Mehrstufige Ausführung (effect)

Ein großer Nachteil der, zuvor aufgezeigten, einstufigen Absorptionsmaschine ist, dass diese Bauweise keinen Nutzen aus höheren Temperaturen einer Wärmequelle ziehen kann, um den COP zu erhöhen. Daher erreicht der COP der einstufigen Absorptionskältemaschine (unabhängig davon, ob LiBr/Wasser oder Ammoniak/Wasser als Arbeitsstoffgemisch verwendet werden), selten Werte über 0,7. Um den Gesamtwirkungsgrad der Kältemaschine zu erhöhen ist es notwendig, einen Vorteil aus der bereitgestellten, höherwertigen Temperatur zu ziehen. Im Folgenden beschreiben die Begriffe "Effect" und "Lift" die Stufigkeit der vorgestellten Schaltungen. "Effect" bedeutet die mehrmalige Nutzung der zugeführten Heizenergie und "Lift" die ein- oder mehrmalige Zuführung von Heizenergie zur Kälteerzeugung.

Bei einer "single-effect"-Anlage wird also eine Einheit Wärme zugeführt und nur eine Einheit Kälte erzeugt. Bei "double-effect"-Anlagen werden aus einer zugeführten Wärmeeinheit zwei Nutzkälteeinheiten erzeugt (analog weiter bei triple-effect drei, quadruple-effect vier, usw.). Die Bezeichnung "n-lift" steht für die n+1te Anzahl der Druckniveaus und hilft auch niederwertige Wärmeenergie nutzbar zu machen. Eine "single-lift"-Anlage arbeitet auf zwei Druckniveaus, "double-lift" auf drei. Die möglichen Schaltungsarten sind ausführlich in [3] und [61] dargestellt, jedoch wurden technisch bisher nur wenige Schaltungen genutzt, da der apparative Aufwand mit zunehmender Komplexität den potentiellen Nutzen übersteigt.

Wird Heizenergie höherer Temperatur bei hohem Druck dem System zugeführt (H2)(Abbildung 28), so besteht die Möglichkeit, den Kältemitteldampf bei höherer Temperatur zu kondensieren (K2). Die dabei freiwerdende Wärme niederer Temperatur kann wiederum im Austreiber H1genutzt werden und den damit erzeugten Dampf im Kondensator (K1) kondensieren. Das Kältemittel erzeugt im Verdampfer V0 die gewünschte Kälte. Vereinfacht erklärt bedeutet dies, dass aus einer Einheit Wärme zwei Einheiten Kälte erzeugt werden. DieDoppeleffektschaltung wird genutzt, um hohe Temperaturen (Abgas eines BHKWs, Dampf) besser zu nutzen und das Wärmeverhältnis zu erhöhen.

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Abbildung 28: Zweistufiger Absorptionskreisprozess (double-effect)

Wie zuvor erwähnt benötigt die Doppeleffekt-AbKM höhere Temperaturen bei der Wärmezufuhr. Diese Maschinen werden meist direkt mit Gasverbrennung, Abgas (z.B. von BHKWs) oder mit Dampf betrieben, um eine Temperatur von mindestens 110-130°C zu erreichen. Der optimale Betriebsbereich befindet sich bei einem Druck von 3-11 bar und einer Heizwärmetemperatur von 130-190°C.

Mit dieser Doppelnutzung der zugeführten Energie, wird die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage in vielerlei Hinsicht optimiert.

  • Heizwärmebedarf wird um bis zu 50% reduziert
  • Es werden geringere Heizwärmemengen für den Betrieb der Anlage benötigt als bei einer einstufigen AbKM
  • Nahezu Verdoppelung des COP
  • Weniger Kühlleistung erforderlich

 

Das Wärmeverhältnis der Effekt-Schaltungen lässt sich näherungsweise aus den Wärmeverhältnissen der Einzelstufe mit folgender Formel berechnen:

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Für die Zweistufige-AbKM errechnet sich das Wärmeverhältnis zu:

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