Absorptionsvarmepumper

Transkript

1 -En teoretisk formidling henvendt til maskinmestre og lignende fagfolk Bachelor juni 2014 Jesper Lysgaard Andersen Århus Maskinmesterskole

2 Forfatter Jesper Lysgaard Andersen Studie nummer A11032 Projekt Absorptionsvarmepumper Fagområde Køleteknik, termodynamik, kemi, og videnskabsteori Placering i uddannelsesforløbet Bachelorforløb 6. semester Uddannelsessted Aarhus Maskinmesterskole Vejleder Poul Høgh [poh] Dato for aflevering 02 / Antal sider anslag [26 normal sider] Forside illustration: 2

3 Forord Jeg påbegyndte min maskinmesteruddannelse august Afsluttende har jeg på 6. semester været i bachelorpraktik 50 arbejdsdage hos DEIF A/S i Skive. Dette projekt er skrevet på baggrund af min interesse inden for området energioptimering. Ideen til dette projekt blev skabt på baggrund af en opgave, som Jan Lemming, energi koordinator DEIF A/S, introducerede mig for. En tidligere bachelorpraktikant hos DEIF A/S havde udarbejdet et projekt, som gav nogle kvalificerede bud på forventede driftsdata for en absorptionsvarmepumpe implementering hos DEIF A/S. Med henblik på økonomiske aspekter foreslog Jan Lemming, at jeg arbejdede videre med dette projekt. Teorien bag absorptionsvarmepumper er ikke et undervisningsfag på Aarhus Maskinmesterskole. Derfor var det nødvendigt for mig at gennemskue virkemåden af denne. Jeg fandt det yderst interessant, at det i gennem denne usædvanlige proces var muligt at anvende termiskenergi til at generere køling. Gennem mit praktikforløb hos DEIF A/S opstod lysten til at arbejde videre absorptionsvarmepumper i mit bachelorprojekt. Ideen til dette projekt er udsprunget gennem mit praktikforløb hos DEIF A/S, men problemstillingen og DEIF A/S har som udgangspunkt ingen sammenhænge. Projektet skiller sig i forhold til mange andre maskinmester bachelorprojekter ud ved, at det er et meget teoretisk projekt. Læseren bør derfor ikke forvente store analyser af procesanlæg. Speciel tak til: Toke Foss- administrerende direktør og ejer DEIF A/S Jan Lemming Energi koordinator, DEIF A/S. Poul Høgh - Bachelor vejleder. Henning Sloth SEG A/S. 3

4 Abstract This project is a theoretical study, on the working principle of an absorption heat pump, and its field of application. The project is targeted toward people with a background in Marine and technological engineering. This project is meant to increase the usage of the absorption technology by making the information on the subject readily available. The basic working principle of an absorption heat pump is to obtain energy from two energy sources (a high and a low temperature source) and transfer this energy to a third energy source. The function of an absorption heat pump is almost similar to a compression cooling system, but in the absorption heat pump a thermal compressor supplied with heat instead of electricity replaces the compressor. The thermal compressor consists of two components, a generator and an absorber. By use of thermal energy, the generator and the absorber raises the pressure and temperature of the process media, which causes the refrigerant to evaporate. Getting this process to work as intended can be challenging, as the process temperatures must be correctly aligned for the process to work properly. In addition, the efficiency of the process depends greatly on the differences of the temperatures between three external circuits. Furthermore corrosion limits the function of this technology, especially high temperatures increases the corrosion speed. Corrosion cannot be avoided, but it is possible to confine the corrosion speed to an acceptable level. The project's final part is using three examples to describe possible fields of applications. Two of these examples show how an absorption heat pump can be used for heating and cooling purposes. The third example shows how the absorption heat pump can be used for both cooling and heating purposes, which is quite a challenge to operate with. 4

5 Indholdsfortegnelse Abstract... 4 Problemformulering... 6 Afgrænsningen... 7 Metode... 8 Læsevejledning Begrebsdefinitioner Del 1, teori omkring absorptionsteknologien Kompressionskøleteknik Absorptionskøleteknikken Procesmedie Absorptionsmaskinens virkemåde Sammenfatning af virkemåde Multitrins anlæg Double lift anlæg Eksterne kredse Høj temp. kredsen Mellem temp. kredsen Lav temp. kredsen Afgifter Overskudsvarme afgifter Opsummering, Del Del 2, tab og begrænsninger Tab i processen samt COP COP i et to trins anlæg LiBr ligevægtsdiagram Temperaturbegrænsninger Korrosion Opsummering, Del Del 3, anvendelsesområder samt eksempler Til køleformål Anvendelse til varmeformål Kombination af varme- kulde anlæg Konklusion Perspektivering Kildehenvisning

6 Problemformulering Efter egen erfaring viser det sig, at en del maskinmestre aldrig har hørt om absorptionsvarmepumper (AVP), og de færreste ved, hvordan den fungerer. Det har igennem mit arbejde hos DEIF A/S undret mig, at AVP ikke er en del af pensum på de danske Maskinmesterskoler. Efter min opfattelse har AVP ikke helt haft sit endelige gennembrud i danske virksomheder endnu, og i forbindelse med at elpriser og CO2 afgifter er stigende, mener jeg, at det er nærlæggende at se nærmere på, hvilke muligheder der kan opnås ved at anvende en AVP. For at optimere på energien fra den lokale gas-chp 1, har DEIF A/S igennem længere tid arbejdet med at implementere en AVP. Igennem denne tid har flere maskinmesterstuderende udarbejdet projekter, som analyserer anvendelsesmulighederne ved en AVP. Som praktikant hos DEIF A/S erfarede jeg at funktionen af en AVP er en kompliceret proces, og jeg vil igennem dette projekt videreudvikle og formidle, den viden jeg har opnået til andre teknikere med maskinmesterlignende baggrund. Jeg vil opbygge et projekt, danske virksomheder kan anvende til at analysere, hvorvidt en AVP kan anvendes til at opnå energibesparelser. Problemstilling - Er det muligt at formidle teorier om absorptionsvarmepumper, på en ny og lettere forståelig måde, så det øger anvendelsesgraden af denne? Underspørgsmål: Hvad er en absorptionsvarmepumpe, og hvordan virker den? Hvor kan man med fordel anvende en absorptionsvarmepumpe, og hvilke forhold skal gøre sig gældende for, at en absorptionsvarmepumpe kan implementeres med økonomisk gevinst? Kan dette projekt anvendes som fundament for en artikel til Maskinmesterbladet eller lign.? 1 Combined heat and power (Naturgasdrevede minikraftværk hos DEIF A/S) 6

7 Afgrænsningen En AVP er ofte installeret i store procesanlæg. Jeg vil udelukkende behandle relevant empiri i forhold til absorptionsvarmepumper, og derfor ikke komme ind på, hvordan der kan optimeres på andre processer, som eksempelvis varmeoverføringstal i varmevekslere og udstødskedler. Projektet omtaler hyppigt procesmediet i en absorptionsvarmepumpe. Dette projekt er baseret på anlæg, som anvender Lithiumbromid og vand som procesmedie. Ammoniak, som er det næst mest anvendte, men dette er kun omtalt kort under afsnittet Procesmedier. Der er udviklet forskellige typer AVP anlæg til forskellige formål. Fælles for dem er, at de virker efter samme princip. Dette projekt tager udgangspunkt i anvendelse af hedt vand, damp, samt overskudsvarme som primær energikilde. Projektet er opbygget, således at en virksomhed selv kan udarbejde en økonomisk analyse for implementering af en AVP. Tilbagebetalingstider, indkøbs- og installationspriser kan variere meget efter størrelsen på det pågældende anlæg, og disse forhold vil derfor ikke blive omtalt igennem projektet. Derudover er projektet afgrænset til ikke at omfatte: Styring og regulering. Uddybelse af kemiske processer. Absorptionsvarmepumper i forbindelse med vedvarende energi. Tre trins anlæg 7

8 Metode Jeg vil i første del af dette projekt fordybe mig den naturvidenskabelige verden, og derved tilegne mig viden omkring virkemåden af en absorptionsvarmepumpe. Litteratur omkring grundprincipperne i en AVP har været let tilgængelig. Jeg har lånt fagbøger på Aarhus Tekniske Bibliotek. Her har forfatterne en meget positivistisk tilgang til deres emner. Derudover vil jeg anvende internettet, undervisere på Aarhus Maskinmesterskole, samt arrangere møder med relevant fagfolk inden for området. En stor del af den tilegnede empiri, specielt fra biblioteket, som er anvendt i dette projekt er af ældre dato, men denne litteratur er primært anvendt til at forstå virkemåden bag en absorptionsvarmepumpe. Nyere og ældre litteratur har vist den samme virkemåde for absorptionsvarmepumper. Derved anses denne empiri som valid data. Litteratur, der går i dybden med virkemåde og begrænsninger for en absorptionsvarmepumpe, har været svært tilgængeligt. Specielt det at anvende absorptionsmaskiner til en kombination af køle- og varme formål, har været vanskeligt at finde litteratur omkring. Derfor er informationen til afsnittene omkring dette skrevet ud fra egne erfaringer opnået hos DEIF A/S, samt gennem samtale med Henning Sloth SEG. SEG er en af de førende virksomheder inden for AVP i Danmark, de har udgivet meget information til offentligt brug, heriblandt en syv siders vejledning, som har været en væsentlig kilde til dette projekt. Gennem arbejdet med absorptionsvarmepumper har jeg noteret de spørgsmål, der måtte opstå, og arrangeret et interview med Henning Sloth - SEG, hvor spørgsmålene blev fremlagt. Det skal nævnes, at dette interview, ikke blev afholdt efter de korrekte videnskabelige metoder, men derimod er afholdt som en dialog, hvor Henning Sloth har hjulpet med at afklare nogle af de tvivlsspørgsmål, der er opstået igennem arbejdet med dette projekt. Henning Sloth repræsenterer en virksomhed, som primært lever af at sælge AVP anlæg, hvorfor jeg som udgangspunkt formoder, at han ønsker at fremme fordelene ved at anvende en AVP. Derudover kan der igennem dette interview være opstået usikkerheder i form at misforståelser. Derfor sammenholder jeg så vidt muligt den oplyste viden med de resterende litteratur. SEG har udleveret materiale fra Thermax, som er forhandler af AVP. Dette materiale er anvendt til at opnå bedre forståelse for de mange forskellige typer af anlæg der findes. Jeg har modtaget undervisning i den generelle køleteknik ud fra NOK-bøgerne (Nielsen, 2010). De er udarbejdet af Eigil Nielsen, og er den primære kilde til afsnittet om kompressionskøleteknik i dette projekt. Som beskrevet under problemformuleringen er dette projekt inspireret af arbejde med AVP hos DEIF A/S. Tidligere bachelorpraktikanter har udarbejdet meget relevant viden, som kan anvendes i dette projekt, men de tager alle udgangspunkt i implementering af en AVP 8

9 hos DEIF A/S. Igennem dette projekt vil teorien bag AVP blive beskrevet mindre specifikt, således at den henvender sig mindre til DEIF A/S, men i større grad kan anvendes af alle virksomheder med interesse inden for AVP. Projektet vil tage udgangspunkt i de tidligere bachelorprojekter, og derved sammenfatte den viden der her er opnået, men jeg vil forholde mig kritisk til alt anvendt materiale, og krydstjekke deres teori med mine egne data. Ud fra den indsamlede data findes der gennem induktion frem til nogle teorier, som kan anvendes til analyse af mulighederne bag en implementering af AVP med tilfredsstillende resultater. Projektets resultater bygges overvejende på induktion, og for at validere sandheden af resultaterne stiller det store krav, til de kilder induktionen bygger på. For at validere resultaterne bedst muligt, vil jeg gennem bearbejdelsen af projektets problemstillinger anvende flere kilder, og holde dem op mod hinanden. 9

10 Læsevejledning Dette projekt er udover de indledende afsnit opdelt i tre dele. Første del omhandler teorien bag en AVP. Anden del gør rede for energi tab samt temperaturbegrænsningerne i en AVP. Tredje del omhandler AVP anvendelsesområder, og giver eksempler på dette. Læseren klædes løbende på til næste afsnit, og det bedste resultat opnås ved at projektet læses i kronologisk rækkefølge. Det er som udgangspunkt nødvendigt for læseren at forstå de forskellige teorier i den første del af projektet, da anden og tredje del videreudvikler på denne viden. I tilfælde af at læseren allerede har tilstrækkelig viden omkring absorptionsteknologien, kan læseren undlade at læse første del og springe direkte til anden og tredje del. Ligeledes kan indledning, abstract samt konklusion læses separat for at skabe et hurtigt overblik over projektets indhold. Der vil i projektet løbende være opsummeringer, som gengiver relevante informationer og beskriver, hvad der efterfølgende vil blive arbejdet videre med. Alle hovedafsnit er indledt med en fed tekst, som beskriver afsnittenes formål, samt metoden der er anvendt til at udarbejde afsnittet. Der er gennem projektet indsat fodnoter som oplyser kilder til de pågældende afsnittet. Derudover er der fodnoter, som beskriver betydningen af forkortelser, denne type fodnoter vil kun være påført første gang forkortelsen anvendes i projektet. Hvis der ønskes forkortelsesforklaringer senere i projektet må der henvises til afsnittet Begrebsdefinitioner. 10

11 Begrebsdefinitioner AVP: Absorptionsvarmepumpe. LiBr: LithiumBromid altid forstået som en udvandet opløsning. COP: Coefficient of performance. SEG: Scandinavian Energy Group Aps. Thermax: Forhandler af AVP. AAMS: Aarhus Maskinmester Skole. SCADA: (Supervisory Control And Data Acquisition). ATES: Aquifer Thermal Energy Storage (Grundvandskøling). Gas-CHP: Combined heat and power (Naturgasdrevede minikraftværk hos DEIF A/S) VVX: Varmeveksler unit Ekstern kredse i absorptionsvarmepumpen: LT: Lav temperatur MT: Mellem temperatur HT: Høj temperatur 11

12 Del 1, teori omkring absorptionsteknologien Del 1 behandler grundlæggende teorier bag en AVP. Der er udarbejdet beskrivelser af virkemåde, anlægs typer, samt de eksterne kredse, som cirkulerer gennem en AVP. Absorptionsteknologien er flere steder sammenlignet med kompressionskøleteknikken, hvorfor virkemåden af denne som det første er repeteret. Kompressionskøleteknik Absorptionskøleprocessen minder utroligt meget om den køleproces, man kender fra kompressionskølingen. Dette er en repetition af kompressionskøleteknik, og det forventes derfor, at læseren har en grundlæggende forståelse for køleteknik. Den ønskede funktion af et køleanlæg er at transportere varme fra et sted, hvor det ikke er ønsket til et andet sted, hvor det gerne må være. Et køleanlæg er et lukket system, og kølemediet man anvender kan i princippet kan være alle stoffer, der kan ændre form fra væske til damp, og tilbage igen. Valg af kølemedie afhænger bl.a. af det ønskede tryk og fordampningstemperatur. I et køleanlæg udnytter man at procesmediets tryk er proportional med temperaturen. Princippet i et køleanlæg er at lade et kølemiddel fordampe ved lavt tryk, for at det kan optage varme ved lav temperatur. Herefter øges trykket på det fordampede kølemiddel, og ved at lade kølemidlet kondensere ved et højere tryk, kan den optagede varme afleveres til omgivelser med højere temperatur end fordampningstemperaturen. Figur 1: Kompressionskøleteknikkens proces diagram (broedrene-gram.dk) 12

13 En kompressor kompresserer kølemidlet op igennem en kondensator. Kondensatoren aftager energien i kølemidlet, og trykket bliver efterfølgende reduceret igennem en ekspansionsventil. Denne ekspansionsventil sænker trykket og dermed kølemidlets damptryk. Det vil få kølemidlet til at fordampe og derved optage energi igennem fordamperen. Derefter suger kompressoren kølemidlet til sig for at kompresser det til et højere tryk. Processen kan nu gentages kontinuerligt. Princippet bag den beskrevne proces er illustreret på figur 1, side

14 Absorptionskøleteknikken Dette afsnit skal give læseren generel forståelse for AVP 2, historien bag denne samt dens virkemåde. For at forklare principperne bag en AVP, bygger dette afsnit videre på teorien bag kompressionsprincipperne. Historie: Absorptionskøleteknikken har været kendt siden 1860, da en fransk opfinder Ferdinand Carré opfandt den første model. Igennem tiden er der blevet videreudviklet på Carrés opfindelse, og i 1950 blev AVP populær at anvende i industrien. Specielt de stigende elpriser har været skyld i, at der de seneste år været en stigende interesse for AVP, og da nutidens mode for virksomheder er at skabe mindre forurening og at have en grønnere profil, kunne man forestille sig at interessen for AVP i fremtiden vil stige endnu mere. 3 Virkemåde: En AVP er en anderledes form for chillerunit. I modsætning til en elektrisk drevet kompressor som dominerer kølebranchen, er absorptionskøleprincippet drevet af en varmekilde i stedet for elektricitet. Grundprincippet i en AVP er at tage varmeenergien ud af to energikilder en høj og en lav temperatur, for at overføre denne energi til en tredje kreds ved en mellem temperaturer. Dette er illustreret på figur 2. Figur 2: Temperaturkurve for til og afgangsrør på en absorptionsvarmepumpe (SEG) Absorptionsvarmepumpers interne elforbrug består i det væsentlige i forsyning af en eller to små pumper. Derudover findes der et mindre forbrug til PLC og styring af anlægget. På større maskiner, i MW størrelse og opefter, ligger elforbruget til interne pumper på ca. 2 Absorptionsvarmepumpe 3 Refrigeration Systems and Applications, Ibrahim Dincer 14

15 0,02% af køleeffekten, og for små AVP, omkring 100 kw, ligger el forbruget på ca. 1 % af køleydelsen. Under alle omstændigheder er el forbruget i en AVP et ubetydeligt forbrug. 4 Absorptionskøleteknikken bygger på, at kompressoren i en normal kompressionskølekreds er udskiftet med en termisk kompressor. Denne termiske kompressor fungerer ved, at to procesmedier opblandes og henholdsvis opvarmes eller nedkøles alt efter, hvor i processen man befinder sig. De to procesmedier består af en primær væske (kølemiddel) og en sekundær væske (absorberingsvæsken). I en AVP anvendes den sekundære væske (absorberingsvæsken) til at cirkulere og absorbere den primære væske (kølevæsken) rundt i systemet. Dettte nærmere forklaret i næste afsnit. 4 Scandinavian Energy Group Aps. 15

16 Procesmedie Dette afsnit skal give læseren grundlæggende forståelse for procesmediernes funktion i en AVP. Afsnittet er skrevet som en introduktion af procesmedier, da det er vurderet, at dette en nødvendighed for at opnå forståelse for virkemåden af en absorptionsmaskine. Senere i projektet vil teorien bag procesmedierne i en AVP blive nærmere beskrevet. I AVPén er det vigtigt at anvende et procesmiddel som passer til den givne situation. Der findes over 200 forskellige typer af absorptionsmedier. En af kravene til processmediet er at det skal bestå af to forskellige medier, hvoraf det ene medie kan absorbere det andet. De to mest anvendte typer i dag er en kombination af enten ammoniak og vand, eller vand og lithiumbromid (LiBr). Vand fryser ved 0 grader, hvorimod ammoniak fryser ved -77 C, derfor kan ammoniak anvendes i systemer som arbejder ved temperaturer under frysepunktet. I absorptionssystemer med ammoniak og vand er det ammoniakken, der fordamper og dermed køler, mens vandet er absorptionsmedie. Det kan under processen ikke undgås, at en del af vandet fordamper. Dette er ikke efter hensigten, hvorfor det er nødvendigt at anvende en vandudskiller. Der findes flere ulemper ved at anvende ammoniak som kølemiddel. Følgende kan nævnes: 5 Kræver højt kondenserings tryk. Det er giftigt at indånde. Det korrider med kobber. Vand og LiBr er det mest anvendte procesmiddel i AVP anlæg, og dette projekt tager fremadrettet kun udgangspunkt i anlæg, der anvender LiBr og vand som procesmedie. Ammoniak anlæg vil derfor ikke blive omtalt yderligere. I systemer med vand og LiBr er det vandet der fordamper, mens LiBr agere som absorptionsmedie. LiBr er et salt, som er stærkt vandsugende, og dets damptryk er meget højere end vands under de samme forhold. H 2 O Q VARME LiBr% LiBr% 5 thaiscience.info Figur 3: Illustration af vand som desorberes fra LiBr 16

17 Hvis der varmes på blandingen vil blandingstemperaturen stige, indtil vandet når sin mætningstemperatur. Herefter vil vandet fordampe, og da LiBr ikke kan optage mere vanddamp ved den givne temperatur, vil de to medier vil nu skilles. Vandet fordamper (desorbere) ud af blandingen, og koncentrationen af LiBr vil derved stige. Dette kaldes også for en endotermisk proces, og er illustreret på figur 3, side LiBr er et salt, men i en AVP er saltet altid opløst i vand, og skal derfor altid forstås som en vandlig opløsning. Opblandingen krystalliserer, hvis temperatur og opblandingsforhold tillader det. Ø Krystalliseringsgrænsen er nærmere beskrevet under afsnittet Begrænsninger. Ø LiBr s tilstandsændringer gennem en absorberingmaskine er beskrevet under afsnittet LiBr ligevægtsdiagram. 6 kentchemistry.com 17

18 Absorptionsmaskinens virkemåde Her formidles virkemåden bag en AVP, med henblik på at være let forståeligt for maskinmestre. Der er opnået viden til at skrive dette afsnit via bibliotekslitteratur, gennem tidligere bachelorprojekter, samt igennem vejledning fra SEG og Thermax. En AVP er opbygget af fire hovedkomponenter hhv. generator, kondensator, fordamper, og absorber. For at simplificere processen i en AVP er hovedkomponenternes virkemåde beskrevet enkeltvis, og deres placering i den samlede proces er markeret med en rød cirkel på en oversigtsillustration. I følgende komponentbeskrivelser er der taget udgangspunkt i en AVP, som anvender vand og LiBr som procesmedie. 18

19 Generator: Generatoren udgør sammen med absorberen den tidligere beskrevne termiske kompressor, hvis funktion er at cirkulere kølemidlet gennem AVP. Generatoren får tildelt en udvandet koncentration af LiBr fra absorberen. Denne opløsning er udvandet, fordi LiBr, ved en lavere temperatur, har absorberet vanddampe i absorberen. LiBropløsningen opvarmes i generatoren af en HT 7 energikilde, hvilket frigiver vandet i LiBr, ved at det desorberer (fordamper) ud af opløsningen. Generatoren arbejder med et absolut tryk på ca. 0,1 bar. Under disse forhold sænkes vandets damptryk, hvilket resulterer i, at vandet fordamper ved en lavere temperatur. Desorberingen af vanddampene medfører, at koncentrationen af LiBr stige. En øget koncentration af LiBr forøger massefylden for LiBr-opløsningen, hvilket resulterer i at det bundfælder. Processen gennem generatoren er illustreret på figur 4. Der vil altid være en trykforskel imellem generatoren og kondensatoren, som gør at vanddampene naturligt vil blive ledt videre til kondensatoren. Til kondensator Vanddamp Høj temperatur kreds Fordampning Udvandet LiBr fra absorber LiBr koncentreret til absorber Kondensator Generator Fordamper Absorber 7 Høj temperatur Figur 4: Generator princip tegning (Eget arkiv) 19

20 Kondensatoren: Vanddampen, som er blevet genereret i generatoren, afgiver sin energi i kondensatoren. Denne energi blive aftaget af MT 8 kredsen, nærmere omtalt i afsnittet Eksterne kredse. Når vandampene er kølet tilstrækkeligt, vil de kondensere og ændre tilstand fra dampform til væskeform. Kølemidlet kan efterfølgende anvendes som kølemiddel i fordamperen, såfremt trykket reduceres. Processen gennem kondensatoren er illustreret på figur 5. Vanddamp Kondensering Mellem temp. kreds Vand på væskeform Kondensator Generator Fordamper Absorber Figur 5: Kondensator princip tegning (Eget arkiv) 8 Mellem temperatur 20

21 Fordamper: Vanddampen, som er kondenseret i kondensatoren, anvendes i fordamperen til at optage energi fra LT 9 kredsen. Kølemidlet (vandet) forstøves ud over fordamperrørene igennem en ekspansionsventil, som reducerer trykket til ca. 0,01 bar absolut. Trykreduktionen mellem kondensator og fordamper vil få vandet til at fordampe, og derved optage energi i LT kredsen. Processen er illustreret på figur 6. Absorberen indeholder en lav koncentration af LiBr, som er stærkt vandsugende. Denne vandsugende koncentration medfører, at vanddampene fra fordamperen naturligt vil søge mod LiBr i absorberen. I AVP findes der ofte et stort damp flow mellem fordamper og absorber, og for at nedsætte tab i rørforbindelser er de to komponenter ofte sammenbygget som én enhed. Dette er nærmere beskrevet under afsnittet Sammenfatning af virkemåde. Fordampning Ekspansionsventil Kølemiddel (vand) fra kondensat or Vanddamp til absorber Fordampning Lav temp. kreds Kondensator Generator Fordamper Absorber Figur 6: Fordamper princip tegning (Eget arkiv) 9 Lav temperatur 21

22 Absorber: Absorberen udgør anden del af den tidligere omtalte termiske kompressor. Den koncentrerede LiBr-opløsning fra generatoren forstøves ud over MT kredsen, hvorved opløsningen afgiver den varme som er optaget i generatoren. Derved sænkes temperaturen på LiBr-opløsningen, og evnen til at absorbere vanddampe regenereres. Processen er illustreret på figur 7. Når LiBr-opløsningen har absorberet vanddampene, bliver opløsningen pumpet tilbage til generatoren, for at afgive vandet. MT kredsen vil oftest være koblet i serie mellem absorber og kondensator. Dette er nærmere omtalt i afsnittet Eksterne kredse. Damp, naturligt flow mod LiBr Koncentreret LiBr Fordampning Mellem temp. kreds LiBr udvandet Kondensator Generator Fordamper Absorber Figur 7: Absorber princip tegning (Eget arkiv) 22

23 Sammenfatning af virkemåde I første del af dette afsnit er funktionen alle hovedkomponenterne beskrevet enkeltvis. For at give et helhedsindtryk er komponenterne i dette afsnit samlet som en enhed, og virkemåden er opsummeret i henhold til et diagram fra SEG. 10 De føromtalte hovedkomponenter fordamper og absorber er her af konstruktionsmæssige årsager samlet som en enhed, denne ses som den store centrale komponent på figur 8, med fordamperen til venstre og absorberen til højre. Denne sammenbygning medfører dog udfordringer i form af en indirekte kortslutning mellem varmen i absorberen og kulden i fordamperen. Dette tab er nærmere omtalt i afsnittet Tab i processen samt COP. Figur 8: Illustration af hovedkomponenterne i en absorptionsvarmepumpe (segenergy.dk) På figur 8 ses de fire hovedkomponenter i en AVP. Nærmere beskrivelse: Generatoren producerer vanddampe (illustreret med grøn) ved udnyttelse af en HT varmekilde. Vandampen kondenseres til vand (illustreret med lyseblå) i kondensatoren. Vandet forstøves over kølerørene i fordamperen, mens den koncentrerede LiBropløsning fra generatoren forstøves over MT kredsen i absorberen. Derved nedkøles LiBr-opløsningen i absorberen, og evnen til at absorbere vandampe regenereres. LiBrén absorberer vanddampene fra fordamperen. Derved udvandes LiBr opløsningen, og den må pumpes retur til generatoren via en elektrisk drevet pumpe, for at afgive vanddampen. 10 Scandinavian Energy Group Aps 23

24 Multitrins anlæg For at forøge COP værdien for et absorptionsanlæg, kan der tilkobles flere trin i processen, denne funktion kræver dog en højere tilgangstemperatur i generatoren. Dette afsnit vil beskrive funktionen af et to trins anlæg. Figur 9 illustrerer et to trins anlæg. Her ses, at der, til forskel fra et trins anlægget, er tilkoblet endnu en generator (High temp. generator). Et to trins anlæg arbejder under højere tryk og temperatur i HT generatoren. Derved overhedes vanddampen, og overhedningsenergien fra HT generatoren kan anvendes til at generere vanddampe i LT generatoren. Temperatur, tryk og opløsnings forhold i LT generatoren er magen til et et trins anlæg. Ved at tilføje dette ekstra trin i processen kan AVP udnytte den tildelte varme bedre, og på den måde forbedre sin COP. 12 Figur 9: Illustration af et to trins anlæg (microwell.sk). 24

25 Ifølge Thermax eget katalog skal energikilden til HT generatoren opnå temperaturer på min. 150 C for at fungere. Der kan tilføjes flere trin i processen efter samme princip. Denne funktion kan anvendes steder, hvor yderligere kølekapacitet er nødvendig, og hvor der samtidig er varmere medier tilgængelige. Tre trins anlæg er dog ikke behandlet yderligere i dette projekt, hvorfor funktionen af dette ikke vil blive beskrevet ydereligere. Da AVP ofte vil være installeret steder, hvor den ekstra kølekapacitet ikke er nødvendig, eller steder hvor HT kredsen ikke kan opnå temperaturer høje nok til at drive et to trins anlæg. Derfor vil et trins anlæg i de fleste situationer være at foretrække. Under afsnittet To trins COP er der opstillet et matematisk eksempel på, hvordan et to trins anlæg kan opnå en forbedret COP. 25

26 Double lift anlæg Ved at opvarme LiBr-opløsningen af flere gange kan der anvendes HT energi kilder med lavere temperatur. Dette medfører dog at COP værdien for sådan et anlæg vil være væsentligt dårligere end for et alm et trins anlæg. Dette afsnit vil beskrive funktion af et dobbel lift anlæg. Figur 10 illustrerer et diagram over en AVP, som er specielt udviklet at anvende overskudsvarme som energi kilde. Det kan umiddelbart være svært at få overblik over anlægget, men princippet bag et double lift anlæg er, at temperaturen på LiBr-opløsningen bliver løftet af to gange. Fordelen ved at anvende dette anlæg er at der kan lempes på temperatur kravene til varmekilden. Anlægget kan forsynes med varmekilder helt ned til ca 55 C, men den lave forsyningstemperatur medfører samtidig at anlæggets COP reduceres helt ned til ca 0,35. Den lave HT temperatur gør at anlægget er helt idelt at anvende en eller kold overskudsvarme, mens den lave COP ingen betydning har da overskudsvarme som reglt kan anses som gratis energi. 11 Figur 10: Baxter Waste Heat Recovery Absorption Machine (baxterenergy.com) 11 Annett Kühn, nachhaltigwirtschaften.at 26

27 Følgende er en nærmere beskrivelse af anlægget vist på figur 10. Det ses at den udvandede LiBr-opløsning fra den primære absorber bliver pumpet gennem en VVX 12 til en generator indbygget i auxiliary 13 absorberen. I auxiliary absorberen er der ingen fordamper tilkoblet, istedet bliver opløsningen her opvarmet, og derved afgiver de optagede vanddampe. Vanddampene bliver efterfølgende absorberet af LiBr-opløsningen i auxiliary absorberen, hvorefter denne udvandede opløsningen bliver pumpet til auxiliary generatoren, hvor opløsningen igen opvarmes, og vanddampene desorberer ud af LiBr-opløsningen. De fordampede vanddampe bliver efterfølgende kondenseret af MT kredsen, hvorefter vandet kan anvendet til køleformål i fordamperen. Kredsen er nu sluttet. Da temperaturen I MT kredsen som regel er for lav til reele opvarmningsformål, afgives denne oftest i et køletårn eller lignende,. 12 Varmeveksler unit 13 Sekundære absorber (auxiliary absorber på illustrationen) 27

28 Eksterne kredse Dette afsnit er skrevet for at give læseren en bedre forståelse for AVP s eksterne kredse samt deres arbejdstemperatur. Arbejdsområderne i en AVP er normalt opgivet i effekter. Derfor kan det være svært at sætte temperaturgrænser på de tre eksterne kredse. Effekten tilført og afgivet i en AVP afhænger både af mediets tilførte temperatur og flowet gennem veksleren. Derfor må der i det enkelte tilfælde udarbejdes en analyse omkring de eksterne systemers temperatur og flow begrænsninger. Høj temp. kredsen HT kredsens formål er at afsætte energi i generatoren. Energien kan tilføres på mange forskellige måder. Af de mest hyppige energikilder kan følgende nævnes: Hedt/varmt vand. Damp. Direkte fyret vha. gas brænder eller lign. Udstødsgasser. Et ét trins anlæg der anvender hedt vand i HT kredsen, skal minimum opnå ca. 95 C i tilført temperatur. For et to trins anlæg ca. 150 C. Hvis anlægget er konstrueret som et doubble lift anlæg kan der anvendes HT tilgangs temperaturer helt ned til omkring 55 C, dette nedsætter dog samtidig COP værdien til omkring 0, Når temperaturen i HT kredsen kendes, kan denne sammenholdes med flowet. Derved kan effekten i generatoren bestemmes. En AVP dimensioneres normalt ud fra den afsatte HT effekt. 15 Mellem temp. kredsen MT kredsens formål er at optage energi i hhv. kondensatoren og absorberen. Varmekilderne har ikke nødvendigvis samme temperaturniveau, og normalt vil kondensatoren være varmere end absorberen. Ca. 56 % af energien til kredsen kommer fra absorberen, mens de resterende ca. 44 % kommer fra kondensatoren. 16 MT kredsen er normalt koblet i serie til de to varmekilder, og fremstår derved som én kilde. På en AVP til opvarmningsformål, f.eks. fjernevarme, er absorberen altid koblet før kondensatoren, mens det på kølemaskiner normalt er koblet omvendt Projekter.aau.dk 15 Thermax training Powerpoint 16 SEG 28

29 da der findes begrænsninger for, hvor stor temperaturdifference der kan opnås imellem MT og HT/LT kredsene er MT kredsens temperatur er bestemt af temperaturene i HT- og LT kredsene. Dette fænomen er beskrevet nærmere under afsnittet begrænsninger. Temperaturen på MT kredsen vil ofte være det kritiske punkt i et anlæg. Specielt, hvis der ønskes en kold LT kreds i fordamperen, kan det være svært at holde temperaturen på MT kredsen tilstrækkelig høj, til at den kan anvendes til et reelt opvarmningsformål. Der er opstillet et eksempel som uddyber dette i: Del 3, Kombination af varme- kulde anlæg. Lav temp. kredsen LT kredsens formål er, at tilføre energi i fordamperen. Denne energi kan anvendes til komfortkøling eller andre områder med lignende temperaturbehov. Kølemediet er vand, og kan derfor ikke arbejde med temperaturer under frysepunktet. På kraftværker eller andre steder, hvor formålet med en AVP primært er opvarmning, kan LT kredsen anvendes til at optage energi fra røggas kondensatoren. Den resterende energi fra den ellers kolde røggas afgives til AVPéns kølemiddel, og afsættes i MT kredsen ved højere temperatur. 29

30 Eksempel på temperaturene i de eksterne kredse Det kan være svært at danne sig et billede af temperaturene i en AVP, og for at give et bedre helhedsindtryk, illustrerer figur 11 en planlagt AVP installation hos DEIF A/S, hvor alle forventede temperaturer og flow er oplyst. Udst. kedel 50 C Kølevands - VVX 85 C 105 C 98 C Reg. Gas-CHP 80 C 45 C 45 C MT kreds 93kW AVP 55kW 35 C 38kW LT kreds Figur 11: Udsnit fra DEIF s planlagte absorptionsvarmepumpe anlæg (Eget arkiv) HT kreds 6,8m 3 /h Beskrivelse af de eksterne kredse hos DEIF A/S: HT Gas-CHP udstødskedel genererer hedt vand gennem en udskødsveksler. MT - Lokale opvarmningsformål (centralvarme anlæg). LT - Køling af ATES 17 anlæg. 17 Aquifer Thermal Energy Storage (Grundvandskøling). 30

31 Afgifter Når der udarbejdes analyser på, hvorvidt en AVP skal implementeres i en virksomhed er det væsentligt af undersøge, om skal betales afgifter af den anvendte energi. Overskudsvarme afgifter Virksomheder skal betale overskudsvarmeafgift, hvis overskudsvarmen fra procesformål udnyttes til rum opvarmning. De afgifter, der er betalt af den primære udnyttelse af brændsel, skal dog ikke betales igen ved en sekundær udnyttelse af varmen, som udgangspunkt er den internerne udnyttelse af overskudsvarme derfor afgiftsneutral. Det kan være svært at overskue hvorvidt, de forskellige procesmedier i en AVP er afgiftsbelagt. Figur 12 illustrerer hvorvidt der skal betales afgift af den energi der anvendes i en AVP. Figur 12: Oversigt over, hvilke scenarier der skal betales afgifter af overskudsvarme Med mindre energien til AVP kommer fra vedvarende energi, skal der betales afgifter af den varme som anvendes til rumopvarmningsformål. Figur 12 kan anskueliggøres vha. figur 13. Figur 13: Anskueliggørelse af figur 12, som illustrerer overskudsvarme afgifterne i en absorptionsvarmepumpe. 31

32 Virksomheder skal kun betale afgift af nyttiggjort overskudsvarme i vinterhalvåret, dvs. i perioden fra 1. oktober til 31. Marts. 18 Nedsættelses satser for overskudsvarmeafgifter er indeks reguleret, men er for den nærmeste fremtid er satserne bestemt til: pris: 62,7 kr./gj pris: 63,8 kr./gj Nedsættelsen kan dog højst udgøre 38,0 pct. af det samlede vederlag for varmeleverancen. 19 I tilfælde af at HT kredsen forsynes fra procesvarme, og MT kredsen anvendes til opvarmningsformål kan reglerne omkring afgifter på overskudsvarme kan i særdeleshed få stor betydning. Da der i sådanne tilfælde ikke allerede er betalt afgift af HT kredsen skal der betales overskudsvarme både af MT- og LT kredsen. Fænomenet er illustreret på figur 12 og 13. Afgiftsreglerne vedrørende overskudsvarme ændres hyppigt, og det må derfor være op til den enkelte virksomhed at undersøge, om afgifterne i fremtiden bliver lempet, for at øge anvendelsesgraden af overskudsvarme. 18 Ens.dk 19 Skat.dk 32

33 Opsummering, Del 1 I gennem første del af projektet er den grundlæggende teori, samt virkemåde bag AVP blevet beskrevet. Som opsummering af første del af projektet kan følgende punkter fremhæves: Grundprincippet i en AVP er at tage varmeenergien ud af to energikilder (høj og lav temp.), for at overføre det til en tredje energikilde (mellem temperaturer). AVP virker næsten efter samme princip som et kølekompressor anlæg. Kompressoren er blot udskiftet med den såkaldte termiskkompressor, som består af en sammensætning mellem en absorber og en generator. Et af hovedelementerne i en AVP er procesmediet. Dette procesmedie kan bestå af mange forskellige stoffer, men dette projekt tager udgangspunkt i det mest anvendte procesmedie, LiBr og vand. Et AVP anlæg kan opbygges på flere forskellige måder, der kan bl.a. tilføres flere trin til processen som hæver anlæggets samlede COP, dette kræver dog en højere temperatur i HT kredsen. Ligeledes kan anlægget opbygges som doubble lift system, her forringes anlæggets samlede COP, men temperaturkravene til HT kredsen sænkes samtidig betydeligt. Der skal betales overskudsvarmeafgift, hvis varmen fra en AVP udnyttes til rumopvarmning, denne skal dog kun betales én gang i tilfælde af at der er betalt afgift af HT- og LT kredsen. 33

34 Del 2, tab og begrænsninger Projektet vil fremadrettet belyse, hvordan temperaturerne internt i en AVP påvirker hinanden. Derudover er der i del 2 beskrivelser af korrosion, LiBr ligevægts diagram, samt COP værdier for et og to trins anlæg. Tab i processen samt COP Dette afsnit skal give læseren en forståelse for, hvor tabene i en AVP befinder sig. Dette er vigtigt at forstå for senere at kunne optimere på processen i en AVP. Formlen for COP i et ét trins køleanlæg ser således ud: COP é!!"#$.!ø! = Q!ø!"# Q!"#$%&'( COP værdien for et ét trins anlæg vil normalt ligge på ca. 0,7. Dette er bekræftet både gennem den anvendte litteratur og af SEG. Den perfekte et trins AVP, helt uden tab, ville teoretisk kunne opnå en COP værdi på lidt over 1, dette skyldes, at kølemidlets (vandets) fordampningsvarme forøges ved lavt tryk, altså i fordamperen. Højeste teoretiske COP har naturligvis ingen form for tab, hverken på elektriske pumper som på strålevarmetab eller lignende. En COP på 1 medfører, at energien tilført i generatoren (HT kredsen), er proportional med den energi, der bliver optaget i fordamperen, og dermed afgivet i LT kredsen. Desværre modstrider denne teoretisk proces de naturvidenskabelige love, da der i virkeligheden vil være strålevarmetab til omgivelserne, tryktab i rør og komponenter, friktionstab mm. Den samlede energi tilført i fordamper og generator bliver teoretisk afgivet i kondensatoren og absorberen. Den omtalte proces er illustreret på figur 11, og kan desuden illustreres med følgende formel: 20 Q!".!"#"$%&'$ + Q!".!"#$%&'(# = Q!".!"#$%"&% + Q!".!"#$%#&'(") 20 fys.ku.dk 34

35 Dette er en tilnærmet formel, men den kan anvendes uden større beregnings fejl. 21 Q MT.2 Q HT Kondensator Generator Fordamper Absorber Q LT Q MT.1 Figur 23: Bedst tænkelige teoretisk absorptionsproces (Eget arkiv). Den koncentrerede LiBr i generatoren skal ned i temperatur for at regenerere sin evne til at absorbere vand. Dette forsager det største tab i en AVP, da der her laves der en indirekte kortslutning af varme mellem generatorens opvarmede LiBr, og kølemidlet i absorber/fordamper delen. Generator Varmveksler Absorber Figur 14: Illustration af den termiske kompressor med varmveksler monteret (Eget arkiv). 21 fys.ku.dk 35

36 For ikke at kortslutte varmen fra generatoren direkte med kølemidlet i absorberen indsættes der en varmeveksler imellem de to komponenter. Ved at anvende denne kan en del af den tabte varme genvindes. Princippet er illustreret på figur 14. Effektiviteten af denne varmveksler er vigtig for at opretholde en god virkningsgrad. Varmeveksleren kan naturligvis ikke overføre tilstrækkelig varme til at nedbringe LiBr s optagne energi til et punkt, hvor den ikke kan afgive mere energi i absorberen. Den resterende varme i LiBr, afgives i absorberen, og dermed til kølemidlet fra fordamperen. MT kredsen i absorberen optager en del af den resterende energi fra LiBr, men det er uundgåeligt at en del af fordampningsvarmen fra vanddampene ikke forplanter sig i LiBropløsningen. Derudover kan der opstå et overhedningstab, mellem generatoren og kondensatoren. Dette skyldes at HT kredsen i generatoren er varmere end kølemidlets mætningstemperatur. Det er uundgåeligt ikke at overhede kølemidlet, da det er en nødvendighed for at holde hedeflade arealet i generatoren i en realistisk størrelse. Det må dog nævnes at tabet i MT kredsen ikke kun kan anses som et tab i tilfælde af, at den optagede varme bliver afgivet i et køletårn eller lignende. Hvis MT kredsen anvendes til opvarmningsformål, må maskinens COP regnes som en varmepumpe i stedet. Formlen for COP i et varmepumpeanlæg: COP é!!"#$.!"#$% = Q!"#$%&' Q!"#$%&'( 36

37 COP i et to trins anlæg Som beskrevet i afsnittet Multitrins anlæg, kan virkningsgraden hæves ved at tilføre flere trin til processen og hæve trykket og temperaturen i den tilføjede generator. Følgende beskrivelse vil belyse, hvorfor et to trins anlæg kan opnå en COP værdi på omkring 1. COP værdien i en to trins AVP kan anskueliggøres ved at forestille sig, at to trins anlægget er en sammensætning af to et trins anlæg. Som nævnt tidligere ligger COP værdien for et ét trins anlæg normalt på ca. 0,7. Formelen for køleeffekten i et ét trins anlæg kan skrives på følgende måde: Q!ø!! = Q!"#$%.!"#"$%&'$! COP Når man snakker om køleprocesser, kan det antages, at varmen som er aftaget fra kondensatet er lig med den kølekapacitet, man har til rådighed. Derfor kan man opstille følgende formel for varmeenergien tilføjet fra generator 1 til generator 2: Q!ø!.!"#! = (Q!"#$%.!"#"$%&'$! COP! ) COP! Formlen for den samlede COP i et to trins anlæg kan derfor sammensættes af ovenstående formeler. Sammensat kommer den til at se således ud: 22 COP!!"#$ = COP! + COP! COP! Hvis det antages at et to trins AVP anlæg er sammensat af to generator kredse hver med en virkningsgrad på 0,7 og en ligelig fordeling af den tilførte energi, vil COP værdien for et to trins anlæg være lig med: COP!!"#$ = 0,7 + 0,7 0,7 = 0,98 COP 1 COP 1 COP 2 COP 22 users.ntua.gr Figur 15: To trins absorptionsvarmepumpe (cipco.apogee.net). 37

38 LiBr ligevægtsdiagram Procesmediets faser gennem en AVP kan være komplekse at forstå. Derfor skal dette afsnit give en indsigt i, hvordan procesmediet kan indtegnes i et ligevægtsdiagram. Diagrammet bliver senere i projektet anvendt til at forudsige afgangstemperaturen i MT kredsen, dette kan findes her: Del 3, afsnit Kombination af varme- kulde anlæg. Grundet naturlovene er trykket proportionalt med temperatureren i en AVP. Kondenseringstemperaturen bestemmer trykket i kondensatoren, og fordampningstemperaturen bestemmer trykket i fordamperen. Figur 16 illustrerer en tilfældig arbejdsproces for en AVP. Ved at indtegne en arbejdsproces for et anlæg i LiBr s ligevægtsdiagram er det muligt at aflæse forholdene for vand og LiBr igennem processen. Følgende er en beskrivelse af den indtegnede proces i ligevægtsdiagrammet på figur 16, samt en beskrivelse af pilenes betydning: Figur 16: Ligevægtsdiagram for LiBr og vand (SEG) 38

39 Ø Y-aksens venstre side symboliserer vandets temperatur gennem processen, mens højre side symboliserer det absolutte tryk i processen. Ø X-aksen symboliserer opløsningstemperaturen, altså blandingen mellem vand og LiBr. Den røde pil udgør LiBr koncentrationen i generatoren, som i dette tilfælde er en 58% blanding. Grundet temperaturen fordamper vandet i blandingen, hvilket får koncentrationen af LiBr til at stige. Den vandrette del af den røde pil illustrer denne stigende koncentration. Den blå pil øverst på diagrammet illustrerer, at dampen kondenserer gennem kondensatoren. Dampen ændrer altså tilstand fra dampform til væskeform. Derfor slutter den blå pil ved vandets rent vands linje Den lyseblå pil symboliserer trykreduceringen mellem kondensator og fordamper, ved at sænke trykket sænkes også vandets damptryk. Det vil få vandet til at fordampe og derved optage energi fra LT kredsen i fordamperen. Energioptagelsen ses som den gule pil. LiBr-opløsningen, som blev opvarmet til en 62% blanding for at afgive vanddampe, skal efterfølgende afkøles for at regenerere sin evne til at absorbere vand. En del af denne afkøling forekommer gennem en VVX 23. Denne VVX er illustreret med de to bordeaux røde pile. Den resterende afkøling af LiBr (grøn pil) bliver aftaget af MT kredsen i absorberen. (SEG) Punktet hvor den gule- og grønne pil mødes udgør LiBr s absorbering af vanddampene fra fordamperen. Dette vil forårsage, at LiBr bliver udvandet og igen bliver til en 58% blanding, 23 Varmeveksler 39

40 Temperaturbegrænsninger Der findes begrænsninger for, hvilket temperaturer der kan anvendes i en AVP. For at dimensionere et AVP anlæg kræves der en forståelse for disse temperaturer, samt deres indvirkning på hinanden. Dette afsnit tager udgangspunkt i SEG s egen vejledning, men informationen fra SEG er omskrevet og uddybet ved hjælp af det resterende data oplyst i litteraturlisten. En høj temperaturforskel mellem fordamper og absorber kræver en høj %LiBr koncentration. Den maksimale koncentration af LiBr, som kan tolereres i systemet, er ca. 70%. Baggrunden for denne begrænsning er illustreret på figur 17, her ses at krystalliseringsgrænsen for LiBr er meget stigende efter 70% (markeret med lys blå firkant). Denne grænse er af driftsmæssige årsager fastsat for at holde en sikkerhedsmargin til krystalliseringsgrænsen. 70% er dog højt sat for et ét trins anlæg og ifølge SEG er 40 C normalt den maksimale temperaturforskel, der kan opnås mellem fordamper og absorber. 40 C % Figur 17: Illustration af lithiumbromids krystalliseringsgrænse selvredigeret efter eget behov (SEG) Da kølemidlet er vand, og dette fryser ved 0 C, udelukkes muligheden for at operere med temperaturer under 0 C. I praksis er den mindst tilladelige tilbageløbstemperatur fra fordamperen dog ca. 4 C. Dette skyldes, at der af driftssikkerhedsmæssige grunde skal være en rimelig afstand til frysevagtføleren, der ellers vil generer sikkerhedsstop. 40

41 Når de to ovenstående punkter sammenholdes ses det, at hvis fordamper temperaturen ønskes kold (4 C), vil den maksimale temperatur, der kan opnås i absorberens MT kreds være ca. 44 C. Denne grænse er indtegnet på figur 11 med en rød pil, og udtrykker den maksimale temperaturdifference mellem udgangstemperaturerne på absorberens MT kreds og fordamperens LT kreds. For at den nødvendige LiBr koncentration kan opnås uden overdimensioneret hedeflader, kræves der en væsentlig temperaturforskel mellem kondensator og generator. Denne temperaturforskel vil typisk ligge 20 C højere end temperaturforskellen imellem absorber og fordamper. 24 Denne grænse bygger på SEG s store erfaring med arbejde inden for AVP, og kan derfor hverken valideres eller modbevises. 24 SEG 41

42 For at anskueliggøre de omtalte begrænsninger, kan de omskrives til følgende formler: t!"#$%&'#.!" 4 C. t!"#$%"&%.!" t!"#$%&'(#.!" + 40 C. t!"#"$%&'$.!" t!"#$!"#$%&'.!" t!"#$%"&%.!" t!"#$%&'(#.!" + 20 C. Ovenstående formler er indtegnet på figur 18, som er en temperaturkurve for til og afgangsrør på en AVP, illustrationen er udleveret af SEG, men redigeret så den passer til beskrivelsen ovenfor. Generator t!"#"$%&'$.!" t!"#$%#&'(").!" t!"#$%"&%.!" t!"#$%&'(#.!" + 20 C. Kondensator Absorber t!"#$%&'#.!" 4 C. t!"#$%"&%.!" t!"#$%&'(#.!" + 40 C. Fordamper Figur 18: Modificeret temperatur begrænsningsdiagram (SEG, eget arkiv) 42

43 Korrosion Dette projekt er afgrænset fra at omhandle vedligehold, men da korrosion påvirker temperaturerbegrænsningerne i en AVP, menes det alligevel at være relevant at have en grundlæggende forståelse for, inden der foretages en implementering af en AVP. Der er flere faktorer, som kan have indvirkning på korrosionshastigheden. Korrosion kan ikke helt undgås, når LiBr kontinuerligt absorberer og desorberer vand, men det kan begrænses til et acceptabelt niveau. For at reducere hastigheden af korrosion skal generator temperaturen ifølge SEG holdes på maksimalt 150 C. Hvis temperaturen overstiger de 150 C skal der anvendes specielle materialer. Derudover skal indtrængning af ilt i processen holdes på et absolut minimum. Dette kan realiseres ved at anvende en vakuumpumpe, og derved jævnligt suge vakuum i systemet. 25 For at reducere korrosionshastigheden yderligere tilsættes der additiver til procesmediet. Additiverne der andvendes, er Litiummolybdat og Oktylakohol, og der skal med jævne mellemrum udtages prøver for at analysere procesmidlet. Ud fra denne prøve kan det bestemmes, hvorvidt der skal tilsættes additiver til processen eller ej. 25 SEG 43

44 Opsummering, Del 2 Der er igennem del 2 gjort rede for begrænsningerne i en AVP, samt tabene heri. Derudover er der udarbejdet en beskrivelse af, hvordan en absorptionsproces kan indtegnes i et ligevægtsdiagram. Følgende kan opsummeres omkring COP og tab i processen: COP værdien for et ét trins anlæg ligger normalt ligger på ca. 0,7, og denne kan forøges ved at tilføre yderlige trin i processen, 2 trins anlæg kan normalt opnå en COP værdi på 1. Der findes der naturlige begrænsninger for, hvilke temperaturer der kan anvendes i en AVP. Af de beskrevne begrænsninger kan følgende nævnes: Den maksimale koncentration af LiBr, som kan tolereres i systemet, er ca. 70%, hvilket svarer til en temperaturdifferense på ca. 40 C mellem fordamper og absorber. Fordamperen kan ikke køle til temperaturer under frysepunktet. Temperaturforskellen mellem kondensator og generator vil typisk ligge 20 C højere end temperaturforskellen imellem absorber og fordamper. Af korrosionsmæssige årsager skal generatortemperaturen holdes på maksimalt 150 C, og indtrængning af ilt til processen holdes på et absolut minimum. 44