WikiDer > Абсорбционный тепловой насос

Absorption heat pump
Абсорбционный тепловой насос мощностью 14000 кВт

An абсорбционный тепловой насос (AHP) это Тепловой насос приводится в действие тепловой энергией, такой как сжигание природного газа, водяного пара, нагреваемого солнечными батареями, воздуха или геотермальная вода[1][2] в отличие от компрессионных тепловых насосов, которые приводятся в действие механической энергией. [нужна цитата] AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами.[3] В частности, меньшая потребность таких тепловых насосов в электроэнергии связана только с перекачкой жидкости.[3] Их применение ограничено теми случаями, когда электричество чрезвычайно дорого или доступно большое количество неиспользованного тепла при подходящих температурах, и когда мощность охлаждения или нагрева имеет большую ценность, чем потребляемая тепловая энергия.[3] Абсорбционные холодильники также работают по тому же принципу, но не обратимы и не могут служить источником тепла. [нужна цитата]

Принцип работы

Система теплового насоса состоит из нескольких основных блоков, таких как генератор, конденсатор, испаритель, абсорбер и теплообменник, а также всасывающего устройства, защитного насоса (насоса раствора и насоса хладагента).[4] В простейшем случае также требуется 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 поглотитель, генератор и насос можно рассматривать как «тепловой компрессор». Абсорбер эквивалентен входной стороне компрессора, а генератор эквивалентен выходной стороне компрессора. В абсорбент[необходимо разрешение неоднозначности] может рассматриваться как жидкость-носитель, которая транспортирует образующийся газообразный хладагент со стороны низкого давления цикла на сторону высокого давления.[5]

Поскольку основные компоненты устройств, выполняющих три цели, одинаковы, существует тепловой насос, который позволяет ему реализовывать все рабочие режимы: режим теплового насоса, режим охлаждения и режим теплового трансформатора.[6] Абсорбционный тепловой насос может использоваться как охладитель летом, а зимой он может использоваться в режиме теплового насоса или теплового трансформатора в зависимости от доступного источника тепла.[6]

Производительность абсорбционного теплового насоса обозначается значком коэффициент производительности (КС). COP - это отношение удаленного (для охлаждения) или предоставленного (для нагрева) тепла к подводимой энергии. В настоящее время максимальная температура его выхода не превышает 150 ° C. Повышение температуры ΔT обычно составляет 30-50 ° C. Коэффициент эффективности охлаждения составляет от 0,8 до 1,6, коэффициент эффективности нагрева составляет от 1,2 до 2,5, а коэффициент теплопередачи составляет от 0,4 до 0,5.[4]

Когда они применяются в промышленности, абсорбционные тепловые насосы должны быть правильно расположены с точки зрения энергопотребления, и они должны удовлетворять ограничениям, связанным с особенностями окружающей среды.[3]

Типы AHP

Тип 1: обычные тепловые насосы

Конфигурация абсорбционного теплового насоса (охлаждение типа 1)
Абсорбционный тепловой насос температуры (тип 1); Q2-привод высокотемпературного потока (десорбер); Q0-низкая температура подачи (испаритель); Q1-промежуточный тепловой поток (конденсатор).

По температуре AHP можно разделить на две категории. В AHP типа 1 температура конденсатора выше температуры испарителя.[7] (также называемый тепловым усилителем[8] и охлаждение[3]). Приводимый в действие высокотемпературным источником тепла, абсорбционный тепловой насос первого типа отбирает тепло отработанного тепла (отработанное тепло) и выводит теплоноситель средней температуры, который на 30-60 градусов Цельсия выше, чем отработанное тепло.[9] Этот тип более распространен и может быть альтернативой традиционным компрессорным 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 раствора и насос хладагента) и других вспомогательных частей. Устройство для вытяжки воздуха удаляет неконденсирующийся газ из теплового насоса и постоянно поддерживает в тепловом насосе состояние высокого вакуума.[4]

Технологическая схема абсорбционного теплового насоса (тип 2)

Тип 2: тепловые насосы с трансформатором тепла

В AHP типа 2 температура конденсатора ниже температуры испарителя.[7] (также называемый тепловым трансформатором[10]). Абсорбционный тепловой насос 2-го типа разумно использует тепло среднетемпературного отходящего тепла, выводя высокотемпературный теплоноситель (горячий водяной пар) на 25-50 градусов Цельсия выше, чем отходящее тепло средней температуры.[9] Абсорбционный тепловой насос типа 2 может приводиться в действие низкопотенциальным отходящим теплом в процессе производства или в природе, что может обеспечить энергосбережение и сокращение выбросов, а также снизить производственные затраты, и он 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]

Q1 - промежуточный управляемый тепловой поток; Q2-высокотемпературный переоцененный расход; Q3-низкая температура отклоненного потока.
Абсорбционный тепловой насос температуры (тип 2); Q1 - промежуточный приводной тепловой поток (испаритель); Q2 - высокотемпературный переоцененный расход (абсорбер); Q0 - низкотемпературный сбрасываемый поток (конденсатор).

Типичные рабочие жидкости

В качестве рабочего тела используется смесь жидкостей, различная концентрации рабочего тела соответствуют разным температурам, температура и концентрация рабочего тела претерпевают циклические изменения. Когда в генератор подается тепло, температура смеси повышается, тем самым повышается 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 выбираются вода / бромид лития и аммиак / вода.[3]

Вода и Литий бромид (LiBr)

Аммиачно-водопоглощающий тепловой насос

Вода - хладагент, а LiBr - абсорбент.[1] Системы на воде и LiBr имеют большую мощность и широко применяются в промышленности, размеры варьируются от десятков кВт до нескольких МВт.[3] Первый тип абсорбционного теплового насоса на основе бромида лития - это 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 цитата]

Аммиак и вода

Аммиак - хладагент, а вода - абсорбент.[1] В абсорбере и генераторе поглощение или действие 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; после блока расширения давление падает, и хладагент испаряется для поглощения тепла. [нужна цитата]

Тепловые насосы, работающие на аммиаке / воде, по существу ограничены применением в жилых помещениях, поскольку коммерчески ограничены только небольшими размерами (несколько кВт).[3][11] Если система поглощает тепло от жилого дома, она работает как холодильная машина; если он отдает тепло внутрь жилого дома, он нагревает дом.[12]

Ключевым компонентом тепловых насосов, использующих аммиак и воду, представленных сегодня на рынке, является абсорбционный теплообменник генератора (GAX), который улучшает термический КПД оборудования за счет рекуперации тепла, выделяемого при абсорбции аммиака водой.[11] Другие инновации, примененные к этому типу теплового насоса, включают эффективное разделение пара, регулируемый расход аммиака и регулируемую производительность, а также сжигание газа с переменной производительностью с низким уровнем выбросов.[11]

Источники тепловой энергии

Солнечная тепловая энергия

Одинарные, двойные или тройные итерационные циклы абсорбционного охлаждения используются в различных конструкциях систем солнечного термического охлаждения. Чем больше циклов, тем они эффективнее. [нужна цитата]

В конце 19 века наиболее распространены изменение фазы хладагент Материалом для абсорбционного охлаждения был раствор аммиак и вода. Сегодня сочетание бромид лития и вода также широко используется. Один конец системы расширительных / конденсационных труб нагревается, а другой конец становится достаточно холодным, чтобы образовался лед. Первоначально природный газ использовался в качестве источника тепла в конце 19 века. Сегодня, пропан используется в абсорбционных рефрижераторах транспортных средств для отдыха. Инновационные водогрейные солнечные тепловые коллекторы могут также использоваться в качестве современного источника тепла «свободной энергии».

Для эффективных абсорбционных холодильников требуется вода с температурой не менее 88 ° C (190 ° F). Обычная недорогая плоская пластина солнечные тепловые коллекторы производят только воду около 70 ° C (160 ° F), но несколько успешных коммерческих проектов в США, Азии и Европе показали, что плоские солнечные коллекторы, специально разработанные для температур выше 93 ° C (200 ° F) (с двойным остеклением, усиленная изоляция тыльной стороны и т. д.) может быть эффективным и рентабельным.[13] Также могут быть использованы солнечные батареи с вакуумными трубками. Концентрационные солнечные коллекторы, необходимые для абсорбционных холодильников, менее эффективны в жарких, влажных, облачных средах, особенно там, где ночная низкая температура и относительная влажность слишком высоки. Там, где вода может быть нагрета до температуры выше 88+ ° C (190 ° F), ее можно хранить и использовать, когда солнце не светит. [нужна цитата]

Более 150 лет абсорбционные холодильники используются для производства льда.[14] Этот лед можно хранить и использовать в качестве «ледяной батареи» для охлаждения, когда солнце не светит, как это было в 1995 году. Отель New Otani Tokyo в Японии.[15] В открытом доступе доступны математические модели для расчета характеристик аккумуляторов тепловой энергии на основе льда.[12]

Геотермальный

Земля как огромный и стабильный ресурс хранения тепла, ее неглубокая температура грунта и грунтовые воды также имеют широкие перспективы применения в энергопотреблении, особенно для экономии энергии в зданиях, что имеет большое значение. Используя технологию абсорбционного теплового насоса (охлаждение), 65-90 ℃ геотермальная вода может использоваться для производства охлаждающей воды с температурой 7-9 ℃ для летнего кондиционирования воздуха. Разумное использование соответствующей технологии теплового насоса может обеспечить эффективное и всестороннее 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 ℃ и выше (или отработанного / отходящего тепла) для привода абсорбционного теплового насоса для охлаждения и соответствующего типа теплового насоса (нагрев / нагрев) для отопления может обеспечить хорошие энергосберегающие и экономические преимущества.[4] Для низкотемпературных источников тепла 15-25 ° C, приводимых в действие небольшим количеством высокотемпературных источников тепла (например, высокотемпературный пар или прямое сгорание), холодной воды с температурой 7-15 ° C и горячей воды при температуре выше 47 ° C можно приготовить. 1,2,> 1,5 при нагреве.[4]

Натуральный газ

Природный газ является широко используемым источником тепла, поэтому абсорбционные тепловые насосы иногда называют тепловыми насосами, работающими на газе.[11] Кроме того, когда тепловые насосы других источников тепла (например, отработанное тепло) работают в режиме отопления, они могут эффективно удовлетворять потребности в перегреве в очень холодные периоды с помощью дополнительных газовых котлов.[6]

Отработанное тепло

Например, система привода отработанного тепла может покрывать охлаждающую и нагревательную нагрузки, работая в режиме охлаждения и преобразователя тепла. Вполне возможно, что только одно устройство может обеспечивать ресурсы городской территории ресурсоэффективным способом в течение большей части года за счет отработанного тепла.[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c «Абсорбционный тепловой насос / Промышленные тепловые насосы». industrialheatpumps.nl. Получено 2020-07-14.
  2. ^ Romero, Rosenberg J .; Сильва-Сотело, Социл (28.06.2017), Мендес, Мариса Фернандес (ред.), «Энергетическая оценка использования абсорбционного теплового насоса в процессе дистилляции воды», Дистилляция - инновационные приложения и моделирование, InTech, Дои:10.5772/67094, ISBN 978-953-51-3201-1, получено 2020-07-14
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j Бернтссон, Тор; Харви, Саймон; Морандин, Маттео (01.01.2013), Клемеш, Йиржи Й. (ред.), «5 - Применение интеграции процессов для синтеза теплоэнергетических систем, включая комбинированные теплоэнергетические установки (ТЭЦ) и промышленные тепловые насосы», Справочник по интеграции процессов (PI), Woodhead Publishing Series в области энергетики, Woodhead Publishing, стр. 168–200, Дои:10.1533/9780857097255.2.168, ISBN 978-0-85709-593-0, получено 2020-07-14
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j k "吸收 式 热泵 - 暖通 空调 百科 暖通 空调 在线". baike.51hvac.com. Получено 2020-07-16.
  5. ^ а б Ши, Вэньсин .;石文 星. (2016). Kong qi diao jie yong zhi leng ji shu = холодильная техника для кондиционирования воздуха. Тянь, Чжанцин, Ван, Баолун, 田长青, 王宝龙 (Di 5 ban ed.). Пекин: Чжун Го цзянь чжу гун е чу бан она. п. 102. ISBN 978-7-112-18904-5. OCLC 1020344515.
  6. ^ а б c d Чудок, Фальк и Зиглер, Феликс. «АБСОРБЦИОННЫЙ ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И МЕТОД УРАВНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК». Конференция: Международный конгресс холода.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ а б Розенберг Дж. Ромеро; Антонио Родригес-Мартинес; Хесус Сересо; В. Ривера (2011). «Сравнение двухступенчатого теплового трансформатора с двойным абсорбционным тепловым трансформатором, работающим на водопроводной воде для утилизации промышленных отходов». Химическая инженерия. 25: 129–134. Дои:10.3303 / CET1125022.
  8. ^ «Абсорбционный тепловой насос Тип1». industrial.hitachiaircon.com. Получено 2020-07-14.
  9. ^ а б c "万方 数据 知识 服务 平台". d.wanfangdata.com.cn. Дои:10.3969 / j.issn.1009-8402.2018.11.016. Получено 2020-07-15.
  10. ^ «Абсорбционный тепловой насос Тип2». industrial.hitachiaircon.com. Получено 2020-07-14.
  11. ^ а б c d «Абсорбционные тепловые насосы». Energy.gov. Получено 2020-07-16.
  12. ^ а б «Разработка модели накопителя тепловой энергии для EnergyPlus» (PDF). 2004. Получено 2008-04-06.
  13. ^ «Солнечное охлаждение». www.solid.at. Доступ 1 июля 2008 г.
  14. ^ Героид Фоли; Роберт ДеВо; Ричард Свитсер. «Будущее абсорбционной технологии в Америке» (PDF). Министерство энергетики США по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE). Архивировано из оригинал (PDF) 28 ноября 2007 г.. Получено 2007-11-08.
  15. ^ «Система охлаждения льда снижает нагрузку на окружающую среду». Новости Нового Отани. Члены New Otani Club International. 28 июня 2000 г. Архивировано с оригинал 7 октября 2007 г.. Получено 3 мая 2012.

внешняя ссылка