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Frigopol Infotage 19.03.2009

KältKälteaus

WärmeDr. Thomas EbnerDr. Thomas Ebner

Allgemeines: Geschichtliche Entwicklung

• Kältetechnik ist ca. 175 Jahre alt– 1824 Carnot Grundlagen– 1834 Perkins (1. Kaltdampfkältemaschine)– 1844 Gorrie (1. Luftkompressionskältemaschine)– 1860 Carre (1. Absorptionskältemaschine)1860 Carre (1. Absorptionskältemaschine)– 1867 NH3 als Kältemittel– 1881 CO2 als Kältemitel

1930 1936 Si h h it kält itt l (FCKW)– 1930-1936 Sicherheitskältemittel (FCKW)

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Vergleich

Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine

rleistungKondensatoQC =&

QC =Kondensatorleistung AustreiberC

KälteprozessQH

Pel

Q0 = Verdampferleistung Absorber QA

leistungVerdampferQ0 =&

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Vergleich

KompressionskältemaschineHauptkomponenten

AbsorptionskältemaschineFunktionsweise

① Verdichter

② Kondensator– Verdampfung des Kältemittels– Absorption des Kältemittel-

③ Drosselorgan

④ Verdampfer

Absorption des Kältemitteldampfes

– Druckniveau der reichen Lösung anheben④ Verdampfer Lösung anheben

– Austreiben des Kältemittels (=Wärmezufuhr)Kondensation des Kältemittels– Kondensation des Kältemittels

– Drosselung des Kältemittels

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Absorptionskälteprozess

• Log p, 1/T – DiagrammAustreiberVerflüssigerog

p

– 2 Arbeitsmedien (Kältemittel u. Lösung)

AustreiberVerflüssiger1 25p

c

lo

• Hauptkomponenten

– VerdampferVerdampfer – Kondensator– Austreiber

b b 346po

– AbsorberAbsorberVerdampfer346

to

tC

tH

1/T

5

o C H

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Prinzip Absorptionskältemaschine (LiBr/H2O)Kühlwasser Aus

tc~45°CVerflüssiger

Austreiber

Druck ca.60 Torr60 mm Hg80 mbar8 kPa

~37°C

Heizmittel Aus

Heizmittel Ein Dampf oderHeißwasser

6 °C

12 °CKälteträger

to~4°CDruck ca.6,2 Torr6,2 mm Hg8,2 mbar0,83 kPa Verdampfer

Kühlwasser Einta~35°C

Absorber

~27°C

~32,5°C

Konzentrierte Lösung (LiBr)

ta~35°C

~70°C

Kältemittel (Wasser)Dampf oder HeißwasserVerdünnte Lösung (LiBr)

KühlwasserKälteträger

~50°C

Kältemittel (Wasser)

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Wirkungsgrad des idealen Vergleichsprozesses (Carnot-Prozess)g p ( )

Kompressionskältemaschine Absorptionskälteanlage

100°CT0TEER =

Tgen0

0

TTTEERc

c −= 0TT

EERc

c −

69=EER6,9=cEER

35°C 35°C

6,9=cEER

Gen

cGenGen T

TT −=η

6°C

Tc

6°C

Tc 17,0=Genη

Gencc EER ηζ ×=

T0T0 63,1=cζ

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Realer Wirkungsgrad

Kompressionsmaschine Absorptionsmaschine

EEREER υ×= bEER υζ ×=ccEEREER υ×= abscEER υζ ×

Gütegradherexergetiscc =υ ggc

52,0=Kυ 52,0=Acυ52,0,Kcυ ,,Ac

5=EER 80=ζ5EER 8,0=ζ

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Änderung des Wärmeverhältnis in Abhängigkeit vonÄnderung des Wärmeverhältnis in Abhängigkeit von der Heißwassertemperatur

0,75

0 6

0,65

0,7

is Q

o/Q

H

Kühlwassereint rit t35°CKühlwassereint rit t

0 5

0,55

0,6

mev

erh

ältn

i 27°CKühlwaserint rit t41°C

0,4

0,45

0,5

Wär

m

70 80 90 100 110 120

Heißwassertemperatur [°C]

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Abwärmemengen

Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine

1.000 kW 1.200 kW1.000 kW 2.250 kW

200 kW 1.250 kW

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Solares Kühlen

ηζη ×=

80°C

100°C eSolaranlagAbsSolGes ηζη ×=,

30°C5,0=eSolaranlagη

6°C 4,0, =SolGesη

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Gegenüberstellung KKM/AKM

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Rückkühlung

Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine

1.000 kW

1.728 kg/h 3.496 kg/h

Kält l i t 1 000 kW

576 kg/h

1.165 kg/h1.000 kW

Kälteleistung: 1 000 kWKälteleistung: 1.000 kW

VVerd: 1.728 kg/h

Kälteleistung: 1.000 kW

VVerd: 3.496 kg/hVerd g

VAbs: 576 kg/h VAbs: 1.165 kg/h

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Beispiel: Gebäude

Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine

Kälteleistung 2.000 kWVollbenutzungsstunden 900

Kälteleistung 2.000 kWVollbenutzungsstunden 900

70ζ5EER

Nutzkälteenergie: 1800 MWh/a Nutzkälteenergie: 1800 MWh/a

7,0=ζ5=EER

Nutzkälteenergie: 1800 MWh/aAntriebsenergie: 360 MWh/aVerdunstungswasser: 3.110 m³/a

Nutzkälteenergie: 1800 MWh/aAntriebsenergie: 2.571 MWh/aVerdunstungswasser: 6.293 m³/a

Absalzmenge: 1.037 m³/a Absalzmenge: 2.097 m³/a

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Beispiel: Gebäude

Spezifischer Strompreis: 100 €/MWhSpezifischer Wasserpreis: 1 5 €/m³Spezifischer Wasserpreis: 1,5 €/mSpezifischer Abwasserpreis: 1,2 €/m³Spezifischer Aufbereitungspreis: 0,4 €/m³

Betriebskosten Kompression: 45.123 €/a

Zielpreis Wärme: 10,37 €/MWh (maximale Wärmekosten für gleiche Gesamtkosten wie Kompression)p )

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Vorrausetzungen damit Absorptionsanlagenwirtschaftlich interessant sein können

• Hoher StrompreisNi d i W d Ab k t• Niedrige Wasser- und Abwasserkosten (z.B. eigener Brunnen)Ni d i Wä k t ( 10 bi 12 €/MWh)• Niedrige Wärmekosten (< 10 bis 12 €/MWh)(beispielsweise Abwärme aus Biomasse KWK)

• Hohe Vollbenutzungsstunden

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Außentemperatur

30

35Geordnete Häufigkeit der Außentemperatur (Graz)

15

20

25

C]

Volllaststunden ~ 800 h/a

5

10

15

ntem

pera

tur [

°C

16 °C

-5

0

Auß

en

-15

-10

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000Stunden © Enertec OG

2.400 h/a

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© Enertec OG

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Beispiel

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Beispiel

Spez. Stromkosten 100 €/MWhSpezifischer Wärmepreis 8 €/MWhEER = 5, zeta = 0,8Spezifischer Wasserpreis: 1,5 €/m³Spezifischer Abwasserpreis: 1,2 €/m³Spezifischer Aufbereitungspreis: 0,4 €/m³

Jahreskosten – gesamter Kältebedarf aus Kompression:

Antriebskosten € 437.400 Wasserkosten € 110.854Summe € 548.254

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Einsparung durch Free Cooling

Kompressionskältemaschine Free Cooling

Antriebskosten € 54.060 Wasserkosten € 13.432

Antriebskosten € 0 Wasserkosten € 0

Summe € 67.492 Summe € 0

Einsparung: € 67.492

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Einsparung durch Absorption

Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine

Antriebskosten € 325.600 Wasserkosten € 82.520

Antriebskosten € 162.800 Wasserkosten € 154.725

Summe € 408.120 Summe € 317.525

Einsparung: € 90.594

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Jahreskosten System

KompressionsteilpAntriebskosten € 57.740 Wasserkosten € 14.634Summe € 72.374AbsorptionsteilA t i b k t € 162 800

Summe: € 389.899

Antriebskosten € 162.800 Wasserkosten € 154.725 Summe € 317.525

Einsparung zu Kompression:€ 158.087

Summe € 317.525Free CoolingSumme € 0

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Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!

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