Absorptiotekniikka aurinkojäähdytysjärjestelmissä

Abstract

Jäähdytystarpeen kasvun myötä uusiutuvia energianlähteitä hyödyntäviä jäähdytysmuotoja tutkitaan ja kehitetään jatkuvasti. Aurinkoenergian hyödyntämistä jäähdytyksessä on tutkittu erityi-sesti siksi, että sitä on saatavilla silloin, kun jäähdytystarvekin on suurimmillaan. Erilaisista aurin-gon säteilyn lämpöenergiaa hyödyntävistä jäähdytyssovelluksista käytetyin ja tutkituin on absorp-tiojäähdytys. Tässä työssä tutkitaan kirjallisuusselvityksenä absorptiojäähdytyksen toimintaa ja sen soveltuvuutta aurinkojäähdytysjärjestelmiin. Työssä tarkastellaan absorptiojäähdyttimien lämpöpiirien toimintaa sekä niissä esiintyviä vari-aatioita. Erilaisissa jäähdyttimissä on käytännössä samat tärkeimmät komponentit, mutta niiden määrä ja asettelu vaihtelevat vaikuttaen jäähdyttimen paine- ja lämpötilatasoihin sekä saavutetta-vaan jäähdytyksen tehokertoimeen. Lisäksi työssä esitellään tarkemmin yleisimmät aurinkoener-giaa hyödyntävissä järjestelmissä käytetyt kylmäaineet ja absorbentit sekä tutkitaan näistä johtu-via eroja järjestelmissä. Tehokkaan absorptiojäähdytysjärjestelmän rakentamiseksi vaaditaan absorptiopiirin lisäksi useita osakomponentteja, kuten aurinkokeräin, lämpösäiliö, hukkalämmönpoistojärjestelmä ja va-ralämmitin tai -jäähdytin. Työssä esitellään myös näiden komponenttien ominaisuuksia ja vaiku-tusta kokonaisjärjestelmään. Jäähdyttimen tyypistä riippuen absorptiolla on mahdollista saavuttaa noin 0,5–1,8 suuruisia te-hokertoimia. Kirjallisuusselvityksen perusteella on kuitenkin selvää, että tehokas aurinkoenergiaa hyödyntävä absorptiojäähdytysjärjestelmä vaatii tarkkaa kokonaisuuden suunnittelua. Saavutetta-viin jäähdytystehoihin, lämpötiloihin sekä kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavat niin komponent-tien ominaisuudet kuin niiden yhteensovittaminenkin. Lisäksi on otettava huomioon jäähdytettävän kohteen ominaisuudet sekä ympäröivä ilmasto: käyttökelpoisimpia järjestelmät ovat lämpimillä, lä-hellä päiväntasaajaa sijaitsevilla alueilla. Työssä tarkastellaan toteutettujen tutkimusten ja simulaatioiden pohjalta, minkälaisiin jäähdy-tyssovelluksiin ja -kohteisiin aurinkokäyttöistä absorptiojäähdytystä hyödynnetään nyt ja tulevai-suudessa. Asennettuja koejärjestelmiä sekä simulaatioita tällaisista järjestelmistä on tehty viime vuosina runsaasti, ja markkinoilla on nykyään saatavilla erilaisia absorptiojäähdytysjärjestelmiä noin 6 kW–11 MW kokoluokissa. Suurimmassa osassa toteutetuista järjestelmistä on hyödynnetty tavallista tasokeräintä ja yksivaiheista vesi–litiumbromidi-absorptiojäähdytintä. Kehitystä markki-noilla tapahtuu esimerkiksi useampivaiheisten jäähdyttimien ja keskittävien aurinkokeräinten osal-ta. Absorptiojäähdytyksen aurinkosovellukset eivät ole vielä toistaiseksi kovin kilpailukykyisiä pe-rinteisten jäähdytysmuotojen rinnalla. Laajempaa käyttöönottoa hidastavatkin toistaiseksi järjes-telmien suuret investointikustannukset. Mahdollisen massatuotannon, teknisen kehityksen ja hin-tojen laskun myötä sovelluksilla voitaisiin ratkaista jäähdytysongelmia esimerkiksi sähköverkon ulottumattomissa tai kehittyvissä maissa, joissa on sopiva ilmasto.