АБХМ (абсорбционная холодильная машина) - это устройство для получения холода на основе использования тепловой энергии. В отличие от традиционных компрессорных холодильных машин, в АБХМ отсутствует компрессор, а холод производится за счет особенностей термодинамических процессов в рабочем веществе.
Принцип работы АБХМ
Принцип работы АБХМ основан на способности некоторых жидкостей (рабочих веществ) поглощать пары других жидкостей. В качестве рабочего вещества чаще всего используется водный раствор бромистого лития LiBr. Вода выступает в роли хладагента, а бромистый литий - абсорбента.
Основными элементами АБХМ являются:
- Испаритель - рабочее вещество закипает, отбирая тепло у охлаждаемой среды
- Абсорбер - поглощение паров хладагента раствором
- Генератор - нагрев рабочего вещества до выделения паров хладагента
- Конденсатор - конденсация паров хладагента с выделением тепла
Цикл работы АБХМ выглядит следующим образом:
- В испарителе при низком давлении рабочее вещество закипает, отбирая тепло от охлаждаемой среды.
- Пары хладагента (воды) поступают в абсорбер, где поглощаются концентрированным раствором LiBr.
- Полученный разбавленный раствор подается в генератор.
- В генераторе за счет подвода тепловой энергии происходит выделение паров хладагента из раствора.
- Пары хладагента конденсируются в конденсаторе, отдавая тепло.
- Конденсат возвращается в испаритель, и цикл повторяется.
Таким образом, в отличие от традиционных холодильных машин, в АБХМ отсутствует компрессор. Это позволяет существенно экономить электроэнергию и использовать различные источники тепловой энергии.
Тепловой баланс АБХМ
Эффективность работы АБХМ оценивается коэффициентом трансформации (COP), который показывает отношение полученного холода к затраченной тепловой энергии:
COP = Q холода / Q тепла
Где:
- Q холода - холодопроизводительность АБХМ
- Q тепла - подводимая тепловая мощность
Для повышения COP АБХМ необходимо:
- Повышать температуру кипения хладагента в испарителе
- Понижать температуру конденсации хладагента
- Увеличивать концентрацию раствора LiBr
Принцип работы реализуется за счет особенностей термодинамических процессов в рабочем веществе, в отличие от традиционных компрессорных чиллеров.
Типы АБХМ
Принцип работы может быть реализован в абсорбционных холодильных машинах различных типов и конструкций.
В одноступенчатых АБХМ весь термодинамический цикл протекает в одном контуре. Такие машины отличаются простотой устройства и надежностью, однако имеют невысокий COP.
Двухступенчатые АБХМ содержат либо 2 абсорбера, либо 2 конденсатора. Это позволяет повысить эффективность машины по сравнению с одноступенчатыми конструкциями.
В трехступенчатых АБХМ используется каскадная схема с последовательным подводом тепла. Эффективность таких машин на 40-50% выше, чем у двухступенчатых.
Характеристики АБХМ
Основные технические характеристики АБХМ:
- Холодопроизводительность
- Коэффициент трансформации (COP)
- Температура кипения хладагента в испарителе
- Температура конденсации хладагента
- Концентрация рабочего раствора
- Расход и параметры греющей и охлаждающей среды
- Габариты и вес
Выбор конкретной АБХМ осуществляется исходя из требуемой холодопроизводительности и параметров имеющихся источников тепла и холода.
Технические характеристики АБХМ
Определяются конструкцией машины и рабочей парой. Ключевыми являются:
- Холодильный коэффициент (COP)
- Холодопроизводительность
- Температурный режим
- Требования к источнику тепла
Современные АБХМ могут иметь холодопроизводительность от 10 кВт до 5 МВт. COP варьируется от 0,5 до 1,2. Рабочий температурный диапазон - от -60 до +120°C.
Рабочие вещества
Выбор рабочей пары определяет температурный режим и эффективность АБХМ. Наиболее распространены:
- Вода - бромистый литий
- Вода - аммиак
Кроме того, в качестве рабочих веществ могут использоваться различные органические соединения.
Области применения АБХМ
Принцип абсорбционного охлаждения позволяет эффективно использовать низкопотенциальное тепло. АБХМ применяются:
- В системах кондиционирования
- Для промышленного холодоснабжения
- В тригенерационных установках
- Для утилизации вторичных энергоресурсов
Преимущества АБХМ
Абсорбционные холодильные машины имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными компрессорными холодильными установками:
- Низкое потребление электроэнергии (на 5-10% от аналогичной компрессорной ХМ)
- Возможность использования различных источников тепла
- Простота и надежность конструкции
- Длительный срок службы (до 25 лет)
- Экологичность, отсутствие хладагентов
Недостатки АБХМ
К недостаткам АБХМ можно отнести:
- Более низкий холодильный коэффициент по сравнению с компрессорными ХМ
- Ограниченный температурный диапазон (обычно 0...+12°C)
- Большие габариты и вес
- Необходимость в охлаждающей воде
- Требование к качеству теплоносителя
Обслуживание АБХМ
Обслуживание АБХМ проще, чем компрессорных холодильных машин. Основные операции:
- Периодическая проверка герметичности контура
- Контроль концентрации рабочего раствора
- Очистка теплообменников
- Проверка работы насосов и вспомогательного оборудования
- Ревизия автоматики и приборов КИПиА
Правила эксплуатации АБХМ
Для обеспечения надежной работы АБХМ рекомендуется:
- Соблюдать температурный режим теплоносителей
- Использовать воду надлежащего качества
- Поддерживать чистоту теплообменников
- Контролировать концентрацию рабочего раствора
- Своевременно устранять утечки хладагента
Перспективы развития АБХМ
Дальнейшее развитие АБХМ идет по пути:
- Повышения эффективности и создания новых рабочих пар
- Расширения температурного диапазона
- Миниатюризации и создания бытовых АБХМ
- Комбинирования с тепловыми насосами
Перспективы применения абсорбционных чиллеров с каждым годом растут.
Выбор АБХМ для конкретных задач
При выборе АБХМ для конкретных задач необходимо:
- Определить требуемую холодопроизводительность на основе тепловой нагрузки
- Выбрать тип АБХМ (одно-, двух- или трехступенчатая)
- Подобрать рабочую пару исходя из требуемого температурного режима
- Рассчитать расход и параметры теплоносителей
- Спроектировать системы подвода тепла и отвода холода
Особенности монтажа АБХМ
При монтаже АБХМ важно:
- Обеспечить виброизоляцию и фундамент для установки
- Выполнить теплоизоляцию трубопроводов и корпуса
- Подключить контур охлаждающей воды
- Обеспечить электропитание приборов автоматики
- Выполнить наладку и испытания
Эксплуатация АБХМ
Для обеспечения бесперебойной работы АБХМ необходимо:
- Контролировать параметры теплоносителей
- Следить за концентрацией рабочего раствора
- Периодически очищать фильтры и теплообменники
- Выполнять профилактические работы
- Соблюдать график технического обслуживания
Ремонт АБХМ
Ремонт АБХМ включает:
- Поиск и устранение утечек хладагента
- Ремонт или замену вышедших из строя узлов
- Восстановление теплоизоляции
- Замену теплообменников при засорении
- Ремонт системы автоматики и КИПиА
Для ремонта АБХМ требуются специалисты соответствующей квалификации.
