SUNEX S.A. ul. Piaskowa 7 PL-47-400 Racibórz tel.: +48 32 414 92 12 fax: +48 32 414 92 13 e-mail: info@sunex.pl www.sunex.pl Klimatyzacja adsorpcyjna SCX 2013-09-10 Budowa, opis działania klimatyzacji adsorpcyjnej oraz pozostałych elementów systemu.
Spis treści 1. Klimatyzacja adsorpcyjna SCX informacje wstępne.... 2 1.1 Chłodziarka adsorpcyjna SCX... 2 2. Budowa i zasada działania klimatyzacji adsorpcyjnej SCX... 4 2.1 Faza desorpcji.... 5 2.2 Faza adsorpcji.... 6 2.3 Faza zmiany procesów.... 8 2.4 Parametry techniczne chłodziarki SCX.... 9 3. CHŁODZENIE.... 10 4. System.... 11 4.1 Ogólny zarys wydajności klimatyzacji.... 11 4.2 Klimatyzacja SCX w domu.... 13 4.3 Schemat instalacji standardowa.... 14 1
1. Klimatyzacja adsorpcyjna SCX informacje wstępne. 1.1 Chłodziarka adsorpcyjna SCX Klimatyzacja adsorpcyjna SCX firmy Sunex S.A przeznaczona jest do wytwarzania chłodu z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii i nie tylko. Ciepło solarne, ciepło przemysłowe, ciepło procesowe czy inne rodzaje ciepła mogą być wykorzystane do produkcji chłodu w bardziej ekologiczny, ekonomiczny i przyjaźniejszy dla środowiska naturalnego sposób w porównaniu do konwencjonalnych sposobów wytwarzania chłodu takich jak energia elektryczna. SCX przeznaczony jest do produkcji chłodu w domowych systemach klimatyzacji. SCX został opracowany jako urządzenie o małej wielkości, więc jest przydatny w małych i średnich gospodarstwach domowych, a także może być wykorzystywany w małych procesach przemysłowych. Proces adsorpcji ma zastosowanie w różnych dziedzinach techniki i dotyczy układów adsorbent stały-gaz. Klimatyzacja adsorpcyjna SCX to urządzenie, w którym zachodzą procesy adsorpcyjne, które należy rozumieć jako proces pochłaniania przez złoże porowate (ciało stałe z porami) różnych par gazów. W naszym przypadku złożem porowatym jest silikażel, zwany dalej adsorbentem, natomiast gazem jest para wodna, zwana dalej adsorbatem. Do poprawności działania układu adsorbent adsorbat niezbędna jest dostarczenie do układu energii cieplnej. Energia cieplna doprowadzona do układu może pochodzić miedzy innymi z: energii dostarczonej przez kolektory słoneczne (płaskie oraz próżniowe) wszystkich typów kotłów grzewczych (na biomasę, węglowych, gazowych, olejowych itp.) procesów przemysłowych, gdzie ich produktem wyjściowym bądź ubocznym jest woda (lub mieszanina wody oraz glikolu) o temperaturze powyżej 55 o C. 2
Odpowiednia konstrukcja urządzenia pozwoliła na maksymalne zmniejszenie jego wymiarów, a wykorzystanie stali nierdzewnej jako budulca sprawia, że urządzenie odporne jest na korozję. Rozwiązania techniczne zastosowane przy budowie sprawiają iż urządzenie samo w sobie jest urządzeniem bezawaryjnym dzięki całkowitemu wyeliminowaniu mechanizmów ruchomych. Moc znamionowa urządzenia wynosi 7,5 kw, a możliwość połączenia kilku urządzeń w jedną baterię pozwala na zwiększenie mocy. Zalety urządzenia w porównaniu do innych rozwiązań klimatyzacyjnych: Niskie zapotrzebowanie na energię elektryczną sprowadzające się do zasilania układu sterowania oraz wysokowydajnych pomp obiegowych oraz układu chłodnicy; Prawidłowa praca urządzenia przy temperaturze wody grzewczej na poziomie już od 55 C, co umożliwia stosowanie alternatywnych źródeł ciepła, np. kolektorów słonecznych ; Chemiczna obojętność czynnika chłodniczego jak i jego nośnika co sprawia iż urządzenie jest bezpieczne dla środowiska naturalnego; Żywotność adsorbentu szacowana na 30 lat; Urządzenie wykonane ze stali nierdzewnej odpornej na warunki panujące wewnątrz urządzenia oraz na warunki środowiska zewnętrznego; Zwarta konstrukcja umożliwia optymalizację gabarytów; Stosunkowo wysoki współczynnik efektywności energetycznej oraz zmniejszenie zużycia energii pierwotnej przyczyniają się do redukcji emisji CO2 do atmosfery; Bezobsługowość; Łatwa instalacja i obsługa; Atrakcyjna amortyzacja kosztów inwestycji. 3
Klimatyzacja adsorpcyjna SCX to kompleksowy system zintegrowanych urządzeń zapewniających warunki dla odpowiedniego działania. Podstawowymi elementami składowymi są: Klimatyzacja adsorpcyjna SCX, Układ zasilania, czyli źródło ciepła, Układ chłodzenia. 2. Budowa i zasada działania klimatyzacji adsorpcyjnej SCX. Główny moduł chodziarki adsorpcyjnej możemy podzielić na cztery oddzielne komory procesowe tj. parownik, adsorbery (Process Chamber) 1 i 2 oraz skraplacz. Komory te są połączone ze sobą oraz uszczelnione próżniowo w metalowej zaizolowanej obudowie. Komory procesowe są połączone ze sobą przez wewnętrzne automatycznie działające zawory klapowe przez które przepływa para wodna. Zawory te wpływają na prędkość przepływu odparowanego adsorbatu(w naszym przypadku jest to woda, zwana również chłodziwem lub adsorbatem) do adsorberów 1 i 2 oraz skraplacza, w zależności od obecnej fazy procesu. Ogólny schemat budowy przedstawia Rys. 1. 4
Pracę klimatyzacji można podzielić na 3 fazy: Faza adsorpcji, Faza zmiany procesów, Faza desorpcji. Rys. 1. Ogólna budowa klimatyzacji SCX. 2.1 Faza desorpcji. Etap desorpcji, czyli uwalnianie pary wodnej ze złoża porowatego, zachodzi dzięki podwyższaniu temperatury złoża w komorze adsorpcyjnej poprzez doprowadzenie do niego gorącego czynnika z zasilania. Gorący czynnik (woda) przepływa przez Process Chamber 1 (PC1) powodując, że adsorbat, który został pochłonięty przez powierzchnię adsorbentu (silikażelu) zostaje wydzielony (zdesorbowany) w postaci pary wodnej, która trafia do skraplacza, gdzie następuje jej skondensowanie (skroplenie). Ciepło kondensacji jest usuwane przez obieg z 5
chłodnicy, która pełni rolę reduktora temperatury. Dzięki chłodnicy w kondensatorze panuje stała niska temperatura i niskie ciśnienie. Rys. 2. Faza desorpcji PC1, adsorpcji PC2. PC1 jest zaopatrywany w gorący czynnik, a tym samym desorbuje. W tym samym czasie PC2 adsorbuje, a woda chłodząca (re-cooler) usuwa nadmiar ciepła z adsorbera. Zarówno ciepło wytworzone podczas adsorpcji i ciepło kondensacji ze skraplacza są uwalniane do otoczenia poprzez chłodzenie (re-cooling). Cyrkulacja wody schładzanej jest stale realizowana we wszystkich fazach i przenosi ciepło pobrane z parownika. 2.2 Faza adsorpcji. Etap adsorpcji, czyli pochłanianie pary wodnej przez złoże porowate odbywa się dzięki odparowaniu adsorbatu (wody) w parowniku, w którym panuje bardzo niskie ciśnienie. Woda ta parując zwiększa ciśnienie w parowniku. W tym samym czasie czynnik z obiegu z chłodnicy ochładza PC2 powodując, że ciśnienie w komorze obniża się i w wyniku tego powstaje różnica ciśnień między parownikiem a komorą adsorpcyjną. Ta różnica ciśnień powoduje otwarcie zaworu klapowego, co w rezultacie umożliwia parze wodnej przepłynięcie do adsorbera, gdzie zostanie 6
zaadsorbowany (pochłonięty) przez silikażel. Proces zmiany stanu skupienia wody z fazy ciekłej w fazę gazową sprawia, że energia cieplna jest pochłaniana z przepływającej przez wymiennik wody powodując obniżenie jej temperatury i wykonanie pracy użytecznej, czyli efektu chłodzenia. Podczas adsorpcji pary wodnej przez silikażel wydziela się ciepło tzw. ciepło adsorpcji, które jest usuwane przez obieg z chłodnicy. Rys. 3. Faza desorpcji PC2, adsorpcji PC1. Do PC2 jest dostarczana woda gorąca i w ten sposób desorbuje. W tym samym czasie z PC1 odprowadzane jest ciepło odpadowe poprzez wodę chłodzącą. Zarówno ciepło wytworzone podczas adsorpcji i ciepło kondensacji ze skraplacza są uwalniane do otoczenia poprzez chłodnicę (re-cooler). 7
2.3 Faza zmiany procesów. W celu zapewnienia pracy ciągłej klimatyzacji SCX, do jej budowy wykorzystano dwie komory adsorpcyjne działające na przemian w fazach procesowych, to znaczy w czasie gdy w komorze PC1 zachodzi proces desorpcji, równolegle w komorze adsorpcyjnej PC2 zachodzi proces adsorpcji. Po osiągnięciu stanów końcowych w komorach następuje odwrócenie procesów przy pomocy 4 elektrozaworów zapewniających automatyczne przełączenie obiegów. Elektrozawory zamieniają obieg gorącego czynnika z obiegiem z chłodnicy co w rezultacie skutkuje zmianą stanów w komorach procesowych. Komora PC1, która w pierwszym cyklu desorbowała, zaczyna adsorbować natomiast komora PC2, która w pierwszym cyklu adsorbowała zaczyna desorbować. Proces sam w sobie pozostaje niezmieniony, zmieniają się tylko obiegi. W zależności od różnicy ciśnień, skroplona para wodna jest zawracana do parownika przez zewnętrzną kapilarę i w rezultacie osiągamy możliwość ciągłego cyklu pracy całego układu. Rys. 4. Faza zmiany procesów. 8
2.4 Parametry techniczne chłodziarki SCX. Poniższa tabela przedstawia podstawowe parametry pracy klimatyzacji, wymiary gabarytowe oraz masa urządzenia zostały podane dla urządzenia w stanie surowym, tj. nie uwzględniają obudowy zewnętrze oraz zawartości wody procesowej. Tabela 1: Parametry techniczne klimatyzacji adsorpcyjnej SCX. Czynnik Moc chłodnicza (nominalna) Wartość oraz jednostka 7,5 kw COP (nominalne) 0,5 Zakres temperatur dla obiegu parownika 7-18 C Zalecany przepływ 1,5 m 3 /h Max. ciśnienie pracy Zakres temperatur dla obiegu czynnika chłodzącego 6 bar 22-37 C Zalecany przepływ 3,6 m 3 /h Max. ciśnienie pracy Zakres temperatur dla obiegu gorącego czynnika (zasilanie) 6 bar 55-95 C Zalecany przepływ 1,8 m 3 /h Max. ciśnienie pracy Masa urządzenia Wymiary (dł./szer./wys.) Nośniki ciepła Pobór mocy (klimatyzacja wraz ze standardowym osprzętem) 6 bar 220 kg ~1150x810x1030 mm Woda/glikol ~1,1 kw 9
3. CHŁODZENIE. Układ chłodzenia jest jednym z integralnych oraz jednym z ważniejszych elementów systemu klimatyzacji SCX. Jego podstawową funkcją jest odprowadzenie nadmiaru energii cieplnej do otoczenia, pochodzącej z klimatyzacji. Do najbardziej popularnych układów chłodzenia należą: wieża chłodnicza sucha lub ze zraszaniem ( standard oferowany przez producenta), wodnego wymiennika ciepła (np. basenowy wymiennik ciepła), gruntowy wymiennik ciepła. Układ chłodzenie to wieża chłodnicza składająca się z wymiennika o mocy około 21 kw, systemu wentylatorów wymuszających obieg powietrza oraz natrysku wody ( zraszanie). Jest to idealne rozwiązanie zarówno dla klimatów umiarkowanego jak i ciepłego posiadające kilka kluczowych zalet : płynne sterowanie obrotów redukujące zużycie energii elektrycznej, wysoka wydajność dzięki zastosowaniu wentylatorów EC, znikoma awaryjność, łatwość i prostota instalacji, kompaktowa budowa, zabezpieczenie przeciw zamarzaniu zrealizowane za pośrednictwem wprowadzenia do układu mieszanki glikolowo-wodnej. Podstawowe parametry techniczne wieży chłodniczej zostały przedstawione w tabeli nr.2. 10
Tabela 2: Parametry wieży chłodniczej. Zmienna Wartość Jednostka Moc chłodnicza 21 kw Typ wentylatorów 2*EC - zasilanie 230~ V 50 Hz Max. przepływ czynnika 3,6 m^3/h Max. Ciśnienie robocze 6 bar Nośnik Woda / glikol - 4. System. 4.1 Ogólny zarys wydajności klimatyzacji. Układ klimatyzacji adsorpcyjnej wraz z podstawowymi elementami składkowymi, nosi nazwę systemu. Ideowy bilans odprowadzonego ciepła przez system klimatyzacji wraz z przykładowymi elementami wykonawczymi, przestawia rys. 5. 11
dq Cooling Medium 21.5 kw dq Heat Source 14 kw dq Chilled area 7,5 kw Rys. 5. Ideowy system klimatyzacji adsorpcyjnej SCX. 12
4.2 Klimatyzacja SCX w domu. W gospodarstwie małej bądź średniej wielkości system klimatyzacji może współpracować z elementami takimi jak (patrz rys. 6): bateria PCMX, bufory ciepła, bufory wody chłodzonej (opcja patrz rys 7). Rys. 6. Ideowy system klimatyzacji adsorpcyjnej SCX. Nie jest to jedyne możliwe rozwiązania realizacji budowy instalacji klimatyzacji SCX w małych bądź średnich domostwach. Można je modyfikować w zależności od zapotrzebowania. Na rys. 7 przedstawiono schemat układu rekomendowany przez producenta jako instalacja pełna klimatyzacji adsorpcyjnej SCX. 13
4.3 Schemat instalacji standardowa. Schemat instalacji standardowej, polecanej przez producenta przedstawia rysunek poniżej. Rys. 7. Schemat instalacji z użyciem bufory wody chłodzonej (bufor chłodu). Do głównych elementów składowych zaliczamy: Uwaga: Bufor gorącego czynnika 1000-2000 litrów Bufor wody lodowej 500-1000 litrów Wieża chłodnicza np. chłodnica wentylatorowa, basenowy wymiennik ciepła, rzeczny wymiennik ciepła, 2 pompy obiegowe dla obiegu gorącego czynnika, 1 pompa obiegowa dla obiegu z wieżą chłodniczą, 1 pompa obiegowa dla obiegu wody lodowej. Ilustracje zawarte w powyższym dokumencie mogą odbiegać od wyglądu elementów rzeczywistych. Producent zastrzega sobie prawo do zmiany niektórych parametrów bez podania przyczyny. 14