиях, что имеет большое значение. Используя технологию абсорбционного теплового насоса (охлаждения), геотермальную воду с температурой 65–90°C можно использовать для производства охлаждающей воды с температурой 7–9°C для летнего кондиционирования воздуха. Разумное использование соответствующей технологии тепловых насосов может обеспечить эффективное и комплексное использование геотермальных ресурсов при различных уровнях температуры, значительно снижая потребление энергии для отопления и охлаждения жилых и коммерческих зданий. [4] Использование геотермальной воды с температурой 65°C и выше (или отработанного/отходящего тепла) для привода абсорбционного теплового насоса для охлаждения и соответствующего типа теплового насоса (отопление/отопление) для отопления может обеспечить хорошие энергосберегающие и экономические выгоды. [4] Для низкотемпературных источников тепла 15–25 °C, приводимых в действие небольшим количеством высокотемпературных источников тепла (таких как высокотемпературный пар или прямое сжигание), холодная вода с температурой 7–15 °C и горячая вода. при температуре выше 47°С. 1,2, >1,5 при нагреве. [4]
Природный газ
[ редактировать ]Природный газ является широко используемым источником тепла, поэтому абсорбционные тепловые насосы иногда называют газовыми тепловыми насосами. [11] Кроме того, когда тепловые насосы других источников тепла (например, отходящее тепло) работают в режиме отопления, они могут эффективно удовлетворить потребности в перегрузочном обогреве в очень холодные периоды за счет дополнительных газовых котлов. [6]
Отходящее тепло
[ редактировать ]Например, система привода отходящего тепла может покрывать нагрузки на охлаждение и отопление, работая в режиме охлаждения и преобразователя тепла. Вполне возможно, что только одно устройство сможет эффективно обеспечивать городскую территорию ресурсами на протяжении большей части года за счет отходящего тепла. [6]
См. также
[ редактировать ]- Тепловой насос
- Абсорбционный холодильник
- Абсорбционный тепловой трансформатор
- Солнечное кондиционирование
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Абсорбционный тепловой насос / Промышленные тепловые насосы» . Industrialheatpumps.nl . Проверено 14 июля 2020 г.
- ^ Ромеро, Розенберг Дж.; Сильва-Сотело, Социл (28 июня 2017 г.), Мендес, Мариса Фернандес (ред.), «Энергетическая оценка использования абсорбционного теплового насоса в процессе дистилляции воды» , Дистилляция – инновационные приложения и моделирование , InTech, doi : 10.5772/67094 , ISBN 978-953-51-3201-1 , получено 14 июля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Бернтссон, Тор; Харви, Саймон; Морандин, Маттео (01.01.2013), Клемеш, Иржи Й. (редактор), «5 – Применение интеграции процессов для синтеза теплоэнергетических систем, включая комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) и промышленные тепловые насосы» , Справочник по интеграции процессов (PI) , Серия публикаций Woodhead Publishing по энергетике, Woodhead Publishing, стр. 168–200, doi : 10.1533/9780857097255.2.168 , ISBN 978-0-85709-593-0 , получено 14 июля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к «Абсорбционный тепловой насос — Онлайн-энциклопедия HVAC HVAC» . baike.51hvac.com Проверено 16 июля 2020 г. .
- ^ Jump up to: а б Ши, Вэньсин.; Ши Вэньсин. (2016). = Холодильная техника для кондиционирования воздуха Конг ци диао цзе юн чжи лэн цзи шу . Пекин: Чжун Го Цзянь Чжу Гун Е Чу Бан Шэ, стр. 102. ISBN. 978-7-112-18904-5 . OCLC 1020344515 .
- ^ Jump up to: а б с д Кудок, Фальк и Циглер, Феликс. «АБОРБЦИОННЫЙ ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И МЕТОД ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ». Конференция: Международный конгресс по холодильному оборудованию .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Розенберг Дж. Ромеро; Антонио Родригес-Мартинес; Хесус Сересо; В. Ривера (2011). «Сравнение двухступенчатого теплового трансформатора с двойным абсорбционным тепловым трансформатором, работающим на кэрроловой воде, для утилизации промышленного тепла». Химико-технологические операции . 25 : 129–134. дои : 10.3303/CET1125022 .
- ^ «Абсорбционный тепловой насос Тип1» . Industrial.hitachiaircon.com . Проверено 14 июля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с «Платформа обслуживания данных Wanfang» . d.wanfangdata.com.cn 2020 doi : 10.3969/j.issn.1009-8402.2018.11.016 . Проверено 15 июля г.
- ^ «Абсорбционный тепловой насос Тип2» . Industrial.hitachiaircon.com . Проверено 14 июля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Абсорбционные тепловые насосы» . Energy.gov.ru . Проверено 16 июля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Разработка модели хранения тепловой энергии для EnergyPlus» (PDF) . 2004. Архивировано из оригинала (PDF) 11 февраля 2012 г. Проверено 6 апреля 2008 г.
- ^ «Солнечное охлаждение». Архивировано 6 июля 2011 г. на сайте Wayback Machine www.solid.at. Доступ: 1 июля 2008 г.
- ^ Геоид Фоли; Роберт ДеВо; Ричард Свитсер. «Будущее абсорбционных технологий в Америке» (PDF) . Министерство энергетики США по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE). Архивировано из оригинала (PDF) 28 ноября 2007 года . Проверено 8 ноября 2007 г.
- ^ «Система ледяного охлаждения снижает нагрузку на окружающую среду» . Новые новости Отани . Новые члены Международного Клуба Отани. 28 июня 2000 г. Архивировано из оригинала 7 октября 2007 г. Проверено 3 мая 2012 г.