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Frigopol Infotage 19.03.2009
KältKälteaus
WärmeDr. Thomas EbnerDr. Thomas Ebner
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Allgemeines: Geschichtliche Entwicklung
• Kältetechnik ist ca. 175 Jahre alt– 1824 Carnot Grundlagen– 1834 Perkins (1. Kaltdampfkältemaschine)– 1844 Gorrie (1. Luftkompressionskältemaschine)– 1860 Carre (1. Absorptionskältemaschine)1860 Carre (1. Absorptionskältemaschine)– 1867 NH3 als Kältemittel– 1881 CO2 als Kältemitel
1930 1936 Si h h it kält itt l (FCKW)– 1930-1936 Sicherheitskältemittel (FCKW)
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Vergleich
Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine
rleistungKondensatoQC =&
QC =Kondensatorleistung AustreiberC
KälteprozessQH
Pel
Q0 = Verdampferleistung Absorber QA
leistungVerdampferQ0 =&
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Vergleich
KompressionskältemaschineHauptkomponenten
AbsorptionskältemaschineFunktionsweise
① Verdichter
② Kondensator– Verdampfung des Kältemittels– Absorption des Kältemittel-
③ Drosselorgan
④ Verdampfer
Absorption des Kältemitteldampfes
– Druckniveau der reichen Lösung anheben④ Verdampfer Lösung anheben
– Austreiben des Kältemittels (=Wärmezufuhr)Kondensation des Kältemittels– Kondensation des Kältemittels
– Drosselung des Kältemittels
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Absorptionskälteprozess
• Log p, 1/T – DiagrammAustreiberVerflüssigerog
p
– 2 Arbeitsmedien (Kältemittel u. Lösung)
AustreiberVerflüssiger1 25p
c
lo
• Hauptkomponenten
– VerdampferVerdampfer – Kondensator– Austreiber
b b 346po
– AbsorberAbsorberVerdampfer346
to
tC
tH
1/T
5
o C H
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Prinzip Absorptionskältemaschine (LiBr/H2O)Kühlwasser Aus
tc~45°CVerflüssiger
Austreiber
Druck ca.60 Torr60 mm Hg80 mbar8 kPa
~37°C
Heizmittel Aus
Heizmittel Ein Dampf oderHeißwasser
6 °C
12 °CKälteträger
to~4°CDruck ca.6,2 Torr6,2 mm Hg8,2 mbar0,83 kPa Verdampfer
Kühlwasser Einta~35°C
Absorber
~27°C
~32,5°C
Konzentrierte Lösung (LiBr)
ta~35°C
~70°C
Kältemittel (Wasser)Dampf oder HeißwasserVerdünnte Lösung (LiBr)
KühlwasserKälteträger
~50°C
Kältemittel (Wasser)
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Wirkungsgrad des idealen Vergleichsprozesses (Carnot-Prozess)g p ( )
Kompressionskältemaschine Absorptionskälteanlage
100°CT0TEER =
Tgen0
0
TTTEERc
c −= 0TT
EERc
c −
69=EER6,9=cEER
35°C 35°C
6,9=cEER
Gen
cGenGen T
TT −=η
6°C
Tc
6°C
Tc 17,0=Genη
Gencc EER ηζ ×=
T0T0 63,1=cζ
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Realer Wirkungsgrad
Kompressionsmaschine Absorptionsmaschine
EEREER υ×= bEER υζ ×=ccEEREER υ×= abscEER υζ ×
Gütegradherexergetiscc =υ ggc
52,0=Kυ 52,0=Acυ52,0,Kcυ ,,Ac
5=EER 80=ζ5EER 8,0=ζ
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Änderung des Wärmeverhältnis in Abhängigkeit vonÄnderung des Wärmeverhältnis in Abhängigkeit von der Heißwassertemperatur
0,75
0 6
0,65
0,7
is Q
o/Q
H
Kühlwassereint rit t35°CKühlwassereint rit t
0 5
0,55
0,6
mev
erh
ältn
i 27°CKühlwaserint rit t41°C
0,4
0,45
0,5
Wär
m
70 80 90 100 110 120
Heißwassertemperatur [°C]
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Abwärmemengen
Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine
1.000 kW 1.200 kW1.000 kW 2.250 kW
200 kW 1.250 kW
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Solares Kühlen
ηζη ×=
80°C
100°C eSolaranlagAbsSolGes ηζη ×=,
30°C5,0=eSolaranlagη
6°C 4,0, =SolGesη
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Gegenüberstellung KKM/AKM
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Rückkühlung
Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine
1.000 kW
1.728 kg/h 3.496 kg/h
Kält l i t 1 000 kW
576 kg/h
1.165 kg/h1.000 kW
Kälteleistung: 1 000 kWKälteleistung: 1.000 kW
VVerd: 1.728 kg/h
Kälteleistung: 1.000 kW
VVerd: 3.496 kg/hVerd g
VAbs: 576 kg/h VAbs: 1.165 kg/h
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Beispiel: Gebäude
Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine
Kälteleistung 2.000 kWVollbenutzungsstunden 900
Kälteleistung 2.000 kWVollbenutzungsstunden 900
70ζ5EER
Nutzkälteenergie: 1800 MWh/a Nutzkälteenergie: 1800 MWh/a
7,0=ζ5=EER
Nutzkälteenergie: 1800 MWh/aAntriebsenergie: 360 MWh/aVerdunstungswasser: 3.110 m³/a
Nutzkälteenergie: 1800 MWh/aAntriebsenergie: 2.571 MWh/aVerdunstungswasser: 6.293 m³/a
Absalzmenge: 1.037 m³/a Absalzmenge: 2.097 m³/a
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Beispiel: Gebäude
Spezifischer Strompreis: 100 €/MWhSpezifischer Wasserpreis: 1 5 €/m³Spezifischer Wasserpreis: 1,5 €/mSpezifischer Abwasserpreis: 1,2 €/m³Spezifischer Aufbereitungspreis: 0,4 €/m³
Betriebskosten Kompression: 45.123 €/a
Zielpreis Wärme: 10,37 €/MWh (maximale Wärmekosten für gleiche Gesamtkosten wie Kompression)p )
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Vorrausetzungen damit Absorptionsanlagenwirtschaftlich interessant sein können
• Hoher StrompreisNi d i W d Ab k t• Niedrige Wasser- und Abwasserkosten (z.B. eigener Brunnen)Ni d i Wä k t ( 10 bi 12 €/MWh)• Niedrige Wärmekosten (< 10 bis 12 €/MWh)(beispielsweise Abwärme aus Biomasse KWK)
• Hohe Vollbenutzungsstunden
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Außentemperatur
30
35Geordnete Häufigkeit der Außentemperatur (Graz)
15
20
25
C]
Volllaststunden ~ 800 h/a
5
10
15
ntem
pera
tur [
°C
16 °C
-5
0
Auß
en
-15
-10
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000Stunden © Enertec OG
2.400 h/a
17
© Enertec OG
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Beispiel
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Beispiel
Spez. Stromkosten 100 €/MWhSpezifischer Wärmepreis 8 €/MWhEER = 5, zeta = 0,8Spezifischer Wasserpreis: 1,5 €/m³Spezifischer Abwasserpreis: 1,2 €/m³Spezifischer Aufbereitungspreis: 0,4 €/m³
Jahreskosten – gesamter Kältebedarf aus Kompression:
Antriebskosten € 437.400 Wasserkosten € 110.854Summe € 548.254
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Einsparung durch Free Cooling
Kompressionskältemaschine Free Cooling
Antriebskosten € 54.060 Wasserkosten € 13.432
Antriebskosten € 0 Wasserkosten € 0
Summe € 67.492 Summe € 0
Einsparung: € 67.492
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Frigopol Infotage 19.03.2009
Einsparung durch Absorption
Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine
Antriebskosten € 325.600 Wasserkosten € 82.520
Antriebskosten € 162.800 Wasserkosten € 154.725
Summe € 408.120 Summe € 317.525
Einsparung: € 90.594
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Jahreskosten System
KompressionsteilpAntriebskosten € 57.740 Wasserkosten € 14.634Summe € 72.374AbsorptionsteilA t i b k t € 162 800
Summe: € 389.899
Antriebskosten € 162.800 Wasserkosten € 154.725 Summe € 317.525
Einsparung zu Kompression:€ 158.087
Summe € 317.525Free CoolingSumme € 0
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Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!
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