REFRIGERAZIONE AD ASSORBIMENTO -
RAFFREDDAMENTO DAL CALORE

La diversità della gamma di prodotti disponibili oggi è correlata alle varie e complesse condizioni di produzione richieste per questi prodotti. Alcuni processi possono richiedere vapore, acqua calda e raffreddamento oltre all'elettricità. Con gli impianti combinati di raffreddamento, calore ed energia (CCHP), queste forme di energia possono essere generate insieme, consentendo di fornirle in modo efficiente.

Anche le aziende che non hanno una domanda significativa di riscaldamento possono trarre vantaggio dalla cogenerazione se le unità di refrigerazione ad assorbimento sono utilizzate per generare raffreddamento dal calore in eccesso. La tecnologia della refrigerazione ad assorbimento offre un modo ideale per recuperare il calore del motore da un'unità CHP e quindi per alimentare il processo di produzione con raffreddamento, elettricità e, se necessario, vapore e acqua calda.

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USO PRATICO DI
CALORE DEL MOTORE A COGENERAZIONE


Molte aziende industriali dipendono dai bassi prezzi dell'energia per rimanere competitive. Il graduale aumento delle componenti di prezzo imposte dal governo, compresa la tassa EEG sui prezzi dell'elettricità, rappresenta un chiaro pericolo per questa competitività. Solo un piccolo numero di aziende sono esentate dal prelievo EEG, il che significa che la maggioranza è colpita.

Una soluzione per le aziende che sono colpite è quella di generare la propria elettricità e quindi beneficiare di una riduzione dei costi. Nonostante i maggiori investimenti e i costi correnti per cose come la manutenzione e la riparazione, è ancora possibile ridurre i costi dell'elettricità in modo sostenibile. A causa delle spese di capitale significativamente più basse, le unità di cogenerazione a motore sono spesso usate in questo contesto. Oltre alla generazione di elettricità, i gas di scarico caldi possono essere utilizzati per la generazione di vapore e possono anche essere immessi nella rete dell'impianto. Gli impianti che generano elettricità e calore allo stesso tempo sono chiamati impianti di cogenerazione e sono noti per la loro alta efficienza del combustibile e il rispetto dell'ambiente. Tali impianti sono anche sovvenzionati dallo stato a causa delle loro particolari caratteristiche ed efficienza, e perché contribuiscono ad abbassare i costi energetici.

In un'unità di cogenerazione, l'acqua calda con temperature di circa 90°C viene prodotta per il raffreddamento del motore. Per garantire un raffreddamento sufficiente del motore, la temperatura dell'acqua di raffreddamento deve essere abbassata a circa 70°C. L'esperienza ha dimostrato che la maggior parte delle aziende di produzione hanno un fabbisogno di elettricità e di vapore che può essere almeno parzialmente coperto con l'aiuto di un'unità di cogenerazione. Ma molte aziende hanno bisogno di poca o nessuna acqua calda. Per far funzionare un'unità CHP in modo efficiente, economico ed ecologico, è necessario sfruttare il calore in eccesso. Le unità di refrigerazione ad assorbimento sono ideali per questo scopo. È solo attraverso l'uso di unità di refrigerazione ad assorbimento che può essere possibile far funzionare un'unità di cogenerazione, oppure si può scegliere un'unità di cogenerazione con una capacità maggiore, soddisfacendo così una parte maggiore della domanda di energia.

COME FUNZIONA UN'UNITÀ DI REFRIGERAZIONE AD ASSORBIMENTO

Le macchine di refrigerazione a compressione sono di solito usate per generare raffreddamento. Queste usano un compressore alimentato elettricamente per sollevare il refrigerante gassoso da un livello di pressione basso a uno alto.

COMPRESSORE TERMICO

Invece di un compressore elettrico, le unità di refrigerazione ad assorbimento usano un cosiddetto compressore termico che usa il calore invece dell'elettricità. Il compressore termico funziona con l'aiuto di una miscela di sostanze che comprende un refrigerante e un solvente Una proprietà del solvente è che è in grado di assorbire il refrigerante. Il solvente viene quindi chiamato anche sorbente.

All'inizio della compressione termica, una miscela di solvente e refrigerante è presente in forma liquida, detta anche soluzione ricca perché vi è disciolta una quantità relativamente grande di refrigerante. Il liquido può essere portato a un livello di pressione più alto con un dispendio molto basso di energia della pompa. Per questo motivo, le unità di refrigerazione ad assorbimento di solito non possono fare completamente a meno dell'energia elettrica.

SEPARAZIONE DI
REFRIGERANTI E SOLVENTI

Dato che bollono a temperature diverse, è possibile separare il refrigerante dal solvente attraverso il riscaldamento. Questo processo viene effettuato nel generatore, altrimenti noto come unità di espulsione, introducendo calore esterno, per esempio il calore in eccesso dall'unità di cogenerazione. Il vapore del refrigerante bollito viene indirizzato al condensatore (liquefattore). Lì, la liquefazione del refrigerante ha luogo, rilasciando il calore all'ambiente. Con l'aiuto di una valvola a farfalla, il refrigerante viene espanso al livello di pressione inferiore e indirizzato all'evaporatore. A causa della bassa pressione del vapore, il calore del ritorno del circuito di raffreddamento è sufficiente per far evaporare il refrigerante. Questo rimuove il calore dal circuito di raffreddamento in modo che possa fornire il raffreddamento. Successivamente, il refrigerante gassoso viene messo in contatto nell'assorbitore con la soluzione refrigerante espansa e ora bassa del generatore. Nel processo, il refrigerante è legato nella soluzione e può essere pompato di nuovo al generatore.

L'INTERVALLO DI DEGASSAMENTO

La differenza di concentrazione tra la soluzione ricca di refrigerante e quella povera di refrigerante è chiamata intervallo di degassamento ed è considerata una misura dell'efficacia del compressore termico. L'obiettivo dovrebbe essere quello di ottenere l'intervallo di degassamento più ampio possibile. La temperatura del raffreddamento è determinata dalla temperatura ambiente, mentre la temperatura alla quale deve essere fornita la capacità di raffreddamento dipende dalle condizioni del processo. Ciò significa che la temperatura della fonte di calore usata per espellere il refrigerante nel generatore deve essere aumentata per aumentare l'intervallo di degassamento. Maggiore è l'intervallo di degassamento, maggiore è la misura in cui il mezzo di riscaldamento può essere raffreddato. Questo, a sua volta, permette maggiori capacità di trasferimento.

Se si prendono in considerazione solo le capacità, si può usare il rapporto termico. Il rapporto termico descrive la capacità di raffreddamento ottenuta in relazione alla capacità termica utilizzata alle temperature applicabili al sistema.

Gli scambiatori di calore interni sono ancora utilizzati per migliorare i processi all'interno del gruppo di refrigerazione ad assorbimento, aumentando così l'efficienza dell'impianto.

STABILITO
SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO

Sul mercato si sono affermati due sistemi, ognuno dei quali funziona con diverse coppie di sostanze di lavoro: acqua-bromuro di litio e ammoniaca-acqua. Il primo viene utilizzato quando sono richieste temperature di raffreddamento superiori a 0°C. Se è necessario il congelamento profondo, bisogna evitare di usare l'ammoniaca come refrigerante. Sistemi come questi sono molto più complessi e richiedono attrezzature di rettifica per generare alte concentrazioni di vapore di raffreddamento.

CALORE ED ENERGIA COMBINATI PER
ARIA CONDIZIONATA

Le unità di refrigerazione ad assorbimento per il condizionamento dell'aria a base di bromuro di litio sono ora facilmente disponibili sul mercato come unità compatte con diversi intervalli di capacità. In combinazione con il calore a bassa temperatura di un'unità di cogenerazione, il processo o il condizionamento dell'aria possono essere forniti in modo efficiente per il raffreddamento di edifici per uffici o depositi frigoriferi.

CALORE ED ENERGIA COMBINATI PER
CONGELAMENTO PROFONDO

L'uso del calore residuo a bassa temperatura di un'unità di cogenerazione per la refrigerazione a bassa temperatura in un'unità di refrigerazione ad assorbimento è limitato dalla temperatura di riscaldamento di circa 90°C. Da un lato, le unità monostadio possono produrre solo un raffreddamento nell'intervallo di meno a una cifra e, inoltre, il rapporto termico di questo tipo di unità è piuttosto basso. Non solo, ma in certe circostanze, la refrigerazione del mezzo di riscaldamento non sarà sufficiente a garantire il raffreddamento del circuito del motore CHP entro limiti sicuri, rendendo necessarie soluzioni ingegneristiche per l'utilizzo del volume termico residuo. Potrebbe anche essere possibile raggiungere temperature più basse e assicurare un raffreddamento sufficiente dell'unità di cogenerazione utilizzando sistemi multistadio. Sistemi come questi sono attualmente utilizzati solo in casi speciali o per scopi di ricerca a causa della vasta attrezzatura richiesta.

Tuttavia, la combinazione di CHP, caldaia a calore residuo e unità di refrigerazione ad assorbimento fornisce un vantaggio finanziario ed ecologico rispetto al caso di riferimento con alimentazione elettrica esterna, refrigerazione a compressione e generazione completa di vapore da una caldaia a gas naturale.

A causa dei considerevoli costi di investimento nell'unità di refrigerazione e nelle fasi di trattamento, il vantaggio economico non deriva tanto dal fatto che l'unità di refrigerazione ad assorbimento sostituisce la refrigerazione di un'unità di refrigerazione a compressione, ma piuttosto dal fatto che la costosa elettricità esterna può essere sostituita dalla generazione di elettricità propria dell'unità e il vapore può essere fornito in modo estremamente conveniente in una caldaia a calore residuo.

Il vantaggio ecologico di un tale sistema deriva dall'uso efficiente del combustibile e dal fatto che il fattore di energia primaria del gas naturale è significativamente inferiore al fattore di energia primaria dell'elettricità. Il fatto che la quantità di elettricità acquistata da fonti esterne può essere ridotta riduce anche la quantità di energia primaria richiesta per fornire energia all'impianto.

Per un'unità di cogenerazione con una potenza elettrica di 2 MW, che continua a contribuire alla fornitura di vapore saturo a 10 bar(g) usando una caldaia a calore residuo e fornisce un raffreddamento criogenico di circa -7°C da un gruppo di refrigerazione ad assorbimento, è possibile un risparmio di energia primaria di oltre il 15%! Se il vapore saturo è richiesto a una pressione inferiore o la refrigerazione a un livello di temperatura più alto, l'efficienza dell'impianto CCHP migliora, con un risparmio di energia primaria ancora maggiore.

VANTAGGI DELLA
REFRIGERAZIONE AD ASSORBIMENTO

La generazione di freddo con un'unità di refrigerazione ad assorbimento è rispettosa del clima grazie a

  • l'utilizzo del calore residuo
  • basso consumo di elettricità

La generazione di freddo in combinazione con un sistema CHP (e una caldaia a calore residuo) è più conveniente rispetto a una fornitura di energia separata perché:

  • Vantaggi economici dalla legge sulla cogenerazione e dall'EEG
  • Esenzione dalla tassa sull'energia/elettricità
  • Possibilità di sussidi per unità di refrigerazione ad assorbimento e reti di raffreddamento


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