NH3-Absorptionskälteanlage

Kälte aus (Ab) Wärme
Teil 8 „Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen
Vergleich mit Kompressionskälteanlagen
„

Tabelle 8.1
Vergleich Absorptions- / Kompressionskälteanlage

Das Kältemittel in Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen hat immer einen geringen Wassergehalt, ist aber im Gegensatz zu den Kältemitteln anderer Kälteverfahren sehr sauber und erzeugt keine zusätzlichen Wärmeübergangswiderstände durch Verschmutzung.

Das Kältemittel von Kompressions-Kälteanlagen ist hingegen mit Kältemaschinenöl verunreinigt, was insbesondere bei Verdampfungstemperaturen < minus 30°C zu betriebstechnischen Beeinträchtigungen führt (gilt nicht bei ölfreier Verdichtung).

Daher können Kompressions- und Absorptions-Kälteanlagen, auch wenn beide Verfahren mit dem Kältemittel Ammoniak betrieben werden, nicht direkt miteinander verbunden wer-den. Die Verbindung zwischen den Systemen muß immer über sog. Kaskaden-Wärmetauscher, bei denen auf einer Seite verdampft (Wärmezufuhr) und auf der anderen Seite kondensiert (Wärmeabfuhr) wird, erfolgen.

Sofern Vorstehendes beachtet wird, können Absorptions-Kälteanlagen mit Kompressions – Kälteanlagen, die auch mit anderen Kältemitteln als Ammoniak betrieben werden, zusam-mengeschaltet werden.

Die Parallelschaltung der Anlagen bietet sich an, wenn

• ein vorhandenes Kompressions-Kältesystem durch eine Absorptions-Kälteanlage erweitert oder ersetzt werden soll,
• die Absorptions-Kälteanlage zeitweilig stillgesetzt und nur eine kleine Kälteleistung für die Stillstandszeit (z.B. Wochenende) benötigt wird.

Bild 8.1 Parallelschaltung
Ammoniak Absorptions-Kälteanlage (AKA) /
Kompressions-Kälteanlage (KKA)

• die Abwärme für den Antrieb der Absorptions-Kälteanlage zu niedrig für die gewünschte Verdampfungstemperatur ist,
• nur eine kleine Seitenlast mit tieferer als der normalen Verdampfungstemperatur gefordert wird.

Bild 8.2 Hintereinander (Serien) Schaltung
Ammoniak Absorptions-Kälteanlage / Kompressions-Kälteanlage

Teil 9 „Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
„

Für den Vergleich des Energiebedarfs von Kompressions- und Absorptions-Kälteanlagen wird jeweils das Verhältnis von treibender Energie zu erzeugter Kälteleistung in den nachfolgenden Diagrammen dargestellt.

(9 – 1)

Qo Kälteleistung – Nk Antriebsleistung

Bild 9.1 spez. Energiebedarf Kompressions-Kälteanlage

(9 – 2)

Qo Kälteleistung – Qh Heizleistung

Bild 9.2 spez. Energiebedarf Absorptions-Kälteanlage

Die vorstehenden Diagramme beziehen sich auf Anlagen mit dem Kältemittel Ammoniak im industriellen Einsatzbereich. Die Werte gelten für eine Kühlwassertemperatur von 25°C.

Das nachstehende Diagramm zeigt direkt das Verhältnis des Energiebedarfes zwischen Ammoniak Absorptions-Kälteanlage und Ammoniak Kompressions-Kälteanlage bei gleichen Verdampfungstemperaturen.

(9 – 3)	(9 – 4)	(9 – 5)

Es zeigt sich, daß die Absorptions-Kälteanlage, je nach Verdampfungstemperatur, einen um drei- bis neunfach höheren Energiebedarf als eine vergleichbare Kompressions-Kälteanlage hat. Hier ist jedoch zu beachten, dass die Kompressions-Kälteanlage ‚teuere‘ elektrische Energie benötigt und die Absorptions-Kälteanlage mit minderer und ‚billigerer‘ (Ab) Wärme betrieben werden kann.

Es ist deutlich, daß der Strompreis mindestens das Mehrfache des Wärmepreises betragen muß, damit eine Wirtschaftlichkeit der Absorptions-Kälteanlage gegeben ist.

Bei der Absorptions-Kälteanlage ist zusätzlich der höhere Aufwand für die Wärmeabfuhr zu berücksichtigen. Für jeden Entscheidungsfall ist eine Wirtschaftlichkeitsberechnung, ähnlich Tabelle 9.1, zu erstellen, die beide Verfahren bewertet und miteinander vergleicht, wobei folgende Kriterien zusätzlich berücksichtigt werden sollten:

• Bedarf an Gebäuden, Gebäudeausrüstungen
• Planung von Reservemaschinen
• Schallschutzmassnahmen
• Dimensionierung und Bewertung der Hilfsenergien
  (elektrischer Anschluss, Zu-/Abfuhr Wärme).

Teil 10 „Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen
Anwendungen“

Der Einsatz von Absorptions-Kälteanlagen ist immer dort angebracht, wo kostengünstige (Ab-) Wärme ausreichender Temperatur anfällt und gleichzeitig Kälte benötigt wird. Die Ein-bindung dieser Anlagen in die entsprechenden Verfahren ist nahezu identisch zu anderen Kälteverfahren mit dem Kältemittel Ammoniak.

Beispiel
Kraft-, Wärme-, Kältekopplung

Bei der Erzeugung elektrischer Energie fällt (Ab-)Wärme an. Die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung wird besonders dann verbessert, wenn diese (Ab-)Wärme ständig abge-nommen wird.

Hier bietet sich der Einsatz von Absorptions-Kälteanlagen an, wobei die erzeugte Kälte als Energieform zusätzlich intern verwendet oder extern verkauft werden kann. Das Verhältnis zwischen Stromerzeugung und günstiger Abwärmenutzung kombiniert mit hohen Vollaststunden wird erheblich verbessert.

Beispiel
Eigenstromerzeugung

Die Eigenstromerzeugung wird nur durch hohe Vollaststunden wirtschaftlich interessant, wobei die stetige Nutzung der Abwärme gesichert sein muß. Absorptions-Kälteanlagen kön-nen hier den Strombedarf im Betrieb verringern und gleichzeitig die Nutzung der Abwärme sicherstellen.

Beispiel
Fernwärmenutzung

Die Auskopplung von Wärme zur Kälteerzeugung (Klimakälte, kleine Gewerbebetriebe) aus bestehenden Fernwärmenetzen zu attraktiven Preisen erhöhen die Nutzungszeiten dieser Systeme.

Beispiel
Abgasnutzung bei thermischer Nachverbrennung, Pyrolyse-Prozessen

Diese Prozesse werden vielfach in der chemischen und in der Lebensmittelindustrie, wo gleichzeitig Bedarf an Kälte besteht, zur Abfallbeseitigung oder auf Grund gesetzlicher Vorschriften eingesetzt. Die Abgase können direkt oder indirekt zur Beheizung genutzt werden, wobei Zusatz- oder Stützfeuerungen mit Erdgas oder Leichtöl zusätzlich eingesetzt werden können.

Beispiel
Lebensmittelindustrie

Ungenutze Wärme bei gleichzeitigem Bedarf an Kälte ist der Normalfall.

• Brauereien
• Molkereien
• Schlachtereien, Fleischverarbeitung
• andere

Die Wärme wird im Winter zur Gebäudeheizung genutzt und im Sommer vielfach an die Umgebung abgegeben. Die mögliche Nutzung dieser Wärmen im Betrieb zur Kälteerzeugung ist oft unbekannt oder wird auf Grund der niedrigen Kosten für Primärenergie ignoriert.

Beispiel
Lebensmittelindustrie, Gefriertrocknung
Erzeugung von Temperaturen bis -60 grd.C

Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen sind hervorragend zur Erzeugung tiefer Temperaturen geeignet, wobei das Kältemittel nicht verunreinigt ist. Betriebsstillstände für Wartungsarbeiten ergeben sich allgemein nur für die Reinigung der Kühlwassersysteme. Die Wirtschaftlichkeitsberechnung zeigt, daß für niedrige Temperaturen der Einsatz von Primärenergie (Erdgas, Heizöl) wirtschaftlich attraktiv ist.

Beispiel
Chemie, Petrochemie, Raffinerien

Diese Industrien haben große Abwärmemengen bei gleichzeitigem Bedarf an Kälte. Oftmals muß ein Produktstrom hoher Temperatur auf niedrige Temperaturen abgekühlt werden. Somit bietet sich die Auskopplung der Wärme im Bereich hoher Temperaturen an, die dann zum Betreiben einer Absorptions-Kälteanlage genutzt wird. Die Absorptions-Kälteanlage wiederum übernimmt dann die Schlußkühlung des Produktstromes.

Teil 11 „Schlußbetrachtung“

Insbesondere die Möglichkeit, sonst ungenutzte (und billige) Abwärme zur Kälteerzeugung zu verwenden, läßt die Absorptions-Kältetechnik zu einer über die Betriebskosten attraktiven Alternative zu den ‚üblichen‘ Kälteerzeugungsverfahren werden.

Die zur Anwendung kommenden Arbeitsstoffe sind ökologisch unbedenklich. Gleichzeitig reduziert der Einsatz dieser Anlagen die CO2 Emissionen.

Die sehr lange Lebensdauer der Anlagen sowie deren einfache Bedienung und Wartung sind bei Entscheidungsfindung hinsichtlich des einzusetzenden Kälteverfahrens weitere, nicht unerhebliche Entscheidungskriterien.

Den erwähnten Vorteilen der Absorptions-Kälteanlagen stehen die höheren Erstinvestitionen, insbesondere für die Ammoniak Absorptions-Kälteanlagen, sowie deren größerer Platzbedarf gegenüber.