Θερμοϋδραυλικός Ήρεμη δύναμη στην κλαδική ενημέρωση
Τα μειονεκτήματα της συμβατικής τεχνολογίας ψύξης εντοπίζονται κυρίως στην επιβάρυνση του περιβάλλοντος καθώς και στο αυξημένο κόστος λειτουργίας. Επιπλέον: 1) Συντελείται αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2 ), καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται με καύση ορυκτών καυσίμων. 2) Γίνεται εξάντληση του περιορισμένου αποθέματος των ορυκτών καυσίμων. 3) Δημιουργούνται προβλήματα στο δίκτυο και στις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας εξαιτίας της εκτεταμένης και ταυτόχρονης λειτουργίας τους κατά τη θερινή περίοδο. 4) Παρουσιάζεται σχετικά υψηλό κόστος λειτουργίας. Ωστόσο, τα ψυκτικά συστήματα κλειστού κύκλου με στερεά προσροφητικά υλικά απαιτούν για τη λειτουργία τους τροφοδότηση από θερμότητα αντί για ηλεκτρική ενέργεια. Η θερμότητα αυτή μπορεί να προέρχεται είτε από ένα ηλιακό σύστημα είτε από διεργασίες με τις οποίες αυτή απορρίπτεται. Επιπρόσθετα, τα ψυκτικά συστήματα αυτού του είδους χρησιμοποιούν φιλικά προς το περιβάλλον ψυκτικά μέσα, όπως είναι το νερό.
Περιγραφή λειτουργίας ψύκτη προσρόφησης
Οι ψυκτικές μονάδες προσρόφησης είναι θερμοκίνητοι ψύκτες κλειστού κύκλου, οι οποίοι χρησιμοποιούν ως μέσα ρόφησης στερεά υλικά. «Προσρόφηση» είναι η διεργασία κατά την οποία άτομα, ιόντα ή μόρια μίας ουσίας (συνήθως αέριας) συσσωρεύονται στην επιφάνεια ενός προσροφητή, συνήθως στερεού (βλ. εικόνα 1). Οι ψύκτες αυτοί χρησιμοποιούν φιλικά προς το περιβάλλον εργαζόμενα μέσα (συνήθως νερό), τα οποία βράζουν υπό συνθήκες κενού για την παραγωγή της επιθυμητής ψύξης. Τα κυριότερα μέσα προσρόφησης που χρησιμοποιούνται στις συγκεκριμένες ψυκτικές μονάδες είναι το silica gel και ο ζεόλιθος. Υπό τυπικές συνθήκες λειτουργίας, οι ψύκτες αυτοί λειτουργούν με ένα συντελεστή συμπεριφοράς (COP) που κυμαίνεται μεταξύ 0,5 – 0,7. Η ψυκτική ισχύς των πρώτων εμπορικά διαθέσιμων ψυκτών προσρόφησης ήταν της τάξης των 50 – 430 kW και επρόκειτο για εφαρμογές μεγαλύτερης κλίμακας. Τα τελευταία χρόνια ωστόσο είναι διαθέσιμοι στην αγορά ψύκτες προσρόφησης χαμηλότερης ισχύος (της τάξης των 10 kW) για μικρότερες εφαρμογές. Ένας τυπικός ψύκτης προσρόφησης αποτελείται από τέσσερα κύρια μέρη (βλ. εικόνες 2 και 3), και συγκεκριμένα από δύο θαλάμους ρόφησης (ΘΡ), έναν ατμοποιητή κι έναν συμπυκνωτή. Οι θάλαμοι ρόφησης είναι εναλλάκτες θερμότητας οι οποίοι περιέχουν το στερεό προσροφητικό υλικό. Βαλβίδες διασύνδεσης (V1-V4) χρησιμοποιούνται για την σύνδεση των θαλάμων ρόφησης με τον συμπυκνωτή και τον ατμοποιητή όπως φαίνεται στην εικόνα 3, ώστε να ελέγχεται η ροή του ψυκτικού μέσου. Η προσρόφηση είναι εξώθερμη διεργασία (βλ. εικόνα 1), και γι’ αυτό η θερμότητα προσρόφησης πρέπει να απομακρύνεται με συνεχή ψύξη του θαλάμου προσρόφησης. Από την άλλη μεριά, κατά τη διεργασία της εκρόφησης απαιτείται πρόσδοση θερμότητας, ώστε το ψυκτικό μέσο να απομακρύνεται από τους πόρους του προσροφητικού υλικού.
Κύκλος λειτουργίας
Ο κύκλος λειτουργίας του ψύκτη μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις φάσεις: A, B, C και D (βλ. εικόνα 3). Στη φάση A οι βαλβίδες V2 και V4 είναι ανοιχτές, ενώ οι βαλβίδες V1 και V3 παραμένουν κλειστές. Ο θάλαμος ρόφησης 1 (ΘΡ1) βρίσκεται σε επικοινωνία με τον ατμοποιητή και εκτελείται η διεργασία της προσρόφησης / ατμοποίησης. Κατά τη διεργασία αυτή, το νερό βράζει στον ατμοποιητή υπό χαμηλή πίεση, παραλαμβάνοντας θερμότητα από το ψυχόμενο νερό. Οι υδρατμοί που παράγονται προσροφώνται από το προσροφητικό υλικό του ΘΡ1. Η θερμότητα που εκλύεται κατά τη διαδικασία της προσρόφησης παραλαμβάνεται από το κύκλωμα του νερού ψύξης.
Παράλληλα με τη διεργασία της προσρόφησης / ατμοποίησης, η διεργασία της εκρόφησης / συμπύκνωσης συντελείται στον ΘΡ2, ο οποίος είναι συνδεδεμένος με το συμπυκνωτή. Κατά τη διεργασία αυτή παρέχεται θερμότητα στον ΘΡ2 μέσω του κυκλώματος νερού θέρμανσης, και το ψυκτικό που βρίσκεται στο προσροφητικό υλικό εκροφάται. Οι εκροφόμενοι υδρατμοί συμπυκνώνονται στο συμπυκνωτή και η θερμότητα συμπύκνωσης παραλαμβάνεται από το κύκλωμα του νερού ψύξης. Τη φάση Α διαδέχεται η φάση λειτουργίας Β, κατά την οποία όλες οι βαλβίδες διασύνδεσης παραμένουν κλειστές. Κατά τη φάση Β δεν συντελείται καμία μεταφορά μάζας ψυκτικού. Ο ΘΡ1, ο οποίος προηγουμένως λειτουργούσε ως προσροφητής, θερμαίνεται αισθητά παραλαμβάνοντας θερμότητα από το κύκλωμα του θερμού νερού. Καθώς ο ΘΡ1 θερμαίνεται, η πίεσή του αυξάνεται από την πίεση του ατμοποιητή στην οποία βρισκόταν προηγουμένως στην πίεση του συμπυκνωτή.
Η διεργασία αυτή ονομάζεται προθέρμανση του ΘΡ1. Παράλληλα συντελείται η πρόψυξη του ΘΡ2. Σε αυτήν ο ΘΡ2 ψύχεται αισθητά από το κύκλωμα του νερού ψύξης και η πίεσή του πέφτει από την πίεση του συμπυκνωτή, στην οποία βρισκόταν προηγουμένως, στην πίεση του ατμοποιητή. Ο κύκλος του ψύκτη ολοκληρώνεται με τις φάσεις C και D, στις οποίες συντελούνται ακριβώς οι αντίθετες διεργασίες από τις φάσεις Α και Β. Συμπερασματικά, οι τεχνολογίες ηλιακής ψύξης έχουν αναπτυχθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια, προσφέροντας μια αξιόπιστη και φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική των συμβατικών τεχνολογιών παραγωγής ψύξης.
Ανάμεσα σε αυτές, οι ψύκτες προσρόφησης προσφέρουν τα πλεονεκτήματα της σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας αναγέννησης (της τάξης των 60 – 90ο C), της αθόρυβης λειτουργίας και των ελάχιστων κινούμενων μερών. Τα επόμενα χρόνια αναμένεται μείωση του κόστους εγκατάστασης, κάτι που θα έχει ως αποτέλεσμα την πιο ευρεία εφαρμογή τους.
*Ο κ. Ευστράτιος Γ. Παπουτσής είναι μηχανολόγος μηχανικός ΕΜΠ, κάτοχος ΜΔΕ στο ΔΠΜΣ “Παραγωγή και διαχείριση ενέργειας” και διδάκτορας του Τομέα Θερμότητας της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ.
