Absorptionskälteanlagen und -Wärmepumpen

Absorptionskälteanlagen sind Kältemaschinen, die, anders als die häufig eingesetzten Kompressorkälteanlagen, mit Wärme angetrieben werden.

Wie jede andere Kälteanlage auch , wird die Kälte durch Verdampfung eines Kältemittels im Verdampfer erzeugt. Nach Kompression wird das Kältemittel im Veflüssiger ( Kondensator ) verflüssigt. Die freiwerdende Kondensationswärme wird an das Kühlwasser abgegeben. Anstelle eines mechanischen Verdichter wird in der Absorptionsanlage ein thermischer Verdichter verwendet. Im Absorber wird der Wasserdampf aus dem Verdampfer in einer hochkonzentrierten Salzlösung absorbiert, Die durch Absorption verdünnte Salzlösung wird dann von einer Pumpe zur Regeneration in den Austreiber, oder Desorber, gefördert. Dort wird die Lösung dann durch Wärmezufuhr wieder aufkonzentriert. Der dabei entstehende Wasserdampf strömt zum Verflüssiger und kondensisert dort. Der Absorber und Desorber stellen somit zusammen mit dem Lösungskreislauf den Verdichter dar, allerdings eben ohne daß hier mechanische Arbeit erforderlich wäre.

 

Der Energiebedarf einer Absoprtionskälteanlage hängt nur wenig von den Temperaturen ab, sondern praktisch ausschließlich von den Eigenschaften der verwendeten Lösung. Im betrachteten Fall des Arbeitsmittelpaares Wasser und Lithiumbromid kann man den Kältewirkungsgrad ( COP = coefficient of performance ) recht einfach abschätzen, da man in erster Näherung die Leistung des Verdampfer folgendermaßen anstezt:

Qv = m * r   mit m : verdampfte Kältemittelmenge , r = spezifische Verdampfungswärme .

Im Desorber wird dagegen für die Erzuegung von Wasserdampf aus der Lösung eine etwas höhere Wärmeleistung benötigt:

Qd = m * ( r + l )   mit  l : Lösungswärme 

Für den Wirkungsgrad erhält man dann: 

COP =  r / ( r+ l )   

Die Lösungswärme betragt im üblichen Betriebsbereich ca. 15-20 % der Verdampfungswärme r . Da r und l nur wenig von der Temperatur abhängen, ergibt sich ein nahezu konstantes Wärmeverhältnis, welche in der Praxis bei Werten zwischen etwa 0,7 und 0,82 liegt. Dagegen ändern sich mit den Betriebsbedingungen sowohl die erzielbare Leistung als auch die erforderliche Heißwassertemperatur für den Antrieb. 

 

In der Grafik ist ein typisches Kennlinienfeld einer Anlage dargestellt, die bei Standardbedingungen ( strichlierte Linien , 12/6°C Kaltwasser und 27/32°C Kühlwasser ) eine Leistung von 200 kW erreicht, sofern die Temperatur des Heißwassers mindestens ca. 90°C errichtgt. Eine niedrigere Heißwassertemperatur hat zur Folge, daß die erzielbare Leistung geringer ausfällt.

Neben der Temperatur des Heißwassers hat auch die Temperatur des Kühlwassers einen erheblichen Einfluß.  

Der Wirkungsgrad hängt dagegen fast ausschließlich von der Leistung ab.