Энергетическая эффективность в холодильной промышленности

Комбинированное производство тепловой, электрической и холодильной энергии (тригенерация) представляет на сегодняшний день 1 из наиболее современных технологических решений в плане и повышения энергетической эффективности, решения экологических проблем.

Оптимизация потребления энергии является серьезной задачей, ее решение важно и с экономической точки зрения, в отношении улучшения экологии.

В жилых зданиях распределение энергопотребления выглядит следующим образом: 57% энергии идет на отопление помещений, 25% — на производство горячей санитарной воды и 11% — на питание электробытовых приборов.

Если не забывать, что значительная доля энергии расходуется на отопление, а также приготовление горячей санитарной воды, нужно знать, каковы последствия использования тепловой энергии, в том числе, какова степень загрязнения атмосферы, которая обусловлена производством тепла на бытовое отопление. Для минимизации негативного воздействия на экологию, а также уменьшения финансовых расходов представляется, что, кроме разработки совершенно новых альтернативных видов экологически безопасного топлива, следует шире эксплуатировать современные технологии, которые в определенных ситуациях могут существенно повысить производительность и улучшить применение источников энергии.

Системы когенерации (комбинированное производство тепла и электроэнергии) и тригенерации (комбинированное производство тепла, холода, а также электроэнергии) представляют из себя максимально эффективный и рациональный способ использования традиционных источников энергии (ископаемое горючее) и возобновляемых источников энергии (биогаз и солнечная энергия).

К примеру, системы когенерации в сочетании с холодильным оборудованием абсорбционного типа являются удачным выходом в ситуации, когда нужно обеспечить регенерацию и преобразование избыточного тепла в холодильную энергию.

Поэтому, системы тройного действия (рис. 1) являются эффективным решением для удовлетворения все время растущего спроса на электроэнергию, тепло и холод именно благодаря преимуществам, которые открывают современные газовые технологии, а также поправки, которые внесены в экологический регламент.

В промышленности и для высокого уровня обслуживания административных объектов, где продолжительность работы в годовом исчислении превосходит 4 тысячи часов, применяется когенерация.

В бытовой сфере тепло, производимое комбинированной энергосистемой, предназначается, главным образом, для отопления любых помещений, и, обычно, период реальной потребности в тепле ограничивается зимними месяцами, к примеру, в странах с умеренным климатом. В то же время, существует значительная потребность в холодоснабжении для кондиционирования тех же помещений в летний период. Именно в данных случаях, имея комбинированную энергосистему, регенерированное тепло можно эксплуатировать для производства холодильной энергии либо охлаждающей воды для системы кондиционирования либо промышленных процессов.

Система тригенерации состоит из системы комбинированного производства тепла, а также электроэнергии, которая соединена с 1 либо несколькими холодильными агрегатами (рис. 2). Тепловая часть представляет собой парогенератор с рекуперацией тепла, для питания которого применяются выхлопные газы первичного мотора, обычно, который оснащен газовой турбиной. Первичный мотор соединен с генератором переменного тока, обеспечивающим производство электрической энергии.

Дополнительно в системе предусмотрен аварийный контур, куда в случае необходимости можно сбрасывать пар для утилизации избыточного тепла в случае перегрева либо переохлаждения.

Для кондиционирования помещений применяется холодильная машина (чиллер) адсорбционного или абсорбционного типа, которая зимой дает тепло, а летом холод.

И, в конце концов, для охлаждения конденсационной воды холодильной машины предусмотрена испарительная башня (градирня).

В адсорбционной системе в качестве рабочей жидкости в холодильную машину адсорбционного типа заливается вода.

Принцип адсорбции состоит в использовании гигроскопичного материала, как правило кремнеземного геля (кремнегеля) в твердом состоянии, который может забирать водяной пар и отдавать его при подаче тепла.

В фазе влагоудаления химически обработанный пористый материал адсорбирует влагу, которая задерживается на ламелях адсорбционной крыльчатки, до всего насыщения, после чего такой адсорбер подлежит восстановлению. В фазе восстановления выполняется продувка через адсорбер горячего воздуха, после чего скопившаяся вода испаряется и выводится совместно с воздушным потоком. Большое превосходство такой системы в том, что она успешно работает также и при низких температурах.

Тепло, которое требуется для отвода воды, может иметь относительно невысокую температуру, порядка 50°С, что осуществляет возможным применение этой технологии, в том числе, в системах охлаждения посредством солнечной энергии.

Адсорбционная установка состоит из блоков высокого и низкого давления. В блоке низкого давления (около 0.01 бар) расположен испаритель, который обеспечивает испарение при пониженной температуре, равной приблизительно 12°С. В помещении, которое нужно охладить, температура воздуха выше температуры испарения (расчетное значение температуры внутреннего воздуха в помещении составляет 26°С в летний период), этой теплоты достаточно для испарения жидкого хладагента.

В блоке высокого давления расположен конденсатор. Температура конденсации жидкости должна быть выше температуры воздуха на улице (в летний период температура наружного воздуха достигает 35-40°С), достаточная величина давления — 0.1 бар.

Испаритель, а также конденсатор разделяются 2 камерами, выполняющими функцию компрессионных паровых машин, с происходящими в них термохимическими процессами. Камеры подвижны и поочередно присоединяются то к испарителю, то к конденсатору. К камере, движущейся к конденсатору, подается тепло, из камеры, движущейся от испарителя,— тепло отводится.

В качестве рабочего тела абсорбционных установок применяется раствор хладагента и абсорбента, которые образуют рабочую пару. За минувшие годы было предложено много таких пар, впрочем только 2 из них получили широкое распространение в промышленных процессах: аммиак — фреон, вода — абсорбент, вода — бромистый литий.

В таблице приведены кое-какие главные характеристики рабочих пар, используемых в абсорбционном цикле.