Absorptiolämpöpumppu lämmöntalteenotossa
Rautio, Henna (2020)
2020
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Degree Programme in Engineering and Natural Sciences, BSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-18
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005064969
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005064969
Tiivistelmä
Kestävä energiantuotanto ja energiatehokkuus ovat tärkeässä asemassa, kun pyritään vastaamaan alati kiristyviin energiankäyttövaatimuksiin ja päästörajoituksiin. Tässä lämpöpumput tarjoavat mielenkiintoisia sovellusmahdollisuuksia esimerkiksi ylijäämälämmön hyödyntämisessä. Tässä työssä tarkastellaan absorptiolämpöpumpun toimintaa, ominaisuuksia ja soveltuvuutta lämmöntalteenottoon sekä lyhyesti lämpöpumppujen markkinatilannetta. Lisäksi suoritetaan lyhyt laskentaesimerkki, jossa tarkastellaan absorptiolämpöpumpun kytkemistä kaukolämpöverkkoon kahdella eri tavalla.
Absorptiolämpöpumpussa kylmäaine kiertää lauhduttimelta höyrystimelle ensin luovuttaen ja sitten sitoen lämpöenergiaa itseensä. Höyrystimeltä tuleva höyrystynyt kylmäaine absorboidaan imeyttimellä olevaan absorptioliuokseen. Reaktiossa vapautuu lämpöä, joka otetaan talteen. Reaktion jälkeinen seos pumpataan liuospumpun avulla korkeampaan paineeseen ja viedään keittimelle. Keitintä lämmitetään ulkoisen lämpöenergian avulla ja höyrystetään kylmäaine pois absorptioliuoksesta. Erotettu kylmäaine johdetaan lauhduttimelle ja keittimeen jäänyt absorptioliuos palautetaan takaisin imeyttimelle.
Valituilla työaineilla on suuri merkitys absorptiolämpöpumpun toimintaan. Työaineeksi soveltuva aine omaa korkean höyrystymislämmön, sopivan höyrynpaineen, alhaisen viskositeetin, on kemiallisesti stabiili ja vaaraton käsitellä. Laitteiston oikeanlaisen toiminnan kannalta on pidettävä huoli, ettei absorptioliuoksessa olevan suolan kiteytyminen, työaineiden aiheuttama korroosio tai kylmäaineen joukossa olevat epäpuhtaudet vahingoita laitteistoa.
Absorptiolämpöpumppu on käytössä hiljainen ja teknisesti kestävä, johtuen liikkuvien osien vähäisyydestä. Absorptiolämpöpumpulla lämpötilaa voidaan nostaa keskimäärin 30‒65 °C:tta saavuttaen 0,7–2,0 lämpökertoimen. Lämpökerroin eli COP kuvaa lämpöpumpulla tuotettavan hyötylämmön suhdetta lämpöpumpun tarvitsemaan käyttöenergiaan. Kuten laskentaesimerkin tapauksessakin huomataan, absorptiolämpöpumppu sopii paremmin matalalämpötilajärjestelmien (40‒60 °C) yhteyteen.
Absorptiolämpöpumppujen suurimmat valmistajat löytyvät Aasiasta, jossa niitä myös käytetään eniten. Suuren tilantarpeen takia absorptiolämpöpumput sopivat paremmin teollisuuden käyttöön kuin asuinrakennusten lämmitys- tai jäähdytystarpeisiin. Teollisuuden saralla absorptiolämpöpumppua voidaan käyttää tuottamaan lämpöä esimerkiksi elintarvike-, metsä-, vaate- ja kemianteollisuuden tarpeisiin tai kaukolämpöverkkoon.
Absorptiolämpöpumpussa kylmäaine kiertää lauhduttimelta höyrystimelle ensin luovuttaen ja sitten sitoen lämpöenergiaa itseensä. Höyrystimeltä tuleva höyrystynyt kylmäaine absorboidaan imeyttimellä olevaan absorptioliuokseen. Reaktiossa vapautuu lämpöä, joka otetaan talteen. Reaktion jälkeinen seos pumpataan liuospumpun avulla korkeampaan paineeseen ja viedään keittimelle. Keitintä lämmitetään ulkoisen lämpöenergian avulla ja höyrystetään kylmäaine pois absorptioliuoksesta. Erotettu kylmäaine johdetaan lauhduttimelle ja keittimeen jäänyt absorptioliuos palautetaan takaisin imeyttimelle.
Valituilla työaineilla on suuri merkitys absorptiolämpöpumpun toimintaan. Työaineeksi soveltuva aine omaa korkean höyrystymislämmön, sopivan höyrynpaineen, alhaisen viskositeetin, on kemiallisesti stabiili ja vaaraton käsitellä. Laitteiston oikeanlaisen toiminnan kannalta on pidettävä huoli, ettei absorptioliuoksessa olevan suolan kiteytyminen, työaineiden aiheuttama korroosio tai kylmäaineen joukossa olevat epäpuhtaudet vahingoita laitteistoa.
Absorptiolämpöpumppu on käytössä hiljainen ja teknisesti kestävä, johtuen liikkuvien osien vähäisyydestä. Absorptiolämpöpumpulla lämpötilaa voidaan nostaa keskimäärin 30‒65 °C:tta saavuttaen 0,7–2,0 lämpökertoimen. Lämpökerroin eli COP kuvaa lämpöpumpulla tuotettavan hyötylämmön suhdetta lämpöpumpun tarvitsemaan käyttöenergiaan. Kuten laskentaesimerkin tapauksessakin huomataan, absorptiolämpöpumppu sopii paremmin matalalämpötilajärjestelmien (40‒60 °C) yhteyteen.
Absorptiolämpöpumppujen suurimmat valmistajat löytyvät Aasiasta, jossa niitä myös käytetään eniten. Suuren tilantarpeen takia absorptiolämpöpumput sopivat paremmin teollisuuden käyttöön kuin asuinrakennusten lämmitys- tai jäähdytystarpeisiin. Teollisuuden saralla absorptiolämpöpumppua voidaan käyttää tuottamaan lämpöä esimerkiksi elintarvike-, metsä-, vaate- ja kemianteollisuuden tarpeisiin tai kaukolämpöverkkoon.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10016]