Steffen Kirk Madsen December

Transkript

1 Steffen Kirk Madsen December

2 Absorptionsvarmepumpe på DEIF A/S - Kan det lade sig gøre? 16. december 2013 Bachelorprojekt af: Steffen Kirk Madsen - F11137 Aarhus Maskinmesterskole Vejleder: Poul Høgh Antal normalsider: 39,6 Forsideillustrationer: 1

3 Abstract DEIF is a knowledge-based company which designs, manufactures and markets instrumentation, intelligent power and energy management solutions. If it can be done with satisfying result, DEIF want to integrate an AHP (Absorption Heat Pump) into their energy system for central heating and building cooling. The energy system contains ATES (Aquifer Thermal Energy Storage), HP (Heat Pumps powered by electricity), gas-chp (Combined Heat and Power powered by gas) and gas boilers. The AHP is to be powered by thermal energy from gas-chp. It will be a Marine Engineer who is responsible for integration of a possible AHP. Theory about absorption technology is not part of the marine engineer education. Due to this problem, the anterior report contains theory and explanation about absorption technology. Because the report s target audience is marine engineers, causal explanations are used to facilitate the understanding of logical thinking readers. Economic issues are not evaluated in this report. The understanding of ordinary refrigeration technology is refreshed and used to explain the absorption technology. Challenges of absorption technology in general are clarified. With that knowledge in mind, an analysis of the conditions at DEIF is carried out. This analysis contributes with relevant challenges at DEIF. The last analysis is used to determine whether satisfactory integration can be done. It is found in the report, that the absorption process is driven by thermal energy and depends heavily on temperature, which provides more challenges. An example is the necessity for high temperature energy which causes reduction in performance for the exhaust boiler. The performance of the AHP depends on the performance from the exhaust boiler, and the operating time for regeneration of ATES depends on the refrigeration performance from the AHP. Conclusion of the report is that satisfactory integration can be achieved if the proposed running time is satisfactory. It is recommended to evaluate if the necessary operating time can be achieved, or if the use of existing HP as supplement is acceptable. Alternatively, the refrigeration capacity of AHP can be increased by replacement of the exhaust boiler. 2

4 Indholdsfortegnelse Abstract... 2 Læsevejledning... 5 Forord Indledning Hvem er DEIF? Min rolle i projektet Problemformulering Afgrænsning Metodeovervejelser Tilegnelse af viden Leverandør af absorptionsvarmepumpe til DEIF Teori om kompressionskøleteknik Generel teori om absorptionsmaskiner Termisk kompression den store forskel Vand som kølemiddel Samlet forståelse af absorptionskøleteknikken Tab i en absorptionsmaskine: Temperaturer i en absorptionsmaskine Farer for en absorptionsmaskine Analyse af nuværende energisystem Beskrivelse af Gas-CHP: Beskrivelse af ATES-anlæg og varmepumper: Fremløbstemperatur: Automatisk drift: Analyse af AVP på DEIF Temperaturkrav til kuldeydelse og mellemtemperatur Forventet effekt Forventet mellemtemperatur fra AVP på DEIF Krystallisationsmargen Konsekvenser af overdimensioneret maskine Forventet fremløbstemperatur

5 8.7 - Termisk balance Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bilag

6 Læsevejledning Læsevejledning Hvert kapitel i behandlingen startes med en kort introduktion markeret med en lys blå baggrund Rapporten læses i kronologisk rækkefølge. Læseren klædes løbende på til næste afsnit, så det bedste resultat opnås ved ikke at bryde ud af rækkefølgen. Perspektiveringen kan dog læses som det første, for at opnå viden om, hvad projektet kan bruges til. Figurer er nummeret ud fra kapitlet, de er placeret i. Hvert kapitel i behandlingen afsluttes med en opsummering markeret med en mørkere blå baggrund Kort forklaring af visse forkortelser og betegnelser: Absorptionsmaskine: Kølemaskine eller varmepumpe der virker efter absorptionsprincippet AVP: Absorptionsvarmepumpe Damptryk: Det tryk hvor et stof, ved den givne temperatur, fordamper. Atmosfæretryk for vand ved 100 o C Energikoordinator: Jan Lemming er Energikoordinator på DEIF med ansvar for energisystemet Fordampningsvarme: Energien der skal tilføres et stof for at fordampe efter at det har nået sit kogepunkt Gas-CHP: Det naturgasdrevede minikraftværk på DEIF Generator: også kaldet koger eller koncentrator, hér tilføres AVP drivenergi Kølemaskine: Maskine med køleproces hvor varmen ikke udnyttes LiBr: LithiumBromid, hér altid forstået som en opløsning: Koncentreret, fortyndet, udvandet LiBr LMTD: Middeltemperaturdifferens SEG: Scandinavian Energy Group, Henning Sloth har været den primære kontakt U-værdi: Varmegennemgangstal Varme: Ved varme skal forstås varmeenergi Varmepumpe: Maskine med køleproces hvor varmen udnyttes 5

7 Forord Forord Fra februar 2011 til i dag, har jeg gennemført maskinmesteruddannelsen på Aarhus Maskinmesterskoles vellykkede fjernundervisningsforløb. Jeg er ivrig efter at lære, og har en stor passion for optimering af tekniske processer, så det har været interessant at blive teoretisk klædt på til det vha. undervisningen. Uddannelsen har også løftet min kompetence til at analysere tekniske problemstillinger. Det er mit ønske, at læseren ikke er i tvivl om dette efter læsning af denne rapport for mit afsluttende bachelorprojekt. Kvalitetsstyringsdokument nr beskriver undervisningsplanen for bachelorprojektet, og her står: Den studerende skal kunne: Identificere maskinmesterprofessionsrelevante problemstillinger. Udforme relevante begrundede problemformuleringer eller hypoteser med baggrund i udvalgte problemstillinger. Udvælge og anvende egnede projektstyringsteorier samt metoder og videnskabsteorier til gennemførelse af professionsrelevante projekter. Formidle problemstillinger, metoder og teorier, relevante data, projektanalyser, diskuterede løsningsforslag og perspektivering i egnede dokumenter (projektrapport). Det har været mit sigte igennem dette projekt. Jeg vil gerne takke DEIF, hvor jeg har været i 50 arbejdsdages virksomhedspraktik umiddelbart inden projektforløbet. Specielt vil jeg gerne takke Jan Lemming, der er energikoordinator på DEIF, og har været min kontaktperson. Hans innovative tekniske tankegang har inspireret mig til dette projekt omhandlende energisystemet på DEIF. Du ønskes god læselyst Venligst Steffen Kirk Madsen 6

8 Indledning 1 - Indledning Ideen til dette projekt spirede frem under et 50 dages virksomhedspraktikforløb på DEIF. Baggrunden for projektet har bund i DEIF s ønskede profil. For at give en forståelse af baggrunden for dette projekt, vil indledningen starte med en beskrivelse heraf Hvem er DEIF? På DEIF s hjemmeside deif.dk, har de rig mulighed for at beskrive det ønskede billede af virksomheden. Deif.dk anvendes derfor som kilde til beskrivelse af deres ønskede profil. DEIF er en vidensbaseret virksomhed, der udvikler, producerer og forhandler intelligente styringsløsninger og instrumenter indenfor kraft og energiproduktion. - Dette er det korte svar, der gives under Fakta om DEIF på deif.dk. Også DEIF s historie er beskrevet under Fakta om DEIF, hvor den fortæller om virksomhedens udvikling og satsninger. Det er en historie der har stor andel i DEIF s ønskede profil, og er derfor sammenfattet herunder. Dansk Elektro Instrument Fabrik blev grundlagt i 1933 på Nørrebro i København, hvor hovedaktiviteten lå i at samle og montere elektromagnetiske måleinstrumenter som volt og amperemetre. I dag hedder virksomheden DEIF A/S, aktiviteterne er spredt over hele verden, men hovedkvarteret findes i Skive. Forretningsområderne har gennemgået en markant udvikling. En udvikling, der startede da DEIF i 50 erne kom ind på markedet for instrumentering til skibsbroer. DEIF har næsten halvdelen af dette marked i dag, og er derfor verdens førende leverandør på området. Oliekrisen i starten af 70 erne betød større efterspørgsel på moderne generatorstyringer, og DEIF s produkter havde gode egenskaber på dette felt. Generatorstyringer til skibe og landbaseret el-produktion har nu udviklet sig til DEIF s hovedforretning. For at følge med tiden, startede DEIF, i 90 erne, udviklingen af en softwarebaseret generatorstyring. Det blev en succes, og en stor del af nyopførte danske decentrale kraftvarmeværker blev udstyret med DEIF-styring. Det blev starten til en satsning mod markedet for vedvarende energi. I 2004 skete overtagelsen af West Control, en lille producent af systemer til vindmøller. Renewable Energy Controls bliver et nyt forretningsområde for DEIF. I dag er DEIF s aktiviteter delt op i 3 forretningsområder: Marine & Offshore Technology, Power & Control Technology samt Wind Power Technology. En af de vigtigste parametre for DEIF s profil er deres vision som lyder: DEIF s vision er, at blive den foretrukne leverandør af grønne, sikre og pålidelige løsninger til energistyring. Det sker under sloganet Power in control. DEIF brander sig på sin grønne profil. På deif.dk under DEIF og miljøet fremhæves flere punkter om energibesparelser, kunden kan opnå, med DEIF s produkter. Samtidig er der oplistet en række energibesparende tiltag, foretaget på DEIF s lokationer i Danmark. Det fremhæves, at egne produkter anvendes til overvågning af energiforbruget, til analyse og optimering. Derudover fremhæves en emissionsneutral energiforsyning bestående af et naturgasfyret kraftvarmeanlæg, og et kombineret varmekølesystem, der er optimeret med hjælp fra grundvandet. Som resultat af energibevidstheden fremhæves en årlig CO 2 -reduktion for hovedkvarteret på 52,500kg, og en årlig CO 2 -reduktion per medarbejder på 21%. 7

9 Indledning DEIF ønsker tydeligt, at profilere sig på en miljøprofil, der ikke kun er tom snak. Selv hjemmesidens server beskrives som værende CO 2 -neutral. Hjemmesiden tegner et billede af en virksomhed, der er en erfaren og kvalitetsbevidst producent af elektronik, med kernekompetence i energistyring. Energistyring, der hjælper til energibesparelser. Billedets troværdighed understøttes af entusiasmen for at have en fornuftig grøn profil, der konstant forbedres. Det er hovedsageligt ændringer i energisystemet, der er årsag til de CO 2 -besparelser DEIF profilerer sig på. Det harmonerer godt med, at deres hovedkompetence er energistyring Min rolle i projektet Under mit praktikophold på DEIF, opdagede energikoordinatoren hurtigt min begejstring for energisystemet. Et energisystem der indeholder gaskedler, varmepumper, minikraftvarme (gas-chp) og kølelager i grundvandsmagasin (ATES). Energisystemet er så vidt muligt udstyret med DEIF komponenter, og det varetager varmeforsyningen, komfortkølebehovet og en del af elforbruget. Grundet afgiftsregler er en del af gassen til gas-chp fritaget for afgifter, mens elforbruget til varmepumperne er pålagt fuld afgift. DEIF ønsker derfor at lade gas-chp varetage mest muligt af varmeforsyningen. DEIF s kølebehov dækkes imidlertid ved at varmepumperne regenererer kulden i grundvandsmagasinet, og samtidigt bidrager til varmeforsyningen. Overskudsvarmen fra komfortkølingen udnyttes derved til varmeforsyning, men det kræver anvendelse af afgiftspligtig el. Jan indviede mig i en idé om at lade varme fra gas-chp drive en køleproces, og derved overtage noget af varmepumpernes arbejde. Energistyring, og især generatordrift, er DEIF s hovedkompetence, hvorfor det er oplagt at optimere yderligere på dette. Jan havde kendskab til flere måder at drive en køleproces med termisk energi. Den mest anerkendte, og den eneste måde jeg havde hørt om, var ved anvendelse af en absorptionsvarmepumpe (herefter benævnt AVP). I fagbladet Maskinmesteren er jeg ofte stødt på artikler omhandlende optimering vha. AVP, og det har pirret min nysgerrighed. Dét at kunne bruge varmeenergi til køleformål, samtidig med at den resulterende varmeenergi øges, finder jeg meget interessant. Det virker som et oplagt redskab for en maskinmester, der har optimering for øje. Dog er absorptionskøleteknik ikke en del af pensum for maskinmesteruddannelsen. Jeg havde derfor en meget uklar forståelse af virkemåden, og kunne på ingen måde hjælpe Jan med spørgsmålet, om en AVP ville kunne integreres i energisystemet på DEIF. Ud fra energikoordinatorens udsagn, vil en AVP, der kan overtage varmepumpernes funktion, spare DEIF for et betydeligt forbrug af afgiftspligtig el, og resultere i yderligere CO2-besparelser. Yderligere CO2- besparelser opnået i energisystemet har potentiale for at styrke DEIF s renommé som grøn og innovativ virksomhed, hvis gas-chp er fuldt styret af DEIF s komponenter, hvorved kølebehovet på DEIF varetages af gas-chp og resulterer i CO2-besparelser, kan det samtidig styrke troen på DEIF s produkter. Idet en AVP er en stor investering, der kan være omfattende og omkostningstung at integrere i et eksisterende system, er det derfor et oplagt scenarie for en grundig analyse af tilbagebetalingstid og indflydelse på DEIF s grønne profil. En økonomisk analyse er dog værdiløs uden forventelige driftsdata for en AVP i den specifikke situation. Førend der bruges ressourcer på en økonomisk analyse, er det, i min optik, en maskinmesters vigtigste opgave at analysere om en AVP kan integreres i det eksisterende 8

10 Indledning energisystem, på en måde så forventningerne til den kan opfyldes. En analyse, der konkluderer om en AVP kan få ordentlige arbejdsforhold, og hvad den kan forventes at præstere i den aktuelle sammenhæng. Da absorptionskøleteknikken har gode anvendelsesmuligheder indenfor en maskinmesters virkeområde, er jeg af den holdning, at det er et teorifelt, der mangles i maskinmesteruddannelsen. Jeg vil med denne rapport tage ansvar for egen læring ved at klarlægge absorptionskøleteorien og en AVP s begrænsninger, så jeg kan analysere, hvorvidt det kan integreres i DEIF s energisystem. Jeg ønsker også at give et kvalificeret bud på forventelige driftsdata. 9

11 Problemformulering 2 - Problemformulering DEIF har et ønske om at lade en absorptionsvarmepumpe overtage deres kølebehov, men er usikker på, hvorvidt den kan integreres i det eksisterende energisystem, sådan at tilfredsstillende virkemåde opnås. Jeg har påtaget mig opgaven at analysere muligheden for dette. Da absorptionskøleteori ikke er en del af pensum for maskinmesteruddannelsen, stiller det mig yderligere med et problem. Jeg har behov for at sætte mig ind i en absorptionsvarmepumpes virkemåde, krævede arbejdsforhold og mulig præstation i den aktuelle sammenhæng. Dette leder mig frem til følgende spørgsmål: - Hvordan drives absorptionskøleprocessen, og hvilke generelle udfordringer indeholder teknologien? - Kan en absorptionsvarmepumpe integreres i DEIF s energisystem på tilfredsstillende vis? og 10

12 Afgrænsning 3 - Afgrænsning NH 3 /H 2 O-maskiner behandles ikke Der er to forskellige typer af absorptionsmaskiner. Den ene type anvender Ammoniak (NH 3 ) som kølemiddel og vand (H 2 O) som absorberende stof. Den anden type anvender vand som kølemiddel og lithiumbromid (LiBr) som absorberende stof. Den grundlæggende teori i processen er ens, mens opbygning og problematikker er forskellige for de to maskiner. Det skyldes vidt forskellige egenskaber for de 2 forskellige stofpar. Da vanddampe fylder meget mere end ammoniakdampe, er det muligt at lave mere kompakte maskiner med stofparret NH 3 /H 2 O. Maskiner med ammoniak som kølemiddel har også den fordel, at de kan bruges til frost, hvilket maskiner med vand som kølemiddel ikke kan. Vands frysepunkt er ca. 0 o C ved de tryk det udsættes for i absorptionsmaskinen. Maskiner med stofparret NH 3 /H 2 O har dog også en række ulemper. Ammoniak fordamper ved lavere temperaturer end vand, men begge stoffer er flygtige, og derfor er en separering efter generatoren nødvendig i disse maskiner. Ammoniak som kølemiddel resulterer også i højere tryk end vand ved samme temperaturer. Dette stiller krav til konstruktionen og betyder at maskinen bliver dyrere. Ammoniak er giftigt, ætsende, brandfarligt og ildelugtende. Ammoniak er et gruppe 1 kølemiddel, og der kræves derfor certifikat for at udføre arbejde på et ammoniakkøleanlæg. Der er ikke samme sikkerhedsfare ved anlæg påfyldt vand som kølemiddel. I Danmark er der primært erfaring med maskiner af typen vand/libr. Absorptionsmaskiner i Danmark anvendes typisk som varmepumper, der henter varme fra temperaturniveauer over 0 o C, hvorfor det ikke er nødvendigt at anvende den mere krævende type, påfyldt ammoniak. Vand/LiBr-maskinens popularitet i Danmark kan også skyldes, at de store danske importører som SEG og Danstoker ikke udbyder andet. De øgede krav til ammoniak som kølemiddel og den manglende danske erfaring med disse maskiner, gør absorptionsmaskiner af NH 3 /H 2 O-typen uinteressante for DEIF, der heller ikke har behov for temperaturer under 5 o C. I denne rapport behandles derfor udelukkende absorptionsmaskiner af typen H 2 O/LiBr. Varmt vand som drivenergi Den termiske energi, der driver processen, kan tilføres maskinen på flere måder. Maskinen skal være konstrueret til formålet. Jeg er i min søgen blevet bekendt med fire kategorier for drivenergi til absorptionsmaskiner. Det er varmt vand, hedt vand, damp og direkte fyring. På DEIF ønskes det kun at anvende varmt vand som drivmiddel, og analysen omfatter derfor kun denne type. Kun forventede præstationer behandles Rapporten behandler udelukkende udfordringer vedrørende en AVP s forventede præstationer i energisystemet på DEIF. Der vil derfor ikke ske nogen fyldestgørende behandling af vedligehold og levetid for en AVP. 11

13 Afgrænsning Kun fuldlastdrift behandles Gas-CHP, der skal levere den termiske energi til AVP, reguleres i øjeblikket efter el-forbruget. Det sker fordi der i øjeblikket ikke er økonomi i at eksportere el. I den tid bygningen er befolket, overstiger elforbruget dog fuldlasteffekt for gas-chp. Gas-CHP er udstyret med en akkumuleringstank til opbevaring af produceret varmeeffekt. Det er muligt at forøge denne akkumuleringskapacitet, så drifttiden i fuldlast kan øges. Det vil være for omfattende at behandle dellastsituationer i denne rapport. Derfor behandles udelukkende fuldlastdrift af gas-chp. Yderligere analyse er nødvendig for at klarlægge muligheden for regulerende drift. Effekter fra røggas Der er ikke regnet på energiindholdet i røgen, da dette er oplyst som effekter i datablad for gas-chp. Driften af gas-chp på DEIF er som beskrevet i databladet, og derfor antages værdierne at være korrekte. Økonomi Projektets formål er at behandle hvorvidt det er muligt at opnå tilfredsstillende integration af AVP i det eksisterende energisystem. Det er tekniske udfordringer der behandles. Projektet skal bidrage med forventede resultater, der kan være baggrund for en fremtidig økonomisk analyse og derfor analyseres der ikke på økonomien. 12

14 Materiale og metode 4 - Metodeovervejelser Generel køleteori og absorptionskøleteori er naturvidenskab. Flere af mine kilder til videnskabsteori og metodeovervejelser er skrevet af forfattere med en humanistisk baggrund. I denne litteratur behandles også naturvidenskabelige metoder, hvor den positivistiske tankegang forklares. Samtidig anvendes materiale udarbejdet af lektorer på Aarhus Maskinmesterskole. Dette er målrettet maskinmesteruddannelsen, og har derfor en overvejende positivistisk tilgang til emnet. Da jeg ikke har modtaget undervisning i absorptionskøleteknik, er den første forudsætning, for at besvare problemformuleringens spørgsmål i tilfredsstillende grad, at tilegne mig den nødvendige viden. Der er senere i dette kapitel beskrevet, hvordan jeg har tilegnet mig viden samt mine overvejelse omkring det. På DEIF vil det være energikoordinatoren, der har ansvaret for at afgøre om integration af AVP er fornuftigt. For at denne rapport har relevans for DEIF, er det derfor nødvendigt at energikoordinatoren, eller evt. efterfølgere, får den fulde forståelse ved læsningen. Stillingen som energikoordinator på DEIF forventes besat af en maskinmester, og rapporten målrettes derfor personer med en maskinmesters grundviden og kendskab til fagtermer. Det forventes også, at andre maskinmestre med lignende problemstillinger kan drage nytte af rapportens indhold. Rapporten henvender sig til maskinmestre med interesse i anvendelse af absorptionskøleteknik. Maskinmesteruddannelsen sørger for en solid grundviden indenfor almindelig kompressionskøleteknik, og absorptionskøleteknikken vil derfor blive forklaret ud fra denne grundviden. For at sikre en grundig forståelse ledes læseren, som det første, gennem en hurtig opfriskning af teorien for den generelle kompressionskøleteknik. Dette sker ud fra angivet litteratur til maskinmesteruddannelsen. Det er nødvendigt at have grundlæggende kendskab til køleteknik for at følge den videre behandling af emnet. Efter en let genopfriskning ledes læseren videre til kapitlet om den generelle teori for absorptionskøleteknik. Dette kapitel er centralt for forståelsen af teorien bag absorptionsmaskiner, og hvilke generelle udfordringer, der er ved anvendelse af teknologien. Hér behandles problemformuleringens første spørgsmål, og læseren klædes på til en gennemgang af det nuværende energisystem. Gennemgangen sker i det næste kapitel, og har formålet at klarlægge relevante udfordringer ved integrering af AVP på DEIF. Analysens sidste kapitel behandler disse udfordringer ud fra en specifik AVP ved de forventede forhold på DEIF, så muligheden for tilfredsstillende virkemåde kan analyseres. Efter dette kapitel er problemformuleringens sidste spørgsmål behandlet til ende, og konklusionen vil være i tråd med læserens forståelse. Da det er naturvidenskab, der analyseres gennem rapporten, er der overvejende anvendt årsagsforklaringer. Det skal hjælpe en logisk tænkende læser til lettere at acceptere og forstå indholdet. Det har dog den bivirkning, at mangel på acceptable synonymer har medført hyppig anvendelse af ordet derfor Tilegnelse af viden Rapportens resultater bygges overvejende på deduktion. For at validere sandheden af resultaterne stiller det store krav, til den viden deduktionen bygger på. I dette projekt er viden forståelse og data fra eksterne kilder. Det er sekundære data, der bygger på de eksterne kilders empiri. For at denne viden skal have den bedst mulige validitet, ønsker jeg at kvantificerer empirien ved at anvende flest mulige relevante kilder. I det følgende vil jeg redegøre for indsamlingen af viden til dette projekt. 13

15 Materiale og metode Absorptionskøling har eksisteret i mange år, og den generelle teori bag virkemåden har været godt beskrevet, de fleste steder jeg har søgt. Litteratur, der går i dybden med virkemåde og begrænsninger for AVP, har derimod været svært at finde. Ved litteratursøgning er det tydeligt, at der på internationalt plan er mest erfaring med kølemaskiner, hvor varmen ikke udnyttes, og i Danmark er der i øjeblikket mest fokus på røggaskondensering. Der er ikke meget erfaring at trække på, når ønsket er at anvende absorptionskøleteknikken til en kombination af køl og centralvarme. 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 denne rapport. Eigil Nielsen har stor erfaring indenfor den generelle kompressionskøleteknik, og hans litteratur er bredt anvendt som læremateriale for maskinmestre. Denne kilde tillægges derfor en meget kvalitativ styrke. Lærebogen NOK bind-2 (Nielsen, 2010) indeholder et kort afsnit om absorptionskøleteori. Det er meget generelt, men let forståeligt, og har bidraget med lidt historie og information om anvendelse af teknologien. Jeg har været i kontakt med forfatteren Eigil, og han har sendt mig noget materiale, han havde indsamlet for år tilbage. Jeg har ikke fundet relevans for anvendelse af dette materiale, da det er af ældre dato, og interessante betragtninger udelukkende er gjort for anlæg med stofparret NH 3 /H 2 O. Jeg har efterspurgt materiale hos 4 af skolens maskinlærere, og fået svar fra de 3. Èn kunne henvise mig til en rapport udført af en tidligere studerende. Viden om absorptionsteknikken i den rapport var dog udelukkende baseret på en forhandler som kilde. Rapporten har derfor ikke den store validitet, og er ikke anvendt som kilde til udarbejdelse af denne rapport. Via VPN-forbindelse til skolen har jeg kunnet tilgå vidensdatabaserne Springerlink og AccesScience. Artiklerne hér har kunnet præstere generelle forklaringer af virkemåde. Det er artikler der bærer præg af at være udarbejdet med henblik på køling, ofte med solvarme som drivkraft, men uden udnyttelse af varmen. Biblioteket har meget lidt litteratur om emnet, og kun af ældre dato. Heraf kan nævnes 3 rapporter, som har hjulpet mig til forståelse for manglende udbredning af teknikken i Danmark. De har samtidig været kilde til forståelse af forskel på anlæg med hhv. ammoniak og lithiumbromid. Der er tale om: Absorptionsvarmepumper Prøvningsbestemmelser (Munter, 1988), Industriel kraftvarme og absorptionskøling i mejeriindustrien (Kjærgaard og Enggrob, 1999), Solvarmedrevet køling (Henning og Franzke, 2001). DGC (Dansk Gasteknisk Center) har været kilde til megen inspiration. På biblioteket fandt jeg to projektrapporter af René Thiemke udarbejdet for DGC. Der er tale om: Absorptionskøling - Dokumentation af køleanlæg hos Danica fra marts 1999 og Absorptionskøling Anvendelse i slagterier og gartnerier fra august Sidst nævnte rapport har dannet baggrund for udarbejdelse af vejledningen Absorptionskøleanlæg vejledning nr. 38. Den sidste udgave er fra 2009, men indholdet er identisk med udgaven fra Dette materiale byder på gode forklaringer af virkemåde, og har et seriøst syn på relevansen for de danske forhold. Det er dog omkring 15 år siden, dette blev udarbejdet, hvilket ses på forventningerne til effektiviteten, der er lidt højere i dag. Materialet omhandler kølemaskiner, hvor varmen bortledes i køletårn, og beskriver derfor ikke problemstillinger for varmepumper. Det har været muligt at sandsynliggøre den indsamlede viden omkring den generelle absorptionskøleteknik i tilfredsstillende omfang. Der har været tilstrækkeligt materiale med samme informationer. Nyere og ældre 14

16 Materiale og metode litteratur har vist den samme virkemåde for absorptionsmaskiner. Derved kvantificeres det, og antages som pålidelig viden. Daniel A. Rasmussen, der er maskinmester ved Danstoker, har bistået med viden omkring drift og vedligehold af maskinerne. Han servicerer AVP for Danstoker, og har derfra en viden der er forbeholdt få mennesker i Danmark. Han har samtidig erfaring med udregning af vekslere og kedler. En erfaring, jeg har gjort brug af til overvejelser angående udstødskedel på gas-chp. Vores kontakt er hovedsageligt sket over mail, men jeg har også haft den fornøjelse at møde ham på Danstokers domicil i Herning til en rundvisning. Daniel har også bidraget til min forståelse med materiale, jeg dog ikke må videregive. Danstoker har været leverandør af Thermax AVP i 3 år. Det giver dem lidt erfaring på området, men de kan også have en interesse i at sælge. Jeg forholder mig derfor kritisk til materialet herfra. Daniel, som jeg har haft kontakt til, er dog ikke sælger men tekniker, og han har tidligt i forløbet vidst, at DEIF ikke er potentiel kunde for Danstoker. SEG (Scandinavian Energy Group) blev grundlagt i 1992 i Thisted, hvor de håndterede kontrakter om nøglefærdige geotermianlæg indeholdende AVP. I dag er absorptionsmaskiner deres primære arbejdsområde. Lars Toft Hansen og Henning Sloth, der er folkene bag SEG, er forfattere til megen information om absorptionsmaskiner. På biblioteket, i fagblade og på nettet findes artikler, de har skrevet, og de fremgår som kilde i flere rapporter jeg har læst. Jeg har været i kontakt med en rådgivende ingeniør fra Rambøll, og det materiale han tilsendte mig bar også SEG s logo. SEG har stor erfaring med AVP i Danmark, og har udformet en 7 siders vejledning i virkemåde og anvendelse af absorptionsmaskiner. Denne vejledning har jeg fået tilsendt fra mange kilder. Den er altså meget udbredt som hjælp til indsigt i absorptionsmaskiner. Vejledningen har også været en vigtig kilde for denne rapport. Henning Sloth fra SEG har været min mest erfarne kilde. Som kemiingeniør har han samtidig en vigtig forståelse for maskinernes virkemåde. De spørgsmål, jeg ikke kunne finde svar på andre steder, samlede jeg og forelagde Henning på et møde i Thisted. Dette møde gav mig bl.a. min endelige forståelse for tabene i en absorptionsmaskine. Henning har også bistået med udregninger fra Thermax software. Grundet Hennings og Daniels erfaring og kompetencer på området tilskrives disse kilder kvalitet, men det er alligevel nødvendigt at forholde sig meget kritisk til validiteten. En stor del af den empiri jeg har modtaget fra Danstoker og SEG er ikke sket gennem et videnskabeligt korrekt udført materiale. Der har mest været mail-korrespondance og samtaler i telefon eller ved tilstedeværelse. Når informationer overleveres på denne måde, er det positivistisk set meget usikkert at tildele det nogen sandhed. Mennesker har en evne til at forstå og opfatte på forskellige måder. Derved kan et spørgsmål blive misforstået, af personen der skal svare, og vedkommende svarer derfor på misforståelsen. Personen, der modtager svaret, bliver derfor misinformeret. Forskel i forståelse kan også føre til at modtageren misforstår svaret. Det er en stor usikkerhed, der kan medføre alvorlige fejl. I dette tilfælde øges validiteten ved kvantificering, da mere end én kilde har givet samme oplysninger. SEG og Danstoker er samtidigt begge leverandører af AVP. Deres mulige interesse i at sælge hæmmer validiteten af deres oplysninger. SEG og Danstoker er dog min vigtigste kilde til den viden, jeg ikke har kunnet tilegne mig fra mere valide kilder. Til fordel for deres validitet skal det nævnes, at de ikke er kommet med udsagn, der modstrider hinanden eller den grundlæggende opfattelse, jeg har tilegnet mig fra 15

17 Materiale og metode andre kilder. Det har været meget vigtigt for mig, at tilegne mig mest mulig viden fra flest mulige kilder, og derved opnår en bred forståelse for virkemåde og problematikker vedrørende absorptionsmaskiner. Den brede forståelse på området hjælper mig til at være kritisk overfor mine kilder. En stor del af empirien opnået på DEIF er sekundære data, der er mundtlig overleveret til mig fra energikoordinatoren. Der er derfor samme usikkerhed for misforståelse. Størstedelen af denne empiri er dog talværdier, hvilket er sværere at misforstå. Empirien er bygget på erfaringer, og tager derfor ikke højde for uforudsete hændelser. Talværdierne er afrundet på en måde, så unøjagtigheder kommer en korrekt funktion til gode. Energikoordinatoren har ansvaret for tilfredsstillende drift af energisystemet, og det forventes at hans krav til en evt. AVP bærer præg af dette. Det antages derfor, at energikoordinatoren har høj validitet som kilde, og leverer kvalitativ empiri. Internettet har i vid udstrækning været anvendt som inspirationskilde. Første reaktion på ethvert spørgsmål har været en søgning på Google.dk, hvor jeg har fundet frem til mange af kilderne. Min forståelse for udbredelsen af teknologien er affødt af artikler på internettet. Det vil være kritisabelt at anvende Google.dk ukritisk som kilde, men jeg anser det som et godt værktøj til at finde kilder Leverandør af absorptionsvarmepumpe til DEIF Det er mit ønske, at DEIF kan bruge denne rapport til overvejelser omkring integrering af AVP. Det har derfor været mit mål at undersøge det scenarie, som syntes mest realistisk på DEIF. I forbindelse med mine forundersøgelser stod det hurtigt klart, at det ville blive en udfordring at finde en passende AVP. DEIF s ønsker til en konkret AVP består hovedsageligt i, at det skal være den bedste kvalitet til den billigste pris - men vigtigst er det, at der ydes god support, og at der er sikkerhed for lovede præstationer. Dét stiller krav til at finde en anerkendt og erfaren leverandør. Ved søgning på internettet står det klart, at der på verdensplan er stor udbredelse af og erfaring med absorptionskølemaskiner. Det er typisk fra varme områder hvor der er let adgang til varmeenergi. Her udnyttes kun køleeffekten, og mellemtemperaturen afsættes i et køletårn. Hér findes dog ikke meget erfaring med drift af absorptionsmaskiner som varmepumpe, hvor både køleeffekt og mellemtemperatur udnyttes. Anvendelse af AVP giver mest mening i koldere klimaer, og derfor skal den største erfaring findes på vore breddegrader. Interessen for AVP har dog først vokset sig rigtig stor i takt med stigende energipriser. I Danmark er udbuddet af absorptionsvarmepumper endnu ikke stort. Jeg forventer at seriøse leverandører gør sig synlige med en hjemmeside, hvoraf det fremgår, at de er leveringsdygtige i AVP. Der kommer dog ikke mange brugbare resultater ved en hurtig søgning på internettet. Der redegøres for de mest brugbare herefter. Primagaz forhandler små italienske AVP af mærket Robur, men det er samlede enheder, hvor absorptionsvarmepumpen er kombineret med en gaskedel. Ydelsen er i et passende område, men en AVP direkte drevet af naturgas er ikke interessant for DEIF. En sådan AVP vil ikke optimere driftstiden for gas- CHP. Det er en AVP uden tilhørende varmekilde der skal findes, og det lykkedes at finde flere leverandører på nettet, men ikke én eneste der kunne levere det ønskede. 16

18 Materiale og metode SEG er den tydeligste danske leverandør af AVP. Dette skyldes formodentlig, at de er den eneste leverandør, jeg har kunnet finde frem til, der udelukkende arbejder med absorptionsmaskiner. På deres hjemmeside står de til at være leveringsdygtige i AVP med fordamperydelse ned til 35kW, hvilket er passende til scenariet på DEIF. Ved telefonisk henvendelse til SEG blev jeg dog informeret om, at de ikke ønsker at levere den pågældende model. Den mindste de kan levere på nuværende tidspunkt, er en Thermax LT3 med en nominel fordamperydelse på 106kW. SEG oplyser at Thermax er i gang med udviklingen af en ny model med mindre ydelse, men her er data tidligst tilgængelige i januar Danstoker opdages også ret hurtig som leverandør af absorptionsvarmepumper. I 2010 blev Danstoker overtaget af det indiske Thermax Ltd., og begyndte i den forbindelse at sælge Thermax AVP i Danmark. Det er samme fabrikat som SEG forhandler. Danstoker har ikke så stor erfaring med AVP som SEG, men de har et velkendt navn indenfor levering og servicering af kedler. Ved et møde med maskinmesteren Daniel A. Rasmussen på Danstokers domicil, blev jeg oplyst om, at de kun ønsker at levere AVP drevet af røggas, hedtvand eller damp. Lovgivningen stiller skærpede krav til damp og hedtvandsinstallationer. Krav, der vil gøre driften og installationen på DEIF dyrere. Det sker i BEK 694 af 10/06/2013, BEK 100 af 31/01/2007 og BEK 99 af 31/01/2007 (Retsinformation.dk). DEIF ønsker derfor at holde installationen som en varmtvandsinstallation med overtryk under 6bar og temperatur under 110 o C. Hos Danstoker er det altså kun den direkte røggasfyrede udgave, der kan have interesse for DEIF. Danstoker leverer dog ikke modeller med fordamperydelser under 150kW. Danstoker kunne samtidig berette om komplikationer med direkte fyrede AVP. Denne påstand fik jeg bekræftet ved et besøg på Bjerringbro Kraftvarme. Varmemesteren hér var meget positiv angående deres AVP, men de havde dog haft store problemer med korrosion. Problemer, der blev forklaret med reguleringsvanskeligheder grundet den direkte fyring med røggas. Under min søgen fandt jeg endvidere frem til en virksomhed kaldet Clean Air Technologies Danmark, der er et datterselskab af det svenske Clean Air Technologies AB. De importerer kinesiske AVP af mærket HopeDeepBlue. Det er dog en uinteressant leverandør for DEIF, da de har få referencer i Danmark, og primært satser på røggaskondensation med minimum fordamperydelse på 250kW. Søgning i alle retninger peger på SEG som leverandør af AVP til DEIF. Derfor vil der blive anvendt data for en Thermax LT3, når konkrete eksempler med AVP på DEIF behandles. 17

19 Teori om kompressionskøleteknik 5 - Teori om kompressionskøleteknik For at få fuld forståelse af dette afsnit, forventes det, at læseren har stiftet bekendtskab med den generelle køleteori. Dette afsnit om den udbredte kompressionskøleteknik, er ment som genopfriskning af teorien, og skal derved lette forståelsen for senere afsnit. Citat fra NOK1 (Nielsen, E., s.3): Køleprocessen har faktisk ikke ændret sig, siden man opfandt den langt tilbage i tiden. Det drejer sig om at få en væske til at fordampe under varmeoptagelse ved en temperatur, som kan anvendes til køleformålet. Derefter skal dampene kondenseres til væske, så kølemidlet igen kan anvendes som væske i køleprocessen uden, at man hele tiden skal tilføre nyt kølemiddel til anlægget. Den ønskede funktion af et køleanlæg er at flytte varme fra et sted til et andet. Det er en naturlov, at varme kun kan flyttes til et sted, der er koldere, men ofte ønskes varme flyttet til et sted med højere temperatur. Det er her køleanlægget kommer ind i billedet. Et køleanlæg er et lukket system indeholdende en væske kaldet et kølemiddel, hvilket i princippet kan være alle stoffer, der kan tage form som væske og damp. Køleanlægget udnytter, at et kølemiddel fordampes ved lavere temperatur, des lavere tryk det udsættes for. Princippet i et køleanlæg er at lade kølemidlet fordampe ved lavt tryk, så det kan optage varme med lav temperatur, hvorefter trykket øges, så den optagede varme kan afleveres ved at lade kølemidlet kondensere ved højere temperatur. Figur 5.0 Køleanlægsskitse (Nielsen, E, 2010) Et køleanlæg består grundlæggende af 4 hovedkomponenter: Fordamper, kompressor, kondensator og et drøvleorgan. Komponenterne er forbundet af rør, som kølemidlet kan strømme i. Det kan fx være et simpelt køleskab. Fordamperen er den kolde overflade inde i køleskabet. Fordamperens temperatur holdes lavere end den ønskede køleskabstemperatur, så den overskydende varme fra kølerummet strømmer til 18

20 Teori om kompressionskøleteknik fordamperen. I fordamperen holdes så lavt et tryk, at kølemidlet fordamper, ved den varme, der strømmer til. Kompressoren suger kølemiddeldampene fra fordamperen, og komprimerer det til et højere tryk og temperatur. I kondensatoren bag på køleskabet kan den optagede varme, fra kølerum og kompression, nu afleveres til omgivelserne ved kondensering af de varme kølemiddeldampe under højt tryk. Det kondenserede kølemiddel strømmer mod drøvleorganet, hvor trykket sænkes, så processen kan begynde forfra. En varmepumpe er også et køleanlæg. Ofte betegnes en varmepumpe som en omvendt kølemaskine, men det er ikke helt korrekt. En varmepumpe udnytter blot at der afleveres varme med højere temperatur, mens en kølemaskine udnytter, at der optages varme ved lav temperatur. Opsummering af afsnit: - Det kræver en køleproces at flytte varme til et sted der er varmere. - En væske, der fordamper, optager varme og damp, der kondenserer, afgiver varme. 19

21 Generel teori om absorptionsmaskiner 6 - Generel teori om absorptionsmaskiner Dette afsnit skal give læseren, som har generelt kendskab til almindelig kompressionskøleteknik, en generel forståelse af princippet i absorptionskøleteknik. For at lette forståelsen anbefales det at kaste et blik på figur 6.3 (i kapitlet med samme nummer), mens teorien læses. Sidst i kapitlet behandles farer for absorptionsmaskiner. Absorptionskøling er ikke så udbredt som kompressionskøling, og er heller ikke et teorifelt i maskinmesteruddannelsen. I Danmark anvendes absorptionskøleteknikken i stigende grad som varmepumper på fjernvarmeværker. Absorptionskøleteknikken er dog ikke nogen ny opfindelse. Nogen af de første køleanlæg anvendte absorptionskøleteknik (Nielsen, 2010). Blandt den brede befolkning er absorptionskøling mest kendt som køleskabe, der ikke støjer, og ikke nødvendigvis drives af elektricitet. Det kan f.eks. være køleskabe i campingvogne eller på hotelværelser. Begge teknologier anvendes grundet et behov for at flytte varme til omgivelser med højere temperatur. Begge anlægstyper opererer også med et kølemiddel, der fordampes ved lavt tryk for at optage varme og kondenseres ved højere tryk for at kunne aflevere varmen ved højere temperatur. Det helt overordnede grundprincip for en absorptionsmaskine er, at varme fra en energikilde med meget høj temperatur anvendes som drivkraft til at hente varme fra en energikilde med meget lav temperatur. En varmepumpe udnytter derefter den samlede varmemængde, som afleveres ved en mellemtemperatur. Dette illustreres i figur 6.0 herunder, der er hentet fra SEG s vejledning. Figur 6.0 Varmestrømme i AVP (SEG) Termisk kompression den store forskel Absorptionskøleteknikken adskiller sig fra kompressionskøleteknikken på et væsentligt punkt: Absorptionskøling fungerer uden en mekanisk kompression. Der er ingen kompressor i anlægget til at drive processen. Man kan sige, at der i stedet foregår en termisk kompression (Thiemke, 1999). Absorptionskølemaskiner indeholder typisk pumper til at sikre den interne cirkulation, men disse pumpers elforbrug er minimalt i forhold til elforbruget i kompressionskøleanlæg. 20

22 Generel teori om absorptionsmaskiner Et absorptionskøleanlæg består grundlæggende af de samme hovedkomponenter som et almindeligt kompressionskøleanlæg. Den mekaniske kompressor er blot erstattet af en termisk kompressor. Der er ikke én komponent i en absorptionskølemaskine, der kan kaldes en termisk kompressor, men en generator i samspil med en absorber driver kølemidlet rundt i systemet. Disse komponenter kan tilsammen ses som en termisk kompressor. Den termiske kompressor udnytter lithiumbromidens evne til at absorbere vand. Det er heraf absorptionskøleteknikken har fået sit navn. I kompressionskøleteknikken, suges kølemiddeldampene fra fordamperen og afleveres ved et højere tryk, men stadig som dampe. Det kræver en kompressor. I absorptionskøleteknikken suger absorberen, der er i direkte forbindelse med fordamperen, vanddampen til sig ved at absorbere vandet i lithiumbromiden, så det bliver til en væske, der kan pumpes til et lidt højere trykniveau. LiBr s evne til at absorbere vand er afhængig af LiBrkoncentrationen og temperaturen. Stærkere koncentration og lavere temperatur øger absorberingsevnen. Lithiumbromid er et salt. Absorberingen er en reaktion mellem vand og LiBr, og udvikler derfor lidt blandingsvarme. Det er dog kondenseringsvarmen, udviklet fra vandets faseskift fra damp til væske, der udgør den største del af varmeudviklingen i absorberen. For at opretholde gode absorberingsforhold, køles absorberingen. Det sker ved at den koncentrerede LiBr-opløsning sprayes ud over kølerør, og derved absorberes vanddampen effektivt. LiBr-koncentrationen falder ved optagelsen af vandet. Den tynde LiBr-opløsning pumpes fra absorber til generator. Generatoren er i direkte forbindelse med kondensatoren, og trykket er derfor bestemt af kondenseringstemperaturen, som i et kompressionskøleanlæg. I generatoren opvarmes opløsningen af en højtemperatur varmekilde. LiBr-opløsningen mister noget af den absorberende evne ved varmetilførslen, og vandet fordamper ud af saltet trods det højere tryk. Vanddampen suges ud i systemet som kølemiddel, drevet af sugekraften i absorberen. Lithiumbromiden, der nu er fattig på vand, har derved regenereret sin evne til at absorbere vand, og ledes mod absorberen, så processen kan foregår kontinuerlig. En kort forklaring af den termiske kompression: - Der tilføres varme i generatoren som tvinger vand og lithiumbromid til at skilles. - Tiltrækningskraften mellem de to stoffer driver dem hver sin vej i anlægget for at forenes i absorberen. - Det udvandede LiBr pumpes til generatorens lidt højere tryk. Figur 6.1 på næste side er en principskitse af en absorptionsmaskine. Figuren er hentet fra DGC s vejledning om absorptionskøleanlæg, og viser et skematisk overblik over de vigtigste komponenter i en absorptionsmaskine. Den stiplede linje omkranser komponenterne, der indgår i den termiske kompressor, som er hovedforskellen mellem kompressions og absorptionskøleanlæg. 21

23 Generel teori om absorptionsmaskiner Figur 6.1 Termisk kompression (DGC vejledning, 2009) Figuren viser en varmeveksler indskudt mellem koger og fordamper. Den hjælper på effektiviteten af processen ved at overføre varme fra den koncentrerede opløsning på vej mod absorberen til den mættede opløsning på vej mod generatoren Vand som kølemiddel I den del af processen, hvor vandet er adskilt fra lithiumbromiden, og virker som kølemiddel, er der ikke forskel i køleteknikken. Efter generatoren, er vanddampen på højt trykniveau og kondenseres ved varmeafgivelse i kondensatoren. Herefter ledes vandet gennem en trykreduktion til fordamperen. Fordamperen leverer en kuldeydelse, da vandet fordamper ved lavt tryk og temperatur ved varmeoptagelse fra fordamperen. Lithiumbromiden i absorberen suger vanddampene fra fordamperen, og den termiske kompression muliggør endnu en tur i systemet. Det høje og lave trykniveau i en absorptionskølemaskine er adskilt af to trykreduktioner. Ud over trykreduktionen mellem kondensator og fordamper, sker der en trykreduktion mellem generator og absorber. Pumpen, der pumper mættet opløsning tilbage til kogeren, er også en trykadskillelse. Kølemidlet er vand, som ved atmosfæretryk har et kogepunkt på ca. 100 o C. Der arbejdes med kondenseringstemperaturer under 100 o C, og derfor er selv det høje tryk i absorptionsvarmepumpen et undertryk. Dette undertryk udgør en risiko for indtrængning af luft. Dette problem er nærmere beskrevet senere Samlet forståelse af absorptionskøleteknikken Figur 6.3 på næste side er hentet fra Thermax egen information om deres LT-absorptionskølemaskiner. Det er redigeret for at forbedre illustrationens evne til at formidle forståelsen. Absorptionskøleprocessen er på figuren forsøgt illustreret ved at de lange grå pile afspejler kølemidlets skematiske vej, mens de kulørte pile viser den kontinuerlige proces med: - Rent vand som kølemiddel (blå pile) - Fortyndet LiBr-opløsning (gyldne pile) - Koncentreret LiBr-opløsning (rød pil) 22

24 Generel teori om absorptionsmaskiner Figur 6.3 Absorptionskøleproces (Thermax brochure) Den overordnede forståelse af en absorptionsvarmepumpe er, som tidligere nævnt, at der hentes varme fra en lavtemperatur energikilde ved tilførsel af varme fra en højtemperatur energikilde, og den samlede energimængde leveres ved en mellemtemperatur. Det tydeliggøres af figuren, hvor fordamperen yder en kuldeeffekt, og derved tilføres varme ved lav temperatur. Lithiumbromidens absorberingsevne regenereres i generatoren ved tilførsel af varme ved høj temperatur, og da kølekredsene for absorber og kondensator normalt seriekobles (SEG), så afleveres den samlede energi fra hhv. fordamper og generator ved én mellemtemperatur. Det giver god mening at anvende en absorptionsmaskine som varmepumpe, hvor der er behov for meget varmeenergi ved moderat temperatur, mens der er varme med høj temperatur til rådighed og mulighed for at udnytte varmeenergi fra en ellers ubrugelig kold energikilde. Thermax oplyser, at der under ideelle betingelser kan opnås en optaget effekt i fordamperen på op mod 78% af den tilførte energi i generatoren. Det er ikke en urealistisk høj effektivitet, for selv litteratur af ældre dato forventer effektivitet op mod 80% (Kjærggard og Enggrob, 1999, s.7). Der er tale om maksimal effektivitet, men det sandsynliggør en realistisk forventning om 70% udnyttelse af den tilførte effekt som fordamperydelse. Hvis absorptionsmaskinen anvendes som kølemaskine, hvor køling af absorber og kondensator sker vha. køletårn, så er forventelig COP-faktor altså kun på ca. 0,7. Anvendes maskinen i 23

25 Generel teori om absorptionsmaskiner stedet som varmepumpe, hvor kølingen af absorber og kondensator udnyttes som varmekilde, så er forventelig COP-faktor 1,7. Dette er gældende for 1-trins maskiner. Bedre COP-faktor er mulig for maskiner med flere trin, hvor regenereringen af LiBr-opløsningen foregår igennem flere generatorer. Disse maskiner er beregnet for større effekter med højere temperatur end muligt på DEIF. Flertrinsmaskiner behandles derfor ikke yderligere Tab i en absorptionsmaskine: Rent teoretisk burde processen i en 1-trins absorptionsvarmepumpe kunne opnå en COP-faktor på lidt mere end 1. Det skyldes, at kølemidlets fordampningsvarme er større ved lavt tryk. Ved det lave tryk i fordamperen optager 1kg vand mere varmeenergi, end der tilføres generatoren, for at koge en tilsvarende mængde vand ud af opløsningen ved højere tryk. Dette kan vises ved følgende eksempel: Eksemplet tager udgangspunkt i en fordampningstemperatur på ca. 7 o C og en kondenseringstemperatur på ca. 46 o C. Det resulterer i et tryk på 0,01bar i fordamperen og et tryk på 0,1bar i generatoren. I Termodynamik tabel 10.12a aflæses vands fordampningsvarme til 2485kJ/kg ved 0,01bar og 2393kJ/kg ved 0,1bar. Der skal i dette eksempel tilføres 2393kJ i generatoren for at fordampe 1kg vand. Denne vandmasse kondenseres i kondensatoren ved afgivelse af samme energimængde, men i fordamperen optager samme vandmasse 2485kJ for at fordampe, da det sker ved lavere tryk. I absorberen afleveres en tilsvarende energimængde. COP-faktoren er et udtryk for processens effektivitet. Det regnes som forholdet mellem tilført varme i generatoren og optaget varme i fordamperen. = ,04 Beregningen tager ikke højde for den latente blandingsvarme, der udvikles i absorberen og skal tilføres i generatoren, men det er en lille energimængde, og beregningen skal blot give en forståelse for den teoretisk højest opnåelige effektivitet af processen. I en virkelig maskine er der dog flere parametre der modarbejder effektiviteten. Noget af varmen, der tilføres generatoren vil forlade maskinen som tab til omgivelserne. Det er ikke et stort tab, og kan mindskes ved isolering, men kan ikke helt undgås. Mere betydende er tabene fra overhedning i generator og kortslutning mellem hhv. generator/kondensator og fordamper/absorber. I generatoren sker der en overhedning af kølemidlet. Temperaturen på hedefladen i generatoren er højere end fordampningstemperaturen for at have en effektiv varmeoverførsel uden overdimensioneret hedeflade. Det resulterer dog også i, at vanddampen forlader generatoren overhedet. Overhedet damp har højere temperatur end fordampningstemperaturen, derved overføres mere varme til dampen end teoretisk nødvendigt. Generator og kondensator vil typisk være bygget sammen for at vanddampen, der har et stort volumen i forhold til vægt, let kan ledes til kondensatoren. Denne sammenbygning er årsag til en varmeledning mellem den varme generator og den koldere kondensator. Varmeledningen kan ses som en kortslutning af varme, der tilføres kondensatoren. I kondensatoren kondenseres dampen ved at bortkøle kondenseringsvarmen samt den ekstra varme. 24