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Absorptionskältemaschinen

Text Datum Benutzer
Absorptionskältemaschinen
Im Rahmen meiner Diplomarbeit suche ich dringend allgemeine Informationen (Funktionsweise, Eigenschaften,...) uber Absorptionskältemaschinen.
17 Jul 2005
15:52:05
desert
Absorptionskältemaschinen Kälte Trend Anwendung Technik Systeme Funktionsweise Eigenschaften Links Energie
Guten Tag,
im Anhnang Infos zu Ihrem Thema Absorber, viel Erfolg.
Gruss Alfred


Auszug ohne Bilder aus:http://www.energytech.at/biomasse/results.html?id=3819&menulevel1=2

Die Absorptionskältemaschine
Neben dem ORC-Prozess stellt die Niedertemperatur-Absorptionsk√§ltemaschine die zweite wesentliche Komponente der Kraft-W√§rme-K√§lte-Kopplung dar. Die im Heizkraftwerk √ľber den ORC-Kondensator und den Warmwasser-Economiser ausgekoppelte W√§rme dient als Antriebsenergie f√ľr die Absorptionsk√§ltemaschine und wird dieser in Form von Fernw√§rme zugef√ľhrt.

Durch den W√§rmeaustausch zwischen dem Fernw√§rme-Wasser und dem K√§ltemittel (schwache Lithiumbromid-Wasser-L√∂sung) erfolgt im Austreiber der Absorptionsk√§ltemaschine eine Aufkonzentrierung des K√§ltemittels bei gleichzeitiger Verdampfung der Wasserkomponente. Der erzeugte Dampf wird im nachgeschalteten Verfl√ľssiger durch W√§rmeaustausch mit einem eigenen K√ľhlwasserkreislauf wieder verfl√ľssigt und gelangt in Folge in den Niederdruckteil (Verdampfer, Absorber). Durch den geringen Druck im Verdampfer kommt es zu einer abermaligen Verdampfung des K√§ltemittels und damit zu einer Abk√ľhlung des durch die Rohrb√ľndel des Verdampfers str√∂menden Kaltwassers. Im nachgeschalteten Absorber wird der K√§ltemitteldampf von der konzentrierten L√∂sung absorbiert und die dabei frei werdende W√§rme√ľ ber den K√ľhlwasserkreislauf abgef√ľhrt.

Die installierte K√§ltemaschine weist eine K√§lteleistung von 2.400 kW bei einer Leistungszahl von 0,75 auf und liefert √ľber das gesamte Jahr kontinuierlich hochwertige Niedertemperaturk√§lte von konstant 5¬įC Kaltwassertemperatur. Speziell ist dabei zu erw√§hnen, dass die hohe Leistungszahl bei einer sehr niedrigen Warmwasser-Vorlauftemperatur von nur rund 80¬įC erreicht werden kann, wodurch eine Optimierung der Strom- und K√§lteproduktion gegeben ist.



Die Energiebilanz
Im nachstehend abgebildeten Energieflussbild sind die Energiestr√∂me und die Effizienz des gesamten Projektes anschaulich dargestellt. Da das Heizkraftwerk √ľber nahezu das gesamte Jahr im Volllastbetrieb gefahren wird, weisen die einzelnen Anlagenkomponenten und somit die Gesamtanlage einen vergleichsweise hohen Jahresnutzungsgrad auf.

Die optimale Verschaltung der einzelnen W√§rmer√ľckgewinnungsanlagen (Thermo√∂l-ECO, Warmwasser-Economiser) f√ľhrt auf Grund der damit verbundenen Senkung der Rauchgasaustrittstemperatur zu einer Minimierung der W√§rmeverluste der Gesamtanlage (Rauchgasverluste < 8%).

Durch den Einsatz des ORC-Moduls ist eine effiziente Umwandlung der thermischen Energie des Thermoöls in elektrische Energie möglich. Bei einer Volllaststundenzahl von 7.500 h/a kann eine jährliche Stromproduktion von rund 8.250 MWh/a erreicht werden.

Ein Teil der √ľber den ORC-Kondensator und den Warmwasser-Economiser ausgekoppelten und dem Fernw√§rmekreislauf zugef√ľhrten W√§rme wird gegenw√§rtig bereits als Antriebsenergie f√ľr die Absorptionsk√§ltemaschine in der nahegelegenen K√§ltezentrale genutzt. Der restliche Teil der W√§rme muss zur Zeit noch gek√ľhlt werden, soll aber in den kommenden Jahren zur Versorgung von Fern- und Prozessw√§rmekunden dienen.

Thermischer Wirkungsgrad Heizkraftwerk (maximal) 74,4 %
Elektrischer Wirkungsgrad Heizkraftwerk (netto) 14,1 %
Gesamtwirkungsgrad (maximal) 88,5


http://www.gbt.ch/forum_topic.php?id=450&post_main=437

http://www.gbt.ch/forum_topic.php?f=3&id=213

Entwicklung von Membranabsorbern f√ľr
energietechnische Anlagen

1 Zusammenfassung
Im vorliegenden Projekt wurden Einsatzmöglichkeiten von Membranen in Absorptionskältemaschinen
untersucht. Im Vergleich zu Kompressionskälteanlagen brauchen Absorptionskälteanlagen
weniger mechanische Energie, sie können meist mit Abwärme betrieben werden.
Mit der innovativen Idee, Membranen in den Absorbern einzusetzen, kann eine Reihe von
Nachteilen der konventionellen Absorptionskälteanlagen beseitigt werden, insbesondere wird
die Konstruktion der Absorber mit einer bisher nicht erreichbaren Robustheit gegen
mechanische Einfl√ľsse wie Ersch√ľtterungen m√∂glich. Au√üerdem wird durch die hohe
spezifische Oberfläche der Membranen eine sehr kompakte Bauweise der Absorber ermöglicht.
Die vom ZES gewährleistete Anschubfinanzierung erlaubte es, erste abschätzende Versuche
mit einfachen Membranabsorbern durchzuf√ľhren. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass
das Verfahren prinzipiell funktioniert. Es hat sich bestätigt, dass die flächenbezogene
Absorptionskapazit√§t hoch ist und damit zu einer Miniaturisierung der Absorber f√ľhren kann.
Im Rahmen der Anschubfinanzierung durch das ZES wurde außerdem ein Antrag auf eine
F√∂rderung der weiter f√ľhrenden Arbeiten bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU)
gestellt. Der Antrag ist mittlerweile positiv begutachtet und von der DBU bewilligt, so dass die
Fortf√ľhrung des Projekts gesichert ist. F√ľr die anlagentechnische Realisierung konnte mit der
Mattes Engineering GmbH in Industriepartner gewonnen werden.

2 Stand der Technik
2.1 Überblick Absorptionskältetechnik
Kälteanlagen und Wärmepumpen, wie sie in der Kälte-, Klima- und Heizungstechnik eingesetzt
werden, sind heute √ľblicherweise als Kompressionsanlagen ausgef√ľhrt. Absorptionsanlagen, in
denen die mechanische Kompression durch einen Absorber-Desorber-Kreislauf ersetzt wird,
haben sich trotz signifikanter Vorteile bislang nur in engen Marktsegmenten durchsetzen
k√∂nnen. In Absorptionsanlagen werden derzeit praktisch ausschlie√ülich Rohrb√ľndelabsorber
eingesetzt, die relativ teuer und gro√ü sind. In j√ľngster Zeit gibt es auch Versuche,
Plattenabsorber zu etablieren, die bei √§hnlicher Funktionsweise wie die Rohrb√ľndelapparate
durch eine einfachere Fertigung zu einer Kostenreduktion f√ľhren k√∂nnten. Die hier vorgestellte
Idee, Membranabsorber f√ľr diese Anwendungen einzusetzen, ist neu.
√Ąhnlich wie Absorptionsanlagen funktionieren Adsorptionsanlagen, z.B. auf der Basis von
Zeolithen, die jedoch im Moment noch keinen nennenswerten Anteil am Markt f√ľr K√§lteanlagen
oder Wärmepumpen haben [1] und hier nicht weiter betrachtet werden.
Hier werden als Anwendungsgebiete der neuen Membranabsorber bzw. ‚Äďdesorber nur
Kälteanlagen und Wärmepumpen näher diskutiert. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die
neue Technik z.B. auch f√ľr die so genannte W√§rmetransformation eignet. Ferner k√∂nnen
unabh√§ngig von den hier diskutierten energietechnischen Anwendungen gek√ľhlte oder beheizte
Membranapparate auch f√ľr andere Anwendungen der Absorption bzw. Desorption, z.B. in der
Gasreinigung, Reaktionstechnik oder Biotechnologie eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die konventionelle Absorptionstechnik der konventionellen Kompressionstechnik
am Beispiel einer K√§lteanlage gegen√ľbergestellt. Die Abbildung 1 zeigt Schemata einer
Absorptionskälteanlage sowie einer Kompressionskälteanlage. Beide Anlagen benötigen einen
Verdampfer, der die W√§rme von dem zu k√ľhlenden Objekt √ľber eine Verdampfung bei tiefer
Temperatur und geringem Druck aufnimmt, und einen Kondensator, in dem das auf höheren
Druck verdichtete Kältemittel bei hoher Temperatur unter Wärmeabgabe an die Umgebung
kondensiert.
Während bei einer Kompressionskälteanlage der mechanisch angetriebene Gasverdichter den
K√§ltemitteldampf auf den zur Kondensation ben√∂tigten hohen Druck verdichtet, √ľbernimmt
diese Funktion bei einer Absorptionsk√§lteanlage der so genannte ‚Äěthermische Verdichter‚Äú.
Absorber bzw. Desorber werden auf dem Druckniveau des Verdampfers bzw. des
Kondensators betrieben. Bei der Absorption des K√§ltemittels muss W√§rme abgef√ľhrt werden,
bei der Desorption wird W√§rme zugef√ľhrt. Um eine K√ľhlung gegen die Umgebung zu
erm√∂glichen, erfolgt die Absorption auf dem Temperaturniveau des Kondensators. F√ľr die
Desorption muss Wärme bei höherer Temperatur bereit gestellt werden. Die Antriebsleistung
der Pumpe, die benötigt wird, um das beladene Absorptionsmittel vom Verdampferdruck auf
den Kondensatordruck zu fördern, ist im Vergleich zur Antriebsleistung des Kompressors bei
der Kompressionskälteanlage gering. Damit wird zur Bereitstellung der Kälteleistung in der
Absorptionskälteanlage im Wesentlichen nur die Heizwärme zum Betrieb des Desorbers
benötigt.
Die Anwendung der Absorptionskältetechnik ist also dort hoch interessant, wo die Wärme zum
Betrieb des Desorbers g√ľnstig zur Verf√ľgung gestellt werden kann, z.B. als Abw√§rme oder √ľber
solare Beheizung, da sie die Bereitstellung von Kälte praktisch ohne Einsatz von Primärenergie
ermöglicht. Daraus folgen auch niedrige Betriebskosten. Zudem sind Absorptionskälteanlagen
bekannt f√ľr ihre Langlebigkeit (oft √ľber 30 Jahre) und ihren geringen Wartungsaufwand. Die
geringen Ger√§uschemissionen von Absorptionsk√§lteanlagen k√∂nnen f√ľr Anwendungen in
unmittelbarer Nähe von Menschen ein entscheidender Vorteil sein.
F√ľr den Betrieb von Absorptionsk√§lteanlagen werden dar√ľber hinaus keine FCKWs ben√∂tigt.
Vielmehr arbeiten Absorptionsanlagen mit so genannten ‚Äěnat√ľrlichen‚Äú K√§ltemitteln, haupts√§chlich
mit den Arbeitsstoffpaaren Ammoniak / Wasser und Wasser / Lithiumbromid. Während
ersteres √ľberwiegend in Absorptionsk√§lteanlagen zur Erzeugung von Nutzk√§lte unter 0 ¬įC
verwendet wird, findet letzteres in Klimaanlagen oder bei der Kaltwassererzeugung Anwendung.
Allerdings werden zur Zeit auch Kompressionskältemaschinen mit alternativen Kältemitteln
entwickelt [2].
Die hier f√ľr die Absorptionsk√§lteanlagen getroffenen Aussagen gelten f√ľr die Absorptionsw√§rmepumpen
analog.
Das Institut f√ľr Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik (ITT),
Universität Stuttgart, besitzt langjährige Erfahrungen mit dem Betrieb von Absorptionsanlagen
im Labormaßstab und mit der Untersuchung von Arbeitsstoffgemischen [3, 4, 5] sowie mit der
Modellierung und Simulation von Absorptionsprozessen [6, 7, 8, 9].
2.2 Defizite der Absorptionskältetechnik
Trotz der geschilderten Vorteile wird die Absorptionstechnik derzeit noch vergleichsweise selten
zur Kälteerzeugung oder in Wärmepumpen eingesetzt. Dies liegt im Wesentlichen an den
hohen Investitionskosten, die deutlich √ľber denen vergleichbarer Kompressionsanlagen liegen.
Der Vorteil der geringen Betriebskosten von Absorptionsanlagen schlägt bei wirtschaftlichen
Vergleichen, bei denen der Horizont nur wenige Jahre betr√§gt (meist nur 3 ‚Äď 5 Jahre), nicht
ausreichend zu Buche. Der Absorber ist das teuerste Aggregat der Absorptionskälteanlage und
bestimmt entscheidend die Investitionskosten.
Insbesondere im Sektor der Transportk√ľhlung/-klimatisierung konnte die Absorptionstechnologie
bislang nicht Fuß fassen, obwohl erste Untersuchungen viel versprechende
Ergebnisse gebracht haben und die Vorteile gegen√ľber der Kompressionstechnologie belegen
(Untersuchungen zu Abgas betriebenen Absorptionsk√§lteanlagen f√ľr Nutzfahrzeuge [10] und
zum Einsatz von Absorptionsk√§lteanlagen auf K√ľhlschiffen unter Verwendung der
Motorabwärme [11]). Eine der größten technischen Schwierigkeiten beim Einsatz der
Absorptionstechnik im mobilen Bereich ist die Empfindlichkeit der √ľblichen Absorber gegen
mechanische Ersch√ľtterungen. In diesen Absorbern liegen rieselnde Fallfilme vor. Mechanische
Einfl√ľsse st√∂ren die Str√∂mungsmuster dabei i.a. erheblich und f√ľhren schnell zu nicht mehr
akzeptablen Einbußen in der Apparateleistung.
2.3 Handlungsbedarf
Die im Vergleich zu Kompressionsanlagen zu hohen Investitionskosten, ein zu großes
Bauvolumen des Absorbers und mangelnde Robustheit gegen Ersch√ľtterungen sind
wesentliche Hemmnisse, die eine weitere Verbreitung der Absorptionstechnologie in
K√§lteanlagen und W√§rmepumpen behindern und dazu f√ľhren, dass auch bei g√ľnstigen
energetischen Randbedingungen, wie der Möglichkeit der Abwärmenutzung, häufig
Kompressionsanlagen eingesetzt werden.
Daraus k√∂nnen folgende Schlussfolgerungen f√ľr die Weiterentwicklung von Absorptionsanlagen
abgeleitet werden:
· Der Erfolg der Absorptionstechnologie hängt wesentlich von der Reduzierung der
Investitionskosten ab. Die Investitionskosten selbst sind entscheidend von der
kosteng√ľnstigen Fertigung des Absorbers abh√§ngig. Auf die Verbesserung des Absorbers
sind somit die Anstrengungen zu konzentrieren.
· Zur Erschließung neuer Märkte im dezentralen und mobilen Bereich muss die Absorptionskälteanlage
kompakt, leicht und robust gegen mechanische Ersch√ľtterungen sein.
Grunds√§tzlich gilt, dass sich dort die gr√∂√üten Anreize f√ľr den Einsatz von Absorptionsk√§lteanlagen
bieten, wo W√§rme g√ľnstig zur Verf√ľgung steht, z.B. in Form von Abw√§rme oder
solarer Beheizung.
3 Projektidee
Von den im Projekt kooperierenden Partnern wurde vor kurzem vorgeschlagen, in
Absorptionsk√§lteanlagen bzw. ‚Äďw√§rmepumpen Membranabsorber und ‚Äďdesorber einzusetzen.
Die neue Membrantechnik hat das Potenzial, die oben genannten Defizite zu √ľberwinden und
mit kosteng√ľnstigen, kompakten und robusten Absorbern und Desorbern den
Absorptionsk√§lteanlagen und ‚Äďw√§rmepumpen neue Anwendungsfelder zu erschlie√üen. Die
Abbildung 2 zeigt die Absorptionskälteanlage mit Membranabsorber und -desorber. Ein
wesentliches Merkmal der dabei eingesetzten Membranabsorber bzw. -desorber ist die integrierte
K√ľhlung bzw. Heizung.
In den Absorbern bzw. Desorbern sollen zunächst Porenmembranen eingesetzt werden. Ob als
Alternative hierzu auch selektive Membranen in Betracht kommen, die i.a. geringere Durchsätze
aufweisen, muss noch untersucht werden. In jedem Fall sind die Membranabsorber bzw.
-desorber durch die Zwangsf√ľhrung der Phasen wesentlich robuster gegen Ersch√ľtterungen als
die konventionellen Rohrb√ľndelapparate.
Mit der Membrantechnik gelingt es, kompakte Absorber und Desorber zu realisieren. Während
bei herk√∂mmlichen Rohrb√ľndelapparaten die volumenbezogene Stoffaustauschfl√§che im
Bereich von 25 m2/m3 liegt, können mit Membranabsorbern leicht Werte um 500 m2/m3 erreicht
werden. Dabei beziehen sich beide Zahlenangaben auf die effektive Stoffaustauschfläche, d.h.
bei diesem Vergleich ist bereits ber√ľcksichtigt, dass bei Porenmembranen nur etwa 40% der
Membranfl√§che f√ľr den Stoff√ľbergang zur Verf√ľgung steht.
Bei der Bewertung von Membrananlagen spielen Standzeiten häufig eine entscheidende Rolle.
Aus dem Betrieb von Membran-Lösungsmittelaufbereitungsanlagen, in denen Ammoniak
belastete Abwässer durch Pervaporation gereinigt werden, liegen Langzeiterfahrungen vor, die
zeigen, dass diese Probleme bei dem wichtigsten hier interessierenden Stoffpaar beherrschbar
sind.
Die Preise von Membranmaterialien sind in den letzten Jahren durch das sich vergrößernde
Marktvolumen deutlich gesunken. Bei gr√∂√üeren St√ľckzahlen sind Gestehungskosten von unter
100 ‚ā¨/m2 realistisch. Es stehen zahlreiche ausgereifte Membranmaterialien und Tr√§germaterialien
zum Bau kompakter Membranmodule zur Verf√ľgung. Auch druckstabile Keramikmembranen
sind verf√ľgbar, die in jede beliebige Form gebracht werden k√∂nnen.
Die Diskussion zeigt, dass eine Realisierung der Idee, die dem Projekt zugrunde liegt,
grundsätzlich möglich ist. In Vorarbeiten (siehe Abschnitt 4) wurde ein Machbarkeitsnachweis
experimentell erbracht.
4 Forschung am ITT
4.1 Entwicklung von Membranabsorbern ‚Äď Absch√§tzende Versuche
Am ITT wurden mehrere in ihrer Komplexität unterschiedliche Absorberkonzepte ausgearbeitet:
· Dialysemodul
· Plattenmodul
· Schlauchmodul
¬∑ Modul mit integrierter K√ľhlung
F√ľr erste Versuche mit Membranmodulen wurde ein Dialysemodul gekauft, das sich aber zur
Ammoniak-Absorption auf Grund von Undichtigkeiten nicht eignete. Ebenfalls als ungeeignet
stellte sich ein Plattenmodul heraus, in dem die Fl√ľssig- und Gasphase durch eine ebene
Keramikmembran getrennt waren [12].
Deutlich viel versprechender erwiesen sich Konzepte mit Hohlfasermembranen aus Polypropylen.
Die verwendeten Hohlfasern haben einen Außendurchmesser von 2,7 mm, eine
Wanddicke von 0,45 mm und eine maximale Porengröße von 0,64 mm.
Ein einfacher Aufbau eines Hohlfasermoduls ist in Abbildung 3 mit dem so genannten
Schlauchmodul dargestellt.
Abbildung 3: Schlauchmodul
Mit diesem Schlauchmodul, in dem eine ca. 20 cm lange Hohlfasermembran in einem Schlauch
befestigt ist, erfolgten erste belastbare Versuche. Im Bereich geringer Ammoniak-
Konzentrationen der Fl√ľssigphase wurden im Rahmen einer Master‚Äôs Thesis [13] Messungen
durchgef√ľhrt, die in der Zukunft durch Messreihen bei hohen Ammoniak-Konzentrationen in der
Fl√ľssigphase erg√§nzt werden sollen.
Bei den Versuchen wurde eine Ammoniak-Absorptionsleistung von ungefähr 147 g/m2s,
entsprechend einer K√§lteleistung von ca. 175 kW/m2, erzielt. Dies √ľbertrifft die Erwartungen
deutlich. Die vorliegenden Ergebnisse bestätigen die Machbarkeit des Verfahrens.
F√ľr zuk√ľnftige Versuche wurde ein modular aufgebauter Absorber entworfen und hergestellt,
der aus Absorptionsmodulen und K√ľhlmodulen, besteht. Die
Absorptionsmodule bestehen aus 126 Hohlfasermembranen der Länge 10,5 cm. Die
K√ľhlmodule sollen f√ľr eine konstante Absorptionstemperatur sorgen und damit verhindern, dass
durch eine Temperaturerh√∂hung das Gleichgewicht fr√ľher erreicht wird und damit die
Absorption zum Erliegen kommt.
Die vorgeschlagene Variante erlaubt einen modulartigen Aufbau des Apparates aus zwei
Grundelementen, die in beliebiger Anzahl und Anordnung als so genannter Stack zusammengesetzt
sind. Damit l√§sst sich die gew√ľnschte Leistung des Absorbers durch die Anzahl der
Membranmodule steuern, und je nach notwendiger K√ľhlleistung werden K√ľhlmodule
dazwischen gesetzt.
Eine Skizze der beiden Module findet sich in Abbildung 6. Sie zeigt eine Aufsicht auf die beiden
aus Kunststoff gefertigten Grundkörper (punktiert) mit Kanälen und eingebauten
Hohlfasermembranen bzw. Rohren. Im Bild links sind die Teile grau unterlegt, die gasförmigen
Ammoniak f√ľhren, im Bild rechts sind die Teile grau unterlegt, die K√ľhlwasser f√ľhren.
Beide Grundelemente bestehen aus dem gleichen, symmetrischen Kunststoffrahmen, der einen
zentralen Kanal (1) f√ľr das L√∂sungsmittel (Wasser, Str√∂mung senkrecht zur Bildebene) und vier
weitere, symmetrisch im Randbereich angeordnete Zu- bzw. Ablaufkan√§le f√ľr das Gas (2, Str√∂mung
senkrecht zur Bildebene) und das K√ľhlmedium (4, Str√∂mung senkrecht zur Bildebene)
besitzt. Durch Dichtelemente zwischen den Grundelementen (in Abbildung 4 nicht dargestellt)
werden die Kanäle gegeneinander sowie gegen die Umgebung geeignet abgedichtet.
Im ersten Grundelement (in Abbildung 4 links) sind die zwei gegen√ľberliegenden
Zu-/Ablaufkan√§le f√ľr den Ammoniak (2) durch Membran-Hohlfaserleitungen (3, Str√∂mung des
Gases in Bildebene) verbunden. Im zweiten Grundelement (in Abbildung 4 rechts) sind die zwei
gegen√ľberliegende Zu-/Ablaufkan√§le f√ľr das K√ľhlmedium (4) durch Metallrohre (5, Str√∂mung
des K√ľhlwassers in Bildebene) verbunden. Das L√∂sungsmittel (Wasser) durchstr√∂mt den
zentralen Kanal in der Mitte und wird so durch einen Stack aus beliebig vielen Grundelementen
geleitet, in dem es entweder Hohlfasermembranen oder K√ľhlerwasserrohre umstr√∂mt.
4.2 Modellbildung
Im Rahmen der Arbeiten am ITT dienten √ľberschl√§gige Rechnungen zur Bestimmung der
notwendigen Dr√ľcke und Temperaturen im Absorber in Abh√§ngigkeit von der gew√ľnschten
K√§lteleistung. F√ľr eine K√§lteleistung von 7 kW, wie sie in PKW √ľblich ist, w√§re eine
Absorberfl√§che von nur etwa 0,04 m2 n√∂tig. Auch wenn zu ber√ľcksichtigen ist, dass die
Absorptionsleistung bei h√∂heren Ammoniak-Konzentrationen der Fl√ľssigphase abnehmen wird,
ergeben sich immer noch sehr kleine Baugrößen. Selbst eine um einen Faktor 100 schlechtere
Absorptionsleistung f√ľhrt bei typischen Fl√§chendichten bei Membranabsorbern (bis zu
1000 m²/m³) zu einer Baugröße von nur 4 l. Die Aussicht, den Absorber in dieser (kleinen)
Größe bauen zu können, ist Motivation, um das Projekt auch in Zukunft voranzutreiben.
4.3 Ausblick
Zur genauen Beurteilung des Absorptionsverhaltens unter realistischen Bedingungen m√ľssen
noch Versuche mit hohen Ammoniak-Eintrittskonzentrationen in der Fl√ľssigphase gefahren
werden. F√ľr Anwendungen in K√§ltekreisl√§ufen ist es wichtig, dass die Absorption nahezu bis zur
Sättigung abläuft, so dass der entstehenden reichen Lösung im Desorber auch wieder das
Ammoniak ausgetrieben werden kann.
Die bestehende Versuchsanlage wird in Zukunft kontinuierlich erweitert. Dazu gehört auch die
Bereitstellung eines Desorbers, der insbesondere auch als Ammoniak-Zufuhr bei hohen
absorbierten Mengen dienen soll. Parallel zu den Versuchen werden Simulationen durchgef√ľhrt,
die die Beobachtungen möglichst genau wiedergeben sollen.
Bis Mitte 2004 sollen genaue Daten zur Absorptionskapazität vorliegen, die dann auch als
Grundlage einer Markt- und Wirtschaftlichkeitsstudie dienen sollen.

Literatur
[1] Entwicklung einer Heizkessel-Wärmepumpe, Zeo-Tech Zeolith-Technologie GmbH, DBU AZ
10266/02.
[2] Untersuchung der Eignung einer Kältemaschine mit CO2 als Arbeitsmedium zur Fahrzeugklimatisierung.
DBU, AZ 05279 .
[3] Hengerer, R.: Untersuchungen des ternären Gemisches Trifluorethanol-Wasser-Tetraethylenglykoldimethylether
als Arbeitsstoffgemisch f√ľr W√§rmetransformatoren. Dissertation Universit√§t Stuttgart,
1991.
[4] Genssle, A.: Wärmetransformation mit dem Arbeitsstoffpaar Trifluorethanol- Tetraethylenglykoldimethyl
ether. Dissertation Universität Stuttgart, 2001.
[5] Seher, S.; Stephan, K.: Arbeitsgemische f√ľr Sorptionsw√§rmepumpen. K√§lte-Klima-Heizung, Seiten
865-876, 1995.
[6] Butz, D.; Stephan, K.: Dynamic Behaviour of an Absorption Heat Pump. Int. J. Refrig., Vol. 12,
Seiten 204-212, 1989.
[7] Schmitt, M.: Dynamisches Verhalten von Absorptionswärmetransformatoren am Beispiel einer mit
NaOH-H2O betriebenen Anlage. Dissertation, Universität Stuttgart, 1996.
[8] Hackner, M.; Weimer, T.; Stephan, K.: Steady-state and Dynamic Simulation of Horizontal Tube
Absorbers. Proc. Of the Int. Sorption Heat Pump Conf., Shanghai, 2002.
[9] Hackner, M.: Modellierung, Simulation und Analyse der Absorption in horizontalen
Rohrb√ľndelapparaten von Sorptionsanlagen. Dissertation, Universit√§t Stuttgart, 2003.
[10] Köhler, J.; Tegethoff, J.; Westphalen, D.; Sonnekalb, M.: Absorption Refrigeration System for
Mobile Applications Utilizing Exhaust Gases. Heat and Mass Transfer, Vol. 32, No. 5, Seiten 333-
340, 1997.
[11] Zengzhi, Y.: Systemtechnische Untersuchung von Ammoniak -Absorptionsk√§lteanlagen f√ľr die
Schifffahrt. Dissertation TU Hamburg-Harburg, 1997.
[12] Kazmierczak, R.: Membranabsorption mit simultaner K√ľhlung: Herstellung eines gek√ľhlten
Membranabsorbers und Aufbau der Versuchsanlage. Studienarbeit, Universität Stuttgart, 2004.
[13] Dodda, N.: Experimental Study on Ammonia Absorption in Water through Polymeric Membranes.
Master’s Thesis, Universität Stuttgart, 2004.

Auszug ohne Bilder aus:http://www.zes.uni-stuttgart.de/deutsch/downloads/ZES_2004_0002_Membranabsorption.pdf

Diese Anlage ist ein Meilenstein‚ÄĚ, betont Dipl.-Ing. Dipl.-
Wirt.Ing. Dietmar Wenner, Leiter der Abteilung Versorgungsund
Medientechnik der RWTH. In dieser Funktion ist er unter
anderem zust√§ndig f√ľr den Betrieb des urspr√ľnglichen
Heizwerkes in Seffent-Melaten, dessen Ausbau er in den
vergangenen Jahren mit viel Herzblut voran trieb. ‚ÄěVor nicht
allzu langer Zeit standen hier im wesentlichen drei große
Kessel, die warmes Wasser produzierten‚ÄĚ, formuliert er
leicht s√ľffisant und beschreibt dann engagiert gemeinsam
mit Manfred Schröder den erreichten technischen Standard.
Die modernisierte Einrichtung verf√ľgt jetzt als effiziente Energiezentrale
√ľber eine Kraft-W√§rme-K√§lte-Kopplung, kurz
KWKK genannt. ‚ÄěEin erster Schritt dorthin wurde getan, als
vor etwa zweieinhalb Jahren die Kälteanlagen ausgetauscht
werden mussten‚ÄĚ, berichtet Wenner. Diese Maschinen arbeiteten
noch mit dem K√ľhlmittel R12, einem ozonsch√§digenden
Fluorchlorkohlenwasserstoff. Sie wurden ersetzt
durch zwei Absorptionskältemaschinen mit je einem Megawatt
und einer Kompressionskälteanlage mit zwei Megawatt
K√§lteleistung. ‚ÄěDamit wurden die Voraussetzungen f√ľr die
Kraft-W√§rme-K√§lte-Kopplung geschaffen‚ÄĚ, erl√§utert Schr√∂der,
Betriebsleiter des Heizwerkes als Nachfolger von Wilfried
Gardon, selbst bereits seit 16 Jahren in der Energieversorgung
der Hochschule tätig. Vorteil der neuen Absorber-
Kältemaschinen sei nämlich, dass sie Wärme durch thermische
Verdichtung in Kälte umwandeln. So kann die bei der
Stromerzeugung entstehende Abwärme zur Kälteerzeugung
genutzt werden.
Vom Heizwerk zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Zum vorläufigen Abschluss kam der Ausbau des Werks im
Norden der Hochschule dann im Juni dieses Jahres. Ende
2003 hatte die RWTH die Anmietung und Wartung eines
Blockheizkraftwerk-Moduls ausgeschrieben. ‚ÄěPlanung, Erarbeitung
des Gesamtkonzeptes wie auch die Ausschreibung
erfolgte in Eigenregie und nicht wie √ľblich √ľber den Bauund
Liegenschaftsbetrieb‚ÄĚ, betont Wenner. Die Stadtwerke
Aachen konnten sich mit dem g√ľnstigsten Angebot gegen
die Mitwettbewerber durchsetzen. Im Februar 2004 begannen
die Installationsarbeiten f√ľr das BHKW, die Stawag investierte
insgesamt rund eine Million Euro. Die RWTH wurde
als Betreiberin der Anlage f√ľr zw√∂lf Jahren zur Mieterin, ihre
monatlichen Zahlungen belaufen sich auf 10.000 Euro. F√ľr
dieselbe Laufzeit schloss sie mit der Stawag außerdem einen
Wartungsvertrag ab.
Seit September läuft die Anlage jetzt einwandfrei, so
Schröder. Die mit Erdgas betriebene Maschine des Blockheizkraftwerks
produziert Strom, etwa ein Drittel des Gesamtbedarfs
der Hochschulinstitute im Erweiterungsgebiet.
Im Verbund mit den Absorptionskältemaschinen wird aus
der dabei anfallenden Wärme wiederum Kälte produziert.
Und neben den ökologischen Vorteilen bringe dies handfeste
finanzielle Gewinne mit sich, wie Wirtschaftsingenieur
Wenner unterstreicht: ‚ÄěDie Kraft-W√§rme-K√§lte-Kopplung
erm√∂glicht uns, das Gas als eingekaufte Prim√§renergie optimal auszunutzen.‚ÄĚ Zudem sei es gelungen, Ende 2003 mit
der Eon Ruhrgas AG einen Gasliefervertrag abzuschließen,
der √ľber zwei Jahre einen sehr g√ľnstigen Festpreis garantiere.
‚ÄěDamit stimmt derzeit die Schere zugunsten der Hochschule:
W√§hrend die Energiepreise steigen, k√∂nnen wir kosteng√ľnstig
versorgen.‚ÄĚ Wenner sch√§tzt die Einsparungen
bis Ende 2005 auf mehrere Hunderttausend Euro und warnt
aber gleichzeitig davor, dies auf die weitere Zukunft hochzurechnen:
‚ÄěVon der Erd√∂lpreisentwicklung sind wir nur vorl√§ufig
entkoppelt.‚ÄĚ
Versorgung einer mittleren Stadt
Grundsätzlich ist die Betriebstechnik der Hochschule in ihrer
Struktur durchaus mit dem Versorgungswerk einer mittleren
Stadt vergleichbar, beschreibt Manfred Schröder. So werden
alle Gebäude im Nordwesten der Hochschule einschließlich
Universitätsklinikum und Feuerwache mit Wärme, ein Großteil
davon mit K√§lte und dar√ľber hinaus noch eine Reihe von Instituten
mit Druckluft versorgt. Aufgrund der regen Bautätigkeit
in Seffent-Melaten werde der Bedarf noch wachsen,
‚Äěwobei der hohe Technisierungsgrad mit einem hohen Klimatisierungsbedarf
einhergeht‚ÄĚ, wie Wenner res√ľmiert. Ursache
sei nicht zuletzt das Hochschulentwicklungskonzept,
das eine Verlagerung der technikintensiven Bereiche in das
Erweiterungsgel√§nde unter anderem aus Gr√ľnden des Immissionsschutzes
im st√§dtischen Bereich vors√§he. ‚ÄěDie Reinraumtechnologien
der Halbleiterinstitute brauchen ebenso
wie große Maschinen oder Versuchseinrichtungen entsprechende
K√ľhlung.‚ÄĚ
Angesichts der jetzt verf√ľgbaren Technologie sei es auf
jeden Fall möglich, nun thermodynamische Kreisprozesse zu
koppeln und einen hohen Energienutzungsgrad von weit
√ľber 80 Prozent zu erreichen, zieht Wenner als Fazit. Und
erwartungsgemäß läuft der Motor des neuen Blockheizkraftwerks
derzeit unter Volldampf. Die garantierte Verf√ľgbarkeit
des Moduls liegt bei 95 Prozent, das sind mehr als 8.000 Betriebsstunden
im Jahr. Die wenigen Stillstandszeiten sind
notwendig f√ľr kleinere Wartungen. In sieben Jahren ist eine gro√üe Revision erforderlich, was laut Schr√∂der bedeutet,
‚Äědass die Anlage komplett zerlegt und √ľberholt wird‚ÄĚ. Diese
Kosten sind bereits √ľber den Wartungsvertrag abgegolten,
nach insgesamt zwölf Jahren geht das BHKW allerdings
in das Eigentum der Hochschule √ľber. ‚ÄěWir werden dann
entscheiden m√ľssen, ob eine weitere General√ľberholung
noch sinnvoll ist‚ÄĚ, meint Abteilungsleiter Wenner.
Energiezentrale ist noch ausbaufähig
F√ľr die n√§here Zukunft h√§lt er den Ausbau der Kapazit√§ten
in Seffent-Melaten f√ľr durchaus w√ľnschenswert. Mit einem
zweiten Blockheizkraftwerk-Modul w√ľrden die Energieexperten
der Hochschulverwaltung die RWTH f√ľr die n√§chsten
Jahre optimal ger√ľstet sehen, wenngleich sie unumwunden
zugeben, dass ‚Äěwir schon die n√§chste Anlage konzeptionell
planen, kaum dass wir die erste ausgepackt haben.‚ÄĚ F√ľr
verbesserungsbed√ľrftig halten sie in jedem Fall die Hydraulik
des Kaltwassernetzes, denn vor allem in älteren Gebäuden
muss noch zus√§tzliche elektrische Energie f√ľr Pumpen aufgewendet
werden: ‚ÄěWir bekommen die K√§lte sonst nicht
hinein.‚ÄĚ Und nicht nur dieses Beispiel mache deutlich, dass
die technische Versorgung der √ľber viele Jahrzehnte gewachsenen
Hochschule kein einfaches Unterfangen ist. Machbar
sei das nur bei konstruktiver Mitarbeit sämtlicher Bereiche
wie beispielsweise L√ľftung, Sanit√§r, Heizung, Klima und der
Elektrotechnik, betont Wenner nachdr√ľcklich: ‚ÄěNur das Zusammenspiel
aller f√ľhrt zu wirtschaftlichen Ergebnissen.‚ÄĚ

Auszug aus:http://www-zhv.rwth-aachen.de/zentral/dez3_insight_insight_4_04.pdf

18 Jul 2005
11:05:44
Alfred
Absorptions Kälte Grundlagen Anwendungen Hersteller Mattes Abwärme Trend Anwendung Technik Systeme Funktionsweise Eigenschaften Links Energie
Guten Tag,
Links und Text zu Ihrem Thema.
Gruss Antoine


Grundlage Kälte aus Wärme
K√§lteerzeugung erfolgt heute mit Kompressions-K√§lteanlagen, die mittels elektrischer Energie angetrieben werden. Es k√∂nnen aber auch andere Verfahren, z.B. Absorptions-K√§lteanlagen, eingesetzt werden. Anders als beim Kompressions-K√§lteproze√ü wird in der Absorptions-K√§lteanlage der K√§ltemitteldampf nicht mechanisch, sondern durch eine geeignete Fl√ľssigkeit (Absorptionsmittel, Mehrkomponentengemisch) im Absorber gel√∂st (verfl√ľssigt) und in der Fl√ľssigphase verdichtet. Anschlie√üend wird das K√§ltemittel dann durch Zufuhr von W√§rme wieder aus der L√∂sung ausgetrieben und kann wie in der Kompressions-K√§lteanlage im Kondensator verfl√ľssigt werden. Das System besteht aus einer Kette hintereinander geschalteter W√§rmetauscher. Die f√ľr den Antrieb der L√∂sungsmittelpumpen ben√∂tigte elektrische Leistung betr√§gt dabei nur wenige Prozente der mechanischen Antriebsenergie vergleichbarer Kompressions-K√§lteanlagen.

Absorptions-K√§lteanlagen haben besonders g√ľnstige Betriebseigenschaften
‚ÄĘ Antrieb durch "billige" (Ab) W√§rme, geringer Bedarf an elektrischer Energie, kleine elektrische Anschlu√üleistungen,
‚ÄĘ einfacher Aufbau, einfache Bedienung und Unterhaltung,
‚ÄĘ Zuverl√§ssigkeit, √ľberlegene Verf√ľgbarkeit,
‚ÄĘ g√ľnstiges Teillastverhalten bei proportionaler Abnahme der erforderlichen W√§rmezufuhr,
‚ÄĘ Anspruchslosigkeit im Hinblick auf Ersatzteilbedarf,
‚ÄĘ au√üer Pumpen keine beweglichen, verschleissbehafteten Maschinen,
‚ÄĘ umweltfreundliche Arbeitsstoffe,
‚ÄĘ das K√§ltemittel ist √∂lfrei,
‚ÄĘ geringer Ger√§uschpegel, keine Vibrationen,
‚ÄĘ problemlose Aufstellung im Freien (gilt f√ľr Ammoniak Absorptions-K√§lteanlagen), lange Lebensdauer.
Verf√ľgbare Verfahren
F√ľr den Einsatz in Absorptions-K√§lteanlagen eignen sich etwa zehn Stoffpaare als Arbeitsmittel. Bisher werden jedoch nur zwei Stoffpaare in K√§lteanlagen technisch eingesetzt.
Technisch verf√ľgbare Stoffpaare f√ľr Absorptions-K√§lteanlagen
Lithium Bromid Absorption
Ammoniak /Wasser Absorption
Kältemittel Wasser /Ammoniak
Lösungsmittel /Lithium Bromid Lösung /Wasser
Wasser/Lithium-Bromid Absorptions-Kälteanlagen
‚ÄĘ Wasser ist das K√§ltemittel und die w√§√ürige Lithium-Bromid-L√∂sung das L√∂sungsmittel, das K√§ltemittel Wasser verhindert den Einsatz unter 0¬įC,
‚ÄĘ Lithium-Bromid Salz in w√§√üriger L√∂sung ist nahezu ungiftig, nicht brennbar und geruchlos,
‚ÄĘ werden fast ausschlie√ülich zur Kaltwassererzeugung in der Klimatechnik eingesetzt, Kaltwasser-Austrittstemperaturen bis etwa +5¬įC sind realisierbar,
‚ÄĘ Arbeitsdr√ľcke im Verdampfer und im Kondensator liegen im tiefen Vakuum,
‚ÄĘ werden als Kompakts√§tze und in gro√üen St√ľckzahlen kosteng√ľnstig in Serie gebaut.
Ammoniak/Wasser Absorptions-Kälteanlagen
‚ÄĘ Ammoniak ist das K√§ltemittel und Wasser das L√∂sungsmittel,
‚ÄĘ Ammoniak ist √§tzend, riecht stechend und ist giftig, allerdings warnt der stechende Geruch rechtzeitig und verhindert so im allgemeinen gesundheitliche Sch√§digungen,
‚ÄĘ Ammoniak-Luft-Gemische sind kaum entz√ľndbar, sind aber bei hohen Ammoniak-An-teilen von 15,5 bis 27 Vol.% explosiv,
‚ÄĘ in Wasser gel√∂stes Ammoniak ist √§tzend,
‚ÄĘ Ammoniak ist erheblich leichter als Luft,
‚ÄĘ Ammoniak ist bei Umgebungsdruck oberhalb von minus 33,4¬įC gasf√∂rmig, Anlagen mit Verdampfungstemperaturen < minus 33¬įc arbeiten daher unterhalb umgebungsdruck (vakuum),
‚ÄĘ tiefe Temperaturen bis -60¬įC (-65¬įC) sind erreichbar,
wegen der erh√∂hten Systemdr√ľcke ist die Herstellung dieser Anlagen teurer als jene, die Lithium-Bromid als Arbeitsmittel verwenden
Verfahrensbeschreibung
Das grunds√§tzliche Verfahren der Absorptions-K√§lteanlagen der beiden vorgenannten Stoffpaare ist sehr √§hnlich, allerdings erfordern die Stoffeigenschaften der eingesetzten Medien angepa√üte Systemvariationen. Beide Systeme zeichnen sich durch g√ľnstige thermodynamische Eigenschaften der K√§ltemittel aus. Das Verfahren der Absorptions-K√§lteanlagen kann mit dem der Kompressions-K√§lteanlagen verglichen werden, wobei der mechanische Verdichter durch einen "thermischen Verdichter" ersetzt wird.

Vergleich der Verfahren Kompressions-/Absorptions-Kälteanlagen
Kompressions-Kälteanlage/ Absorptions-Kälteanlage
Verdichter/ mechanisch/ thermisch
Kreisläufe/ Kältemittel/ Kältemittel Lösungsmittel
Kältemittelkreislauf
‚ÄĘ dem verdampfenden K√§ltemittel wird im Verdampfer bei entsprechendem Druck und entsprechender Temperatur W√§rme (K√§lte) Qverd zugef√ľhrt,
‚ÄĘ der K√§ltemitteldampf wird abgesaugt und durch Energiezufuhr Nk im Verdichter auf h√∂heren Druck verdichtet,
‚ÄĘ im Kondensator wird das K√§ltemittel durch W√§rmeabfuhr Qcond an die Umgebung verfl√ľssigt,
‚ÄĘ das verfl√ľssigte K√§ltemittel gelangt √ľber das Entspannungsventil wieder in den Verdampfer,
Absorptions-Kälteanlage
Absorptions-Kälteanlage (thermischer Verdichter)
Lösungsmittel-Kreislauf
‚ÄĘ der K√§ltemittel-Kreislauf ist im Prinzip identisch zu anderen K√§lteanlagen mit mechanischen Verdichtern.
‚ÄĘ der L√∂sungsmittel-Kreislauf, der aus einer Kette hintereinandergeschalteter W√§rmetauscher besteht, l√§√üt sich als "thermischer Verdichter" bezeichnen.
‚ÄĘ Saugseite = Absorber
Druckseite = Austreiber
Lösungsmittel-Kreislauf
Das dampff√∂rmige K√§ltemittel des K√§ltemittel-Kreislaufes wird von der "armen" L√∂sung mit niedriger K√§ltemittelkonzentration in einem kombinierten Stoff- und W√§rmeaustauschvorgang absorbiert. Die "arme" L√∂sung reichert sich mit dem K√§ltemittel unter Abgabe der W√§rme Qabs zu einer h√∂heren Konzentration an. Die L√∂sungspumpe f√∂rdert die nun "reiche" L√∂sung aus dem Absorber in den Austreiber. Hier wird das K√§ltemittel durch Zufuhr der W√§rme Qdes ausgetrieben (desorbiert) und str√∂mt dampff√∂rmig dem Kondensator (Verfl√ľssiger) zu. Die "reiche" L√∂sung wird durch den Abzug des K√§ltemitteldampfes wieder zu "armer" L√∂sung.
√úber das Entspannungsventil expandiert die "arme" L√∂sung auf den niedrigen Absorberdruck und gelangt schlie√ülich wieder in den Absorber. Damit ist der L√∂sungskreislauf geschlossen. Im Temperaturwechsler (oder L√∂sungsw√§rmetauscher) wird die den Austreiber verlassende hei√üe "arme" L√∂sung im Gegenstrom zu der kalten "reichen" L√∂sung gef√ľhrt und durch W√§rmeaustausch abgek√ľhlt. Eine Besonderheit der Ammoniak Absorptions-K√§lteanlagen ist die Notwendigkeit der Rektifikation des den Austreiber verlassenden K√§ltemitteldampfes (nicht dargestellt).
Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen
Die wirtschaftlichen Leistungsgrenzen sind:
Verdampfungstemperatur C 0 bis -60 (-65)
Kälteleistung kW praktisch unbegrenzt, aufgeteilt in parallele Einzelstränge je 10 MW
Ammoniak Absorptions-K√§lteanlagen angepasste Anlagen, die analog zum Anlagenbau individuell ausgelegt und ausger√ľstet werden, gibt es f√ľr mittlere und kleine K√§lteleistungen vordefinierte Ammoniak Absorptions-K√§lteanlagen.
Quellen:

http://www.mattes-int.com

http://www.treffpunkt-kaelte.de/kaelte/de/de_start.html?/kaelte/de/html/komponenten/absorber/mattes/mattes_t1.html
18 Jul 2005
17:50:34
Antoine
Absorptions Kälte Grundlagen Anwendungen Hersteller Mattes Abwärme Trend Anwendung Technik Systeme Funktionsweise Eigenschaften Links Energie
Ich suche eine Absorptions K√§lteanlage mit 5-8 kW Leistung f√ľr die K√ľhlung eines Einfamilienhauses
02 Aug 2006
10:42:03
Dietrich Lehmann
Absorptionskältemaschinen Kälte Trend Anwendung Technik Systeme Funktionsweise Eigenschaften Links Energie
Kann sich bitte der Verfasser dieses Textes also

Alfred sich mit mir Kontaktieren. Weil ich bez√ľglich absorptionsk. eine Ausf√ľhrliche Studienarbeit schreibe. yunusum1983@hotmail.com
09 Feb 2009
21:54:14
Absorptionskältemaschinen Kälte Trend Anwendung Technik Systeme Funktionsweise Eigenschaften Links Energie
Kann sich bitte der Verfasser dieses Textes also

Alfred sich mit mir Kontaktieren. Weil ich bez√ľglich absorptionsk. eine Ausf√ľhrliche Studienarbeit schreibe. yunusum1983@hotmail.com
09 Feb 2009
22:01:01

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