Абсорбционный чиллер: как работает и когда выгоден

Абсорбционный чиллер получает холод не от электрического компрессора, а от тепла: горячей воды, пара или выхлопных газов. Он оправдан там, где есть дешёвое или бросовое тепло, например на газопоршневой электростанции или при избытке пара на заводе. Если такого тепла нет, парокомпрессионный чиллер проще, компактнее и дешевле в работе.

Как работает абсорбционный чиллер

В промышленных абсорбционных чиллерах рабочая пара — вода и раствор бромистого лития. Вода служит хладагентом: в испарителе под глубоким вакуумом она кипит при 3–5 °C и забирает тепло у воды потребителя. Пар поглощает концентрированный раствор бромистого лития в абсорбере — это и есть абсорбция, она заменяет всасывание компрессора.

Разбавленный раствор насос подаёт в генератор, где его нагревают внешним теплом. Вода выкипает, раствор снова становится крепким и возвращается в абсорбер, а водяной пар конденсируется в конденсаторе и идёт обратно в испаритель. Электричество нужно только насосам раствора и автоматике.

Тепло отводится из двух мест — из абсорбера и из конденсатора, — и обычно его снимает вода испарительной градирни. Отвести нужно и тепло, снятое с потребителя, и всё тепло, подведённое к генератору.

Чем отличается от парокомпрессионного чиллера

Главная характеристика — холодильный коэффициент. У абсорбционного чиллера его считают по теплу: сколько холода получается из киловатта подведённого тепла. У одноступенчатых машин на горячей воде 80–120 °C он около 0,6–0,8, у двухступенчатых на паре высокого давления или прямом сжигании газа — около 1,1–1,4.

Q_т = Q_х / COP, Q_гр = Q_х + Q_т

Q_т — тепло от источника, кВт; Q_х — холодопроизводительность, кВт; COP — холодильный коэффициент по теплу; Q_гр — тепло, которое нужно отвести на градирню, кВт.

Для 500 кВт холода одноступенчатая машина с COP 0,7 потребует около 714 кВт тепла и отдаст на градирню около 1214 кВт. Парокомпрессионный чиллер с холодильным коэффициентом 3 потребляет около 167 кВт электроэнергии, а его конденсатор отдаёт около 667 кВт. Поэтому абсорбционная установка всегда идёт вместе с градирней почти вдвое большей мощности и с расходом воды на испарение и продувку.

Где абсорбционный чиллер оправдан

• Тригенерация. Газопоршневая или газотурбинная установка вырабатывает электричество, а тепло её охлаждения и выхлопа летом идёт на производство холода. Тепло, которое иначе выбросили бы, становится холодом.
• Избыток пара или горячей воды. Котельная летом недогружена, или технологический процесс даёт горячие стоки и пар вторичного вскипания.
• Ограничение по электрической мощности. На площадке нет свободной электрической мощности для компрессорного чиллера нужного размера, а газ или тепло доступны.

Если тепло приходится вырабатывать специально, сжигая газ только ради холода, абсорбционная установка в большинстве случаев проигрывает компрессорному чиллеру и по затратам, и по сложности.

Похоже устроены адсорбционные чиллеры: пар воды в них поглощает не жидкий раствор, а твёрдый сорбент — силикагель или цеолит, и для его просушки хватает тепла около 60–90 °C. Работают они циклами, обычно с двумя камерами по очереди, и встречаются реже абсорбционных. Общий принцип и виды холодильных машин — в справочнике о холодильной машине.

Ограничения

• Нет минусовых температур. Хладагент — вода, поэтому на бромистом литии нельзя получить хладоноситель ниже примерно 5 °C. Для гликоля с отрицательной температурой нужны аммиачные абсорбционные машины или компрессорный чиллер.
• Кристаллизация раствора. При перегреве генератора или слишком холодной воде градирни раствор бромистого лития может кристаллизоваться и закупорить теплообменник. Машина требует точной автоматики и квалифицированного обслуживания.
• Вакуум. Корпус работает под глубоким вакуумом; подсос воздуха снижает холодопроизводительность, его откачивают.
• Габариты и вода. Машина крупнее и тяжелее компрессорного чиллера той же мощности, а градирня расходует воду и требует водоподготовки.

Что из этого следует для подбора

• Сначала нагрузка. Холодопроизводительность считают по процессу так же, как для любого чиллера: по расходу и температурам воды в расчёте мощности по расходу, для здания — в расчёте для фанкойлов, для серверной — в расчёте для ЦОД.
• Затем источник тепла. Абсорбционный вариант рассматривают, только если есть тепло с температурой не ниже 80–90 °C в количестве около 1,4 холодопроизводительности и оно доступно летом, когда нужен холод.
• Градирня — часть установки. Её считают на 2,4 холодопроизводительности, а не на саму холодопроизводительность; как работает градирня и почему её вода теплее воздуха, — в справочнике «Градирня или чиллер».
• Если тепла нет, ставят компрессорный чиллер. Он работает без градирни, даёт любую температуру воды, включая гликоль ниже нуля, и подбирается по холодопроизводительности напрямую.