Absorptiotekniikka aurinkojäähdytysjärjestelmissä

Abstract

Jäähdytystarpeen kasvun myötä uusiutuvia energianlähteitä hyödyntäviä jäähdytysmuotoja tutkitaan ja kehitetään jatkuvasti. Aurinkoenergian hyödyntämistä jäähdytyksessä on tutkittu erityisesti siksi, että sitä on saatavilla silloin, kun jäähdytystarvekin on suurimmillaan. Erilaisista auringon säteilyn lämpöenergiaa hyödyntävistä jäähdytyssovelluksista käytetyin ja tutkituin on absorptiojäähdytys. Tässä työssä tutkitaan kirjallisuusselvityksenä absorptiojäähdytyksen toimintaa ja sen soveltuvuutta aurinkojäähdytysjärjestelmiin. Työssä tarkastellaan absorptiojäähdyttimien lämpöpiirien toimintaa sekä niissä esiintyviä variaatioita. Erilaisissa jäähdyttimissä on käytännössä samat tärkeimmät komponentit, mutta niiden määrä ja asettelu vaihtelevat vaikuttaen jäähdyttimen paine- ja lämpötilatasoihin sekä saavutettavaan jäähdytyksen tehokertoimeen. Lisäksi työssä esitellään tarkemmin yleisimmät aurinkoenergiaa hyödyntävissä järjestelmissä käytetyt kylmäaineet ja absorbentit sekä tutkitaan näistä johtuvia eroja järjestelmissä. Tehokkaan absorptiojäähdytysjärjestelmän rakentamiseksi vaaditaan absorptiopiirin lisäksi useita osakomponentteja, kuten aurinkokeräin, lämpösäiliö, hukkalämmönpoistojärjestelmä ja varalämmitin tai -jäähdytin. Työssä esitellään myös näiden komponenttien ominaisuuksia ja vaikutusta kokonaisjärjestelmään. Jäähdyttimen tyypistä riippuen absorptiolla on mahdollista saavuttaa noin 0,5–1,8 suuruisia tehokertoimia. Kirjallisuusselvityksen perusteella on kuitenkin selvää, että tehokas aurinkoenergiaa hyödyntävä absorptiojäähdytysjärjestelmä vaatii tarkkaa kokonaisuuden suunnittelua. Saavutettaviin jäähdytystehoihin, lämpötiloihin sekä kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavat niin komponenttien ominaisuudet kuin niiden yhteensovittaminenkin. Lisäksi on otettava huomioon jäähdytettävän kohteen ominaisuudet sekä ympäröivä ilmasto: käyttökelpoisimpia järjestelmät ovat lämpimillä, lähellä päiväntasaajaa sijaitsevilla alueilla. Työssä tarkastellaan toteutettujen tutkimusten ja simulaatioiden pohjalta, minkälaisiin jäähdytyssovelluksiin ja -kohteisiin aurinkokäyttöistä absorptiojäähdytystä hyödynnetään nyt ja tulevaisuudessa. 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 markkinoilla tapahtuu esimerkiksi useampivaiheisten jäähdyttimien ja keskittävien aurinkokeräinten osalta. Absorptiojäähdytyksen aurinkosovellukset eivät ole vielä toistaiseksi kovin kilpailukykyisiä perinteisten jäähdytysmuotojen rinnalla. Laajempaa käyttöönottoa hidastavatkin toistaiseksi järjestelmien suuret investointikustannukset. Mahdollisen massatuotannon, teknisen kehityksen ja hintojen laskun myötä sovelluksilla voitaisiin ratkaista jäähdytysongelmia esimerkiksi sähköverkon ulottumattomissa tai kehittyvissä maissa, joissa on sopiva ilmasto.