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Absorptionswärmepumpe: Funktion und Anwendungen

Die Absorptionswärmepumpe überträgt Wärme von einer kalten Quelle über ein Sekundärfluid. Erfahren Sie, wie sie funktioniert und was sie im Vergleich zur herkömmlichen Wärmepumpe verändert

Die Wärmepumpe ist eine thermische Anlage, die es ermöglicht, Räume in jeder Struktur zu heizen und zu kühlen sowie das für den täglichen Bedarf benötigte Warmwasser durch den Transfer von Energie von einem Raum mit niedriger Temperatur zu einem System mit höherer Temperatur zu erzeugen.

Im Vergleich zu vielen anderen technologischen Anlagen trägt sie zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Umweltfreundlichkeit bei, was zu einer Kosteneinsparung auf der Rechnung führt, auch dank zahlreicher staatlicher Anreize und Erleichterungen.

Je nach Betriebsart und Art der Stromversorgung gibt es verschiedene Arten von Wärmepumpen auf dem Markt:

  • elektrische Kompressionswärmepumpen;
  • endothermische Kompressionswärmepumpen;
  • Absorptionswärmepumpen;

In diesem Artikel werden wir im Detail die Funktionsweise von Absorptionswärmepumpen betrachten, um ihre technischen Eigenschaften zu verstehen und zu sehen, wie sie sich von anderen unterscheiden.

Wie funktioniert eine Absorptionswärmepumpe?

Absorptionswärmepumpen sind Geräte, die das thermodynamische Prinzip der Absorption nutzen, um Wärme von einer Quelle mit niedriger Temperatur auf eine Quelle mit höherer Temperatur zu übertragen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmepumpen, die mechanische Kompressoren verwenden, basieren Absorptionswärmepumpen auf chemischen oder physikalischen Reaktionen, um ihre Heiz- oder Kühlwirkung zu erzielen.

Der Betrieb einer Absorptionswärmepumpe AHP (Absorption Heat Pump), die von jeder Wärmequelle gespeist werden kann, basiert auf zwei Substanzen, einem Kältemittel und einem Absorptionsmittel.

Diese beiden Substanzen, wenn sie kombiniert werden, erzeugen einen Zyklus, bei dem die mechanische Arbeit etwa 1% der in den Generator eingebrachten thermischen Energie beträgt.

Lassen Sie uns alle Phasen des Zyklus einer Absorptionswärmepumpe im Detail analysieren:

  1. Alles beginnt mit einem Generator, der primären Energiequelle, die die Temperatur der Kältemittel-Absorptionslösung erhöht. Mit steigender Lösungstemperatur trennen sich die beiden Komponenten und das Kältemittel verdampft entlang der Destillationssäule;
  2. Der Dampf des Kältemittels durchläuft dann den Rektifikator, wo er vom eventuellen Restwasser getrennt wird und in den Wärmetauscher gelangt, der normalerweise ein Rohrbündelwärmetauscher ist;
  3. In diesem Rohrbündelwärmetauscher kondensiert das Kältemittel und gibt somit Wärme an das Wasser der Anlage (Sekundärfluid) ab. Gerade in dieser Phase tritt der erste nützliche Effekt der Maschine auf, indem eine Wassermenge erwärmt wird;
  4. Nach der Kondensation durchläuft das Kältemittel, das aus dem Kondensator austritt, eine Reihe von Verflüssigungen und einen Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher, in dem Druck und Temperatur allmählich abnehmen, um die idealen Bedingungen zu erreichen, die es dem Fluid ermöglichen, Wärme aus der Außenluft aufzunehmen;
  5. Das Kältemittel kühlt die Außenluft ab, indem es Wärme aufnimmt und verdampft;
  6. Anschließend wird das Kältemittel zuerst im Wärmetauscher und dann im Vorabsorber überhitzt, wo es mit Wasser reagiert und die eigentliche Absorption bewirkt;
  7. Die Absorption ist eine exotherme Reaktion (Energie wird freigesetzt), und wenn ein Teil dieser Energie verwendet wird, um die Wasser-Kältemittel-Lösung zu erwärmen, wird der Rest an den Rohrbündelwärmetauscher abgegeben;
  8. In dieser Phase des Zyklus fungiert der Wärmetauscher als Absorber und ermöglicht die Abgabe einer erheblichen Menge thermischer Energie an das Wärmeträgerfluid des Heizsystems, was den zweiten nützlichen Effekt der Maschine darstellt;
  9. Die aus dem Wärmetauscher austretende Wasser-Kältemittel-Lösung wird vom Lösungspumpen erneut zum Generator geführt, durchläuft erneut den Vorabsorber und den Rektifikator, wo eine Vorwärmphase durch die Rückgewinnung der Wärme aus dem Zyklus selbst erfolgt. Im Generator beginnt der zuvor beschriebene Kältekreislauf von neuem.

Schema einer Absorptionswärmepumpe

Schema einer Absorptionswärmepumpe

Unterschied zwischen einer Absorptionswärmepumpe und einer Kompressionswärmepumpe?

Der Hauptunterschied zwischen einer Absorptionswärmepumpe und einer Kompressionswärmepumpe (elektrisch oder gasbetrieben) liegt in den Arbeitsphasen: Eine Absorptionswärmepumpe verzichtet auf die Kompressionsphase, die vollständig durch zwei separate Phasen ersetzt wird: die Erzeugung und die Absorption.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die erste Phase durch einen Brenner als primäre Energiequelle, während die zweite Phase durch eine spezifische Flüssigkeit, normalerweise Wasser, die als Absorptionsmittel bezeichnet wird, erfolgt.

Darüber hinaus ist die Effizienz einer Absorptionswärmepumpe, gemessen in GUE, Gas Utilization Efficiency, höher als die einer herkömmlichen Wärmepumpe. Hier sind die beiden Hauptgründe:

  1. Die GUE, die sich aus dem Verhältnis zwischen der an die Umgebung abgegebenen Energie und der dem Brenner zugeführten Energie ergibt, ist im Vergleich zum COP herkömmlicher Wärmepumpen viel niedriger. Ein GUE liegt in der Regel bei etwa 1,5, während ein COP einen Wert von etwa 4 hat;
  2. Wenn die Außentemperatur sehr niedrig ist, funktioniert eine herkömmliche Wärmepumpe nicht gut, da mehr Arbeit erforderlich ist, um Wärme von außen nach innen zu übertragen, und die Feuchtigkeit der kalten Luft dazu neigt, die Lamellen des Außengeräts einzufrieren. Dies tritt bei einer Absorptionswärmepumpe nicht auf: Der thermodynamische Zyklus, in dem sie arbeitet, schränkt die Funktionalität der Maschine auch bei niedrigen Außentemperaturen nicht ein.

Insgesamt führt die hohe Effizienz einer Absorptionswärmepumpe zu einem höheren Anschaffungspreis; es ist jedoch erwähnenswert, dass es zweifellos eine Rückkehr der Investition gibt, dank der Energieeinsparung, innerhalb von 4/5 Jahren.

Arten von Absorptionswärmepumpen

Auf dem Markt für Klimaanlagen finden sich im Allgemeinen zwei Arten von Absorptionswärmepumpen, die direkt mit Flamme betrieben werden oder die indirekt betrieben werden.

Eine direkt mit Flamme betriebene Absorptionswärmepumpe wird durch die Flamme eines Brennstoffs wie Erdgas, Flüssiggas, Biomasse usw. betrieben und wird hauptsächlich in Umgebungen eingesetzt, in denen eine kontinuierliche Versorgung auch bei Stromausfall erforderlich ist.

Eine indirekt betriebene Absorptionswärmepumpe hat als Wärmequelle ein Wärmeträgerfluid (warmes oder überhitztes Wasser, Dampf, Verbrennungsprodukte von endothermischen Motoren), das im Maschinenzyklus kontinuierlich wiederverwendet wird.

Es sei auch daran erinnert, dass es viele europäische Richtlinien gibt, die die Verwendung energieeffizienter Klimatisierungs- und Warmwassersysteme fördern, mit Überprüfungen, die aus der Entwicklung von umweltfreundlichen Designs resultieren.

Absorptionswärmepumpen stellen eine vielversprechende Lösung für die Heizung und Kühlung von Gebäuden dar und bieten signifikante Vorteile in Bezug auf Energieeffizienz, Reduzierung von Emissionen und Flexibilität bei der Nutzung erneuerbarer Energiequellen.

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