Об абсорбционных холодильных машинах и их производителях
В какой-то мере абсорбционную холодильную машину можно считать промышленным аналогом продвинутого жилья (и не только жилья), известного как пассивный дом и отапливаемого теплом, при помощи рекуператоров отнимаемым у удаляемого из помещений отработанного воздуха.
Действительно, в ходе того или иного технологического процесса выделяется большое количество тепла, которое обычно выбрасывается в атмосферу. В то же время предприятию требуется холодная вода для охлаждения части механизмов, участвующих в данном производственном процессе. Значит, ему нужны холодильные машины, способные постоянно обеспечивать производство холодной водой. Все чаще, решая эту проблему, в цехах устанавливают абсорбционные холодильные машины (далее — АБХМ), работающие как раз на отработанном тепле производственного процесса. Машины эти все чаще упоминаются в энергосберегающем аспекте как яркие примеры нетрадиционных подходов, которые позволяют более гибко и точно удовлетворять требованиям конкретной производственной либо эксплуатационной ситуации. Действие АБХМ основано на том, что при понижении абсолютного давления снижается температура кипения воды. Простейшая АБХМ включает испаритель, абсорбер, конденсатор, генератор, насосы и органы управления. Обычно корпус нижнего блока машины разделен на две секции — абсорбер и испаритель, в которых поддерживаются низкие давление и температура. Корпус верхнего блока также разделен на две секции — генератор и конденсатор — с высокими давлением и температурой. В испарителе жидкий хладагент (вода) испаряется, отбирая теплоту у охлаждаемой воды или другой рабочей среды. Это происходит благодаря низкому давлению, поддерживаемому в испарителе. В следующей части цикла происходит регенерация хладагента для его повторного использования. В абсорбере пары хладагента поглощаются концентрированным раствором бромистого лития благодаря его высоким абсорбирующим свойствам. Разбавленный раствор бромистого лития подается насосом в генератор, где он нагревается за счет внешнего источника теплоты. В генераторе вода выпаривается из раствора, а концентрированный раствор бромистого лития стекает в абсорбер. Пары хладагента поступают из генератора в конденсатор, конденсируются, и образующаяся вода стекает в испаритель. В испарителе и абсорбере трубки орошаются, соответственно, водой и концентрированным раствором бромистого лития, что повышает эффективность теплообмена. Цикл осуществляется непрерывно в течение всего времени эксплуатации машины. Установка дополнительного теплообменника между генератором и абсорбером повышает эффективность процесса.
Сегодня, правда, для получения холодной воды в основном используются холодильные машины парокомпрессионного типа. Процесс охлаждения в таких холодильных машинах основан на термическом эффекте изменения агрегатного состояния хладагента, а для поддержания непрерывности холодильного цикла используется механическая энергия компрессора. В отличие от парокомпрессионных чиллеров, цикл охлаждения в АБХМ основан на калорическом эффекте растворения одного вещества в другом. Принципиальным отличием данного холодильного цикла является необходимость подвода внешнего тепла вместо подвода механической энергии, как это имеет место в парокомпрессионных чиллерах. Во многом это отличие в виде внешнего источника энергии и определяет область применения холодильных машин абсорбционного типа. Очевидна целесообразность использования абсорбционных чиллеров при наличии относительно дешевого источника тепла, а также в случае острого дефицита электроэнергии. Наиболее распространенные случаи применения АБХМ — наличие бросового тепла двигателей, турбин, технологических процессов, наличие излишка пара с давлением до 1 атм или до 9 атм в тот период, когда необходимо охлаждение, а также более низкие по сравнению с ценами на электроэнергию цены на газ. Еще одним примером применения АБХМ являются гибридные холодильные центры. В этом случае холодильная машина и котельная используют один и тот же внешний источник тепла. А если в дополнение к чиллеру и котельной, работающим на природном газе, установить газогенератор, то получится полностью автономная инженерная система, требующая извне только подвода газа. В целом данная схема выглядит более унифицированной, а значит, и более удобной. Кроме того, полностью автономная схема может решить ряд проблем при удаленном расположении объекта от основных инженерных сетей. Итак, можно сказать, что развитие АБХМ напрямую связано с развитием и распространением когенерации (источников комбинированной выработки электричества и тепла) и созданием, по сути, источников тригенерации. Таким образом, получается система энергоснабжения с очень высоким КПД и практически полным использованием теплоты сгорания топлива. Понятно, что при развитии и внедрении данной технологии не обойтись без достаточно сложной автоматики. При этом современные микропроцессорные системы обеспечивают работу холодильной машины с меньшим уровнем обслуживания, чем парокомпрессионные машины. Если парокомпрессионные машины требуют постоянного обслуживания высокого уровня, то установка, монтаж и обслуживание АБХМ по степени участия и комфортности можно сравнить с обслуживанием газовых котельных. Вся регулировка внутренних процессов осуществляется блоком управления машины, а обслуживание сводится к считыванию показаний процессора, органолептическому наблюдению раствора и тому или иному реагированию на изменения ситуации в рамках инструкции. К тому же, дополнительную надежность и безопасность конструкции машины обеспечивает специфика технологии абсорбции: АБХМ заключена в замкнутый вакуумный корпус, в котором практически нет движущих частей, кроме двух небольших насосов, перекачивающих среды.
Как уже было сказано, в качестве рабочего тела в АХМ часто применяется раствор бромистого лития в воде. При использовании этого раствора охлаждение происходит за счет кипения воды при температуре 2°-4°С и давлении 5-6 мм ртутного столба. Такой температурный режим делает этот раствор самым распространенным для использования в области кондиционирования воздуха. Основным же недостатком раствора LiBr является его высокая агрессивность по отношению к черным металлам. Для снижения химической агрессивности этого раствора в него добавляются специальные ингибиторы. В отличие от фреонов, которые за время их использования претерпели множество качественных изменений, раствор LiBr без каких-либо изменений используется уже в течение нескольких десятков лет. Все усовершенствования касаются в основном различных присадок, а также оптимизации холодильного цикла. Одними из самых распространенных ингибиторов являются хроматы и арсенаты, но у них есть один существенный недостаток — они очень токсичны. Для решения этой проблемы компанией York (США) был разработан специальный ингибитор ADVAGuard на основе молибдата лития, который не относится к вредным агентам. Этот ингибитор не только обеспечивает надежную защиту углеродистой стали, меди и никеля в широком диапазоне температур, но и может быть использован совместно с большей частью других ингибиторов и присадок, улучшающих тепломассообмен. Еще одним новшеством, применяемым York, является разделение потока рабочего раствора на два параллельных, направляемых в генераторы первой и второй ступени соответственно. В этом случае концентрирование каждого потока осуществляется только один раз, что делает работу установки более безопасной и эффективной. В частности, разделение потока раствора на два потока фактически устраняет возможность кристаллизации раствора, допуская режим работы установки при значительно более низких температурах и концентрациях раствора, чем в системах без разделения потока. Из всех выпускаемых York АБХМ особого внимания заслуживает модельный ряд YMPC. Это холодильные машины средней производительности, работающие за счет непосредственного горения природного газа или жидкого топлива. Они обеспечивают производительность по холоду от 106 до 352 кВт и по теплу от 86 до 286 кВт. Данные чиллеры имеют компактную конструкцию, полностью монтируются, вакуумируются и заправляются рабочим раствором на заводе, а также проходят полную функциональную проверку во время их изготовления. Кроме того, данные чиллеры оснащаются усовершенствованной системой управления, которая позволяет им демонстрировать отличные характеристики при частичной загрузке. Это достигается за счет использования пропорционального регулирования накопления хладагента, что также позволяет более эффективно использовать остаточное тепло и тем самым снизить потребление внешней тепловой энергии.
Вслед за York перечень ведущих мировых производителей АБХМ возглавляют компании Trane (США), Carrier (США), Sanyo (Япония). В последнее время на европейском и американском рынках все большим спросом пользуется абсорбционная техника китайской компании Broad. Ее популярность не случайна. Все компании, представляющие известные брэнды, выпускают широкий ассортимент продукции, среди которого абсорбционные машины занимают небольшую часть. Компания же Broad специализируется на производстве только абсорбционной техники, пользуется поддержкой государства, работает в рамках технопарка и имеет возможность внедрения и отработки наиболее передовых технологий. Если говорить об обороте компании, то в данном аспекте она является ведущим производителем абсорбционных машин — только в собственную страну поставлено свыше 10 тыс. единиц оборудования, а в Европу и Америку — около 800 тыс. крупных машин. При этом цены на данную продукцию при прочих равных характеристиках как минимум на треть дешевле, чем для европейских марок, не считая предложений по лизинговым схемам. Что же касается России, то здесь такая техника производится, например, в ОКБ «Теплосибмаш» (Новосибирск). Как и большинством мировых производителей, сибиряками такие машины производятся под конкретный заказ, поэтому время изготовления достигает полугода, что при современных сроках проектирования и строительства становится все менее приемлемым.
Напрашивается вопрос: заменят ли в постсоветском пространстве АБХМ традиционные системы кондиционирования с чиллерами? Если это и произойдет, то не слишком скоро. Там, где электричества пока хватает, при потребности в холоде до 800 кВт будут устанавливать привычные чиллеры — они имеют относительно высокий КПД и обеспечивают более низкие температуры. Но когда появятся и достаточный положительный опыт, и вкус к реальной экономии (а когенерация и тригенерация — это реальная экономия), когда в проектах перестанут минимизировать капитальные затраты и начнут считать действительные, наконец, когда подобно тому, как это имеет место в США и других развитых странах, появится возможность продавать избыток энергии в общую сеть — видимо, вот тогда и начнется массовое продвижение АБХМ. Что касается дальнейшего развития самих абсорбционных машин, то оно видится в рамках развития и внедрения альтернативных источников энергии, как это уже происходит на Западе.
Сергей ЗОЛОТОВ
Сегодня, правда, для получения холодной воды в основном используются холодильные машины парокомпрессионного типа. Процесс охлаждения в таких холодильных машинах основан на термическом эффекте изменения агрегатного состояния хладагента, а для поддержания непрерывности холодильного цикла используется механическая энергия компрессора. В отличие от парокомпрессионных чиллеров, цикл охлаждения в АБХМ основан на калорическом эффекте растворения одного вещества в другом. Принципиальным отличием данного холодильного цикла является необходимость подвода внешнего тепла вместо подвода механической энергии, как это имеет место в парокомпрессионных чиллерах. Во многом это отличие в виде внешнего источника энергии и определяет область применения холодильных машин абсорбционного типа. Очевидна целесообразность использования абсорбционных чиллеров при наличии относительно дешевого источника тепла, а также в случае острого дефицита электроэнергии. Наиболее распространенные случаи применения АБХМ — наличие бросового тепла двигателей, турбин, технологических процессов, наличие излишка пара с давлением до 1 атм или до 9 атм в тот период, когда необходимо охлаждение, а также более низкие по сравнению с ценами на электроэнергию цены на газ. Еще одним примером применения АБХМ являются гибридные холодильные центры. В этом случае холодильная машина и котельная используют один и тот же внешний источник тепла. А если в дополнение к чиллеру и котельной, работающим на природном газе, установить газогенератор, то получится полностью автономная инженерная система, требующая извне только подвода газа. В целом данная схема выглядит более унифицированной, а значит, и более удобной. Кроме того, полностью автономная схема может решить ряд проблем при удаленном расположении объекта от основных инженерных сетей. Итак, можно сказать, что развитие АБХМ напрямую связано с развитием и распространением когенерации (источников комбинированной выработки электричества и тепла) и созданием, по сути, источников тригенерации. Таким образом, получается система энергоснабжения с очень высоким КПД и практически полным использованием теплоты сгорания топлива. Понятно, что при развитии и внедрении данной технологии не обойтись без достаточно сложной автоматики. При этом современные микропроцессорные системы обеспечивают работу холодильной машины с меньшим уровнем обслуживания, чем парокомпрессионные машины. Если парокомпрессионные машины требуют постоянного обслуживания высокого уровня, то установка, монтаж и обслуживание АБХМ по степени участия и комфортности можно сравнить с обслуживанием газовых котельных. Вся регулировка внутренних процессов осуществляется блоком управления машины, а обслуживание сводится к считыванию показаний процессора, органолептическому наблюдению раствора и тому или иному реагированию на изменения ситуации в рамках инструкции. К тому же, дополнительную надежность и безопасность конструкции машины обеспечивает специфика технологии абсорбции: АБХМ заключена в замкнутый вакуумный корпус, в котором практически нет движущих частей, кроме двух небольших насосов, перекачивающих среды.
Вслед за York перечень ведущих мировых производителей АБХМ возглавляют компании Trane (США), Carrier (США), Sanyo (Япония). В последнее время на европейском и американском рынках все большим спросом пользуется абсорбционная техника китайской компании Broad. Ее популярность не случайна. Все компании, представляющие известные брэнды, выпускают широкий ассортимент продукции, среди которого абсорбционные машины занимают небольшую часть. Компания же Broad специализируется на производстве только абсорбционной техники, пользуется поддержкой государства, работает в рамках технопарка и имеет возможность внедрения и отработки наиболее передовых технологий. Если говорить об обороте компании, то в данном аспекте она является ведущим производителем абсорбционных машин — только в собственную страну поставлено свыше 10 тыс. единиц оборудования, а в Европу и Америку — около 800 тыс. крупных машин. При этом цены на данную продукцию при прочих равных характеристиках как минимум на треть дешевле, чем для европейских марок, не считая предложений по лизинговым схемам. Что же касается России, то здесь такая техника производится, например, в ОКБ «Теплосибмаш» (Новосибирск). Как и большинством мировых производителей, сибиряками такие машины производятся под конкретный заказ, поэтому время изготовления достигает полугода, что при современных сроках проектирования и строительства становится все менее приемлемым.
Напрашивается вопрос: заменят ли в постсоветском пространстве АБХМ традиционные системы кондиционирования с чиллерами? Если это и произойдет, то не слишком скоро. Там, где электричества пока хватает, при потребности в холоде до 800 кВт будут устанавливать привычные чиллеры — они имеют относительно высокий КПД и обеспечивают более низкие температуры. Но когда появятся и достаточный положительный опыт, и вкус к реальной экономии (а когенерация и тригенерация — это реальная экономия), когда в проектах перестанут минимизировать капитальные затраты и начнут считать действительные, наконец, когда подобно тому, как это имеет место в США и других развитых странах, появится возможность продавать избыток энергии в общую сеть — видимо, вот тогда и начнется массовое продвижение АБХМ. Что касается дальнейшего развития самих абсорбционных машин, то оно видится в рамках развития и внедрения альтернативных источников энергии, как это уже происходит на Западе.
Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 21 за 2007 год в рубрике вода и тепло
