Die. Effizienz. wunder wirker. Der wärmebetriebene Kaltwassersatz.

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1 Die Effizienz wunder wirker Der wärmebetriebene Kaltwassersatz.

2 Mit Wärme kühlen Adsorptionskälteaggregate von SorTech sind wie Kaltwassersätze aufgebaut. Beim strombetriebenen Kaltwassersatz wird die Wärme aus dem Kaltwasserkreislauf durch das Kältemittel aufgenommen. Dadurch wird das Kältemittel verdampft. Dieser Kältemitteldampf wird über einen elektrisch betriebenen Kompressor verdichtet. Der Kältemitteldampf mit nun hoher Dichte und hoher Temperatur gibt über einen Wärmetauscher die Wärme an den kälteren Rückkühlkreislauf ab. Dabei kondensiert der Kältemitteldampf und das verflüssigte Kältemittel kann durch erneute Wärmeaufnahme aus dem Kaltwasserkreislauf wieder verdampft werden. Über den Rückkühlkreislauf wird die Wärme über einen Wärmetauscher an die Umgebung abgegeben. Strombetriebener Kaltwassersatz Rückkühler Verflüssiger Expansionsventil Antriebsquelle Strom Verdampfer Heißwasserkreislauf (HT) Zu kühlendes Objekt Kaltwasserkreislauf (LT) Rückkühlwasserkreislauf ()

3 Der wärmebetriebene Kaltwassersatz hingegen nutzt Wärme anstatt Strom, um den Kältemitteldampf mit hoher Dichte und hoher Temperatur über den Rückkühlkreislauf zum Kondensieren zu bringen. Dabei kommt das Adsorptionsverfahren* zur Anwendung. *Als Adsorption (von lat. adsorptio, von adsorbere = (an)saugen) bezeichnet man die Anreicherung von Stoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberfläche eines Festkörpers oder allgemeiner: an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen. Davon unterscheidet sich die Absorption, bei der die Stoffe in das Innere des Festkörpers oder der Flüssigkeit eindringen. Der Oberbegriff für beide Verfahren lautet Sorption. Wärmebetriebener Kaltwassersatz Rückkühler Verflüssiger Expansionsventil Wärmequelle Verdampfer Heißwasserkreislauf (HT) Zu kühlendes Objekt Kaltwasserkreislauf (LT) Rückkühlwasserkreislauf ()

4 Der Systemaufbau Typische Wärmequellen für Heißwassertemperaturen zwischen 55 C und 95 C: Blockheizkraftwerke Solarthermieanlagen Brennstoffzellen Nah- und Fernwärme Prozesswärme Typische Rückkühler bzw. Wärmesenken zur Erreichung von Rückkühlwassertemperaturen zwischen 25 C und 40 C: Trockene Rückkühler Hybride Rückkühler Nasskühltürme Adiabate Kühlsysteme Erdsonden Wärmespeicher Swimmingpools Brunnen Gewässer Gängige Kälteverteilsysteme für Kaltwassertemperaturen zwischen 6 C und 20 C: Kühldecken Umluftsysteme Fancoils Kühlsegel Fußbodenheizung Direktkühlsysteme Beispiel Industriehalle mit Blockheizkraftwerk als Wärmequelle und Fan-Coil-System zur Kälteverteilung sowie Nasskühlturm zur Rückkühlung Heißwasserkreislauf (HT) Kaltwasserkreislauf (LT) Rückkühlwasserkreislauf ()

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7 Kühlen mit Adsorption Das Adsorptionskälteaggregat besteht aus: Verdampfer mit Kältemittel Kondensator Adsorber 1 Adsorber 2 Der im Adsorptionskälteaggregat ablaufende Prozess kann vereinfacht wie folgt beschrieben werden: Dem zu kühlenden Raum oder Prozess wird über einen Wärmetauscher die Wärme entzogen. Dazu wird der Wärmetauscher mit Kaltwasser durchströmt, das die Raumwärme aufnimmt. Dadurch kühlt sich der Raum ab. Das erwärmte Kaltwasser wird im Kälteaggregat durch einen Wärmetauscher geleitet und gibt Wärme an das Kältemittel im Verdampfer ab, das dadurch erwärmt wird. Durch die Wärmeabgabe des Kaltwassers an das Kältemittel wird das Kaltwasser abgekühlt und kann erneut zur Raum- oder Prozesskühlung genutzt werden. Das Kältemittel im Verdampfer verdampft aufgrund des Unterdrucks im Adsorptionsaggregat bereits bei sehr niedrigen Temperaturen (6 C 20 C). Adsorptionskälteaggregat Kondensator Die Wärme, die während der Verdampfung dem warmen Kaltwasser und dem flüssigen Kältemittel entzogen wurde, ist nun im Kältemitteldampf enthalten. Der Kältemitteldampf strömt in einen Adsorber. Im Adsorber befindet sich ein mit einem Adsorbens (Silikagel, Zeolith) beschichteter Wärmetauscher. An dem Adsorbens werden der Kältemitteldampf und das flüssige Kältemittel angereichert (adsorbiert). HT HT Adsorber 1 Adsorber 2 Verdampfer mit Kältemittel (Wasser) Die durch die Anreicherung des Kältemitteldampfs freigesetzte Wärme wird über das Rückkühlwasser aus dem Adsorber abgeführt. LT LT

8 Dazu durchströmt Rückkühlwasser mit einer Temperatur von 25 C bis 40 C den Wärmetauscher und nimmt die freigesetzte Wärme auf, wodurch sich das Rückkühlwasser erwärmt. Zur Abkühlung des Rückkühlwassers wird die Wärme außerhalb des Kälteaggregates an die Umgebung abgegeben. Ist der Adsorber mit Kältemittel gesättigt, wird der Wärmetauscher mit heißem Wasser (55 C 95 C) aus dem Heißwasserkreislauf durchströmt und das Adsorbens getrocknet. Dabei wird das im Adsorbens gebundene Kältemittel verdampft (desorbiert). Der freigesetzte Kältemitteldampf strömt mit einer Temperatur von 50 C bis 95 C in den Kondensator. Durch die Wärmeabgabe des Heißwassers an das zu trocknende Adsorbens kühlt sich das Heißwasser ab. Zur Erwärmung des Heißwassers wird diesem außerhalb des Kälteaggregates wieder Wärme zugeführt. Der Wärmeeintrag über das Heißwasser in den Adsorber für den Desorptionsvorgang wird auch als thermische Verdichtung bezeichnet. Im Kondensator wird der Kältemitteldampf verflüssigt, indem die Wärme des Kältemitteldampfes über einen Wärmetauscher aus dem Kondensator abgeführt wird. Adsorptionskälteaggregat Kondensator Dazu durchströmt Wasser aus dem Rückkühlkreislauf mit einer Temperatur von 25 C bis 40 C den Wärmetauscher und entzieht dem Kältemitteldampf im Kondensator die Wärme, was eine Erwärmung des Rückkühlwassers bewirkt. Zur Abkühlung des Rückkühlwassers wird die Wärme außerhalb des Kälteaggregates an die Umgebung abgegeben. HT HT Adsorber 1 Adsorber 2 Das durch den Wärmeentzug auf 25 C bis 40 C abgekühlte und verflüssigte Kältemittel wird über einen Siphon (Expansionsventil) zurück in den Verdampfer geleitet. Verdampfer mit Kältemittel (Wasser) Um dem Kaltwasser kontinuierlich Wärme zu entziehen und damit kontinuierlich Kälte zu erzeugen, werden zwei Adsorber antizyklisch betrieben: Während ein Adsorber Kältemitteldampf aus dem Verdampfer aufnimmt (Adsorption), gibt der andere Adsorber Kältemitteldampf an den Kondensator ab (Desorption). LT LT

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10 Durch den antizyklischen Betrieb der zwei Adsorber befindet sich immer genügend Kältemittel im Verdampfer, um die durch das Kühlwasser zugeführte Wärme aufnehmen zu können. Durch die Dauer des Adsorptions- und Desorptionsvorgangs (Zyklen) werden die Wärmeaufnahme aus dem Verdampfer und damit der Wärmeentzug des Wassers im Kaltwasserkreislauf (Kälteleistung) beeinflusst. Die Zyklusdauer wird durch die Ventilstellung zur Beaufschlagung der Adsorber für Heißwasser oder Rückkühlwasser bestimmt. Die Ventilumschaltung wird über eine Steuerung, in Abhängigkeit von einstellbaren Parametern (Kaltwassertemperatur, Kälteleistung, Wirkungsgrad, elektrische Leistungsaufnahme etc.), geregelt. Ergänzend kann durch die Steuerung Einfluss auf die Volumenströme der drei Kreisläufe genommen werden. Der Kältemitteldampf strömt über Dampfventile (Rückschlagklappen) in die Adsorber bzw. in den Kondensator. Das Öffnen und Schließen der Dampfventile erfolgt durch Druckunterschiede. Die Druckunterschiede entstehen durch unterschiedliche Temperaturniveaus zwischen Verdampfer/ Adsorber und Adsorber/Kondensator. Der Unterdruck im Kälteaggregat beträgt, je nach Zone, zwischen 10 mbar und 100 mbar. Zwischen Kondensator und Verdampfer sichert ein Siphon (Expansionsventil) den Druckunterschied: Durch eine lokale Verengung des Strömungsquerschnitts der Leitung zwischen Kondensator und Verdampfer wird der Druck des durchfließenden Kühlmittels vermindert und damit eine Volumenzunahme (Expansion) bewirkt. Der Wirkungsgrad eines Adsorptionskälteaggregates wird als Thermischer COP (Coefficient Of Performance) bezeichnet und definiert das Verhältnis zwischen eingesetzter Wärmeleistung und erzeugter Kälteleistung. Kälteleistung und Thermischer COP des Kälteaggregates werden somit direkt von den Temperaturen, Volumenströmen und Medien (z. B. Wasser, Wasser/Glykol) der drei Wasserkreisläufe beeinflusst. Über den Heißwasserkreislauf wird der Desorptionsvorgang beeinflusst, über den Rückkühlwasserkreislauf der Adsorptions- und Kondensationsvorgang und durch den Kaltwasserkreislauf der Verdampfungsprozess.

11 Günstige Auslegungstemperaturen Günstige Auslegungstemperaturen für max. Kälteleistung bei definierten Volumenströmen und Medien sind: Heißwassertemperatur: Kaltwassertemperatur: möglichst hoch möglichst hoch Rückkühlwassertemperatur: möglichst niedrig Die im Vergleich zur erzeugten Kälteleistung (bis zu 11 kw) sehr geringe Stromaufnahme des Kälteaggregates (ca. 7 W) sorgt für eine sehr gute Effizienz und sehr geringe Betriebskosten. Das Verhältnis zwischen erzeugter Kälteleistung und eingesetzter elektrischer Energie wird als Jahresarbeitszahl (JAZ) bezeichnet und ist die Kennzahl zur Ermittlung der elektrischen Effizienz. Günstige Auslegungstemperaturen für max. thermischen Wirkungsgrad bei definierten Volumenströmen und Medien sind: Heißwassertemperatur: Kaltwassertemperatur: möglichst niedrig möglichst hoch Rückkühlwassertemperatur: möglichst niedrig Adsorptionskälteaggregate erreichen Jahresarbeitszahlen von bis zu werden sie in Gesamtsysteme mit typischen Pumpengruppen und Rückkühlern integriert, können üblicherweise Jahresarbeitszahlen zwischen 10 und 15 erreicht werden (zum Vergleich: Die JAZ strombetriebener Kaltwassersätze liegen bei = 1,5 6). Systemdarstellung Wärmequelle C Adsorptionskälteaggregat Kälteverteilung 6 20 C Heißwasserspeicher Pumpengruppe Heißwasserkreislauf (HT) Kaltwasserkreislauf (LT) Rückkühlwasserkreislauf () Rückkühler C

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