АБХМ - принцип действия, преимущества и недостатки, классификация, энергоэффективность.

АБХМ - что это и для чего?

Абсорбционные холодильные машины (АБХМ), или абсорбционные установки широко применимы для охлаждения воды как в комфортном кондиционировании, так и в технологических целях.
Параметры воды находятся в стандартном диапазоне температурных значений 7/12°С (на выходе/ входе), при этом минимальное значение температуры охлаждаемой воды на выходе из АБХМ не может быть ниже + 5°С.

Почему стоит обратить внимание на технологию абсорбционного охлаждения.

Основным и важнейшим преимуществом абсорбционных установок является то, что данные холодильные машины работают за счет тепловой, а не электрической энергии.

Источником такой тепловой энергии могут быть:

• горячая вода (абхм на горячей воде),
• перегретый пар (абхм с паровым контуром),
• выхлопные газы (абхм с контуром выхлопных газов)
• и другие виды топлива.

Электрическая энергия потребляется только для работы насосных групп, вентиляторов градирен или водоохладителей, а также системы автоматического управления.

При этом тепловая энергия для АБХМ может быть получена не только путем непосредственного сжигания топлива, но и за счет утилизации избыточного тепла – побочного продукта технологического процесса. По специальному заказу АБХМ могут быть выполнены в комбинированном исполнении - с возможностью использования нескольких источников теплоты как для одновременного, так и для переменного использования.

Важно! АБХМ холодопроизводительностью 1000 кВт для обеспечения своей работоспособности расходует всего несколько кВт электроэнергии!

На сегодняшний день существует два основных вида АБХМ: бромистолитиевые и аммиачные. В бромистолитиевых АБХМ в качестве хладагента используется вода, а в качестве абсорбента - бромид лития LiBr. В аммиачных агрегатах хладагентом является аммиак NH3, а абсорбентом – вода. По причине того, что аммиак (NH3) взрывоопасен, его применение строго регламентируемо соответствующими правилами безопасности. Поэтому водоаммиачные холодильные машины (АВХМ) не являются широко используемыми в системах охлаждения. Предпочтение отдается бромистолитиевым АБХМ.

Принцип действия АБХМ - абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин

Процесс испарения хладагента в АБХМ происходит в условиях вакуума с поглощением теплоты, от охлаждаемой жидкости.
Абсорбентом является бромид лития (LiBr), хладагентом – вода.

Концентрированный раствор бромида лития, попадая в абсорбер установки, поглощает пары воды, превращаясь в слабо концентрированный раствор.

Далее посредством насоса, полученный раствор, пройдя через теплообменник слабого и крепкого растворов, поступает в генератор.

 В генераторе под воздействием тепла, полученного от источника тепловой энергии (горячая вода, перегретый пар, выхлопные газы и т.п.) из слабо концентрированного раствора бромида лития часть воды выкипает.

Таким образом происходит восстановление изначальной концентрации бромида лития в растворе.
Образующиеся при этом пары воды поступают в конденсатор установки, где конденсируются и превращаются обратно в воду. Получившаяся вода поступает в дросселирующее устройство, где дросселируется и уходит в испаритель.
Часть воды испаряется на трубках испарителя, а другая охлаждается и поступает в поддон, откуда насосом подается в распределительную систему в верхней части испарителя. В испарителе поддерживается давление порядка 6 мм. рт. ст. или 0,008 бар.

При таком давлении вода моментально закипает и превращается в пар, отдавая холод охлаждаемой среде. Температура воды падает до +5 °С.

Именно в этот момент и происходит непосредственный процесс охлаждения.
Далее пары хладагента поступают из испарителя в абсорбер и снова поглощаются концентрированным раствором бромида лития (LiBr). Цикл повторяется заново.

Холодильный цикл АБХМ

Схема обвязки и оснастка абсорбционных чиллеров, автоматика

АБХМ оснащены автоматической системой управления и контроля, которая производит круглосуточную диагностику и контроль работоспособности системы.

Автоматика обеспечивает четкое поддержание всех заданных параметров работы, осуществляет защиту во внештатных ситуациях, а также производит плавную регулировку холодопроизводительности в диапазоне от 20 до 110%. Контроллер регистрирует и архивирует рабочие параметры агрегата.

Конечно, имеется возможность вывода информации и параметров системы на удаленный компьютер.

Классификация АБХМ по количеству контуров и гибридные холодильные системы

Абсорбционные холодильные установки  бывают одноконтурными, двухконтурными и трехконтурными.
От количества контуров зависит разница температур, которую можно получить. Чем больше контуров, тем более эффективно будет охлаждать установка.

Существуют так же гибридные холодильные системы, которые совмещают в себе достоинства как абсорбционных, так и компрессорных холодильных машин.

Необходимость использования гибридных систем определяется прежде всего степенью нагрузки на систему холодоснабжения и величиной тарифов на электроэнергию, газ, используемое установкой топливо.

Целесообразность использования гибридных установок достигается путем четких расчетов, а в дальнейшем для достижения максимального суммарного экономического эффекта, оптимизацией режимов работы всего оборудования.

Классификация и типы АБХМ по видам используемого источника тепла 

Энергоэффективность АБХМ

Благодаря возможности абсорбционных холодильных машин (чиллеров) работать на альтернативных источниках энергии, без глобального использования электрических мощностей, удается достигать значительного снижения эксплуатационных расходов на промышленное охлаждение и центральное кондиционирование.

А за счет соблюдения требований в экономии энергоресурсов и создания безотходных технологий производства, интерес к абсорбционным холодильным установкам (АБХМ) с каждым годом растет все больше и больше.
Если на предприятии имеются бросовые источники тепла, такие как: горячая вода, пар, дымовые и выхлопные газы, которые требуют утилизации иначе становятся целой проблемой, то эффект от внедрения холодильных машин становится очевидным, а их применение незаменимым.

Преимущества абсорбционных чиллеров

• Энергоэффективность. Экономия электроэнергии достигает 96-98%!
• Первым и главным преимуществом АБХМ является энергоэффективность – использование тепловой энергии вместо электрической, а также возможность работы с использованием дешевых источников тепла низкого потенциала, таких как отработанный пар, отходящие газы, низкосортное топливо и т.п.;
• Широкий модельный ряд и диапазон мощностей. Различные конфигурации в работе. Изготовление каждого АБХМ под конкретные параметры источника теплоты и индивидуальные требования объекта;
• Производство горячей воды и холодной воды.
• Возможности АБХМ позволяют производить одновременно горячую и холодную воду. Холодная вода, как правило, идет на нужды системы кондиционирования, а горячая - на систему отопления и водоснабжения. Благодаря данной возможности пропадает необходимость в установке котлов и водонагревательных бойлеров, что обеспечивает ощутимую экономию площадей, которая требуется для размещения данного оборудования, а также финансовых затрат на его покупку и установку;
• Отсутствие шума и вибраций.
• Благодаря тому, что в конструкции АБХМ не используются громоздкие движущиеся элементы типа: компрессоров, электродвигателей и подшипников, уровень шума остается на очень низком уровне. Установка звуко- и виброизоляции не требуется;
• Плавная регулировка.
• У АБХМ есть возможность работать в режиме частичной загрузки начиная с 10% от своей максимальной мощности;
• Система автоматизации и диспетчеризации с возможностью внедрения установок в существующую систему управления зданием или производством;
• Пожаро- и взрывобезопасность;
• Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору;
• За счет отсутствия в конструктиве АБХМ сложных механических элементов, срок их службы от 25 лет и более;
• Простота эксплуатации и обслуживания;
• Экологическая безопасность.
• Степень влияния на окружающую среду напрямую зависит от вида топлива, используемого для работы АБХМ. Широко применимым, дешевым и чистым топливом для АБХМ является природный газ. В качестве хладагента в АБХМ используется вода, которая не оказывает влияния на озоновый слой земли и не влияет на развитие парникового эффекта. Кроме того, если АБХМ интегрирована в когенерационную установку, и питается тепловой энергией из этой системы, то влияние на окружающую среду исключено вовсе.
• Срок окупаемости, оптимально подобранной установки, в среднем 1-1,5 года;

Помимо явных плюсов есть у АБХМ и свои слабые стороны, которые требуют внимания заказчиков и проектировщиков:

• АБХМ имеют значительную массу и внушительные габаритные размеры, поэтому для их размещения и установки требуются большие площади, способные выдерживать вес блоков;
• Более высокая стоимость оборудования в сравнении со стоимостью традиционного охладителя;
• Для полноценной работы АБХМ необходимо использование открытого охладителя - градирни. Это значительно увеличивает водопотребление системы. Кроме того, работающая градирня производит шум, поэтому требует дополнительных затрат на установку глушителей и акустических экранов;
• АБХМ очень чувствительны к концентрации солевых растворов;
• Конструктивные возможности АБХМ не позволяют охлаждать воду ниже +5С;

Несмотря на перечисленные недостатки, АБХМ является экономически более выгодным, чем традиционные холодильные машины других типов. Экономическая выгода весьма ощутима!

Области, в которых оправдано использование абсорбционных холодильных машин (АБХМ)

Вне зависимости от отрасли, в которой используется АБХМ и специфики технологических процессов, вопрос целесообразности применения оборудования везде определяется одинаково.

Если на производстве/ предприятии есть бросовые источники тепла (горячая вода, пар, дымовые и выхлопные газы), то применение АБХМ становится однозначно выгодным, особенно с экономической точки зрения.