АБХМ и тепловые насосы: вопросы и ответы

Как работает абсорбционная холодильная машина (АБХМ)?

Она делает холод из тепла, а не из электричества. Хладагент — обычная вода, поглотитель — раствор бромистого лития. Внутри вакуум около 6 мм рт. ст., поэтому вода кипит при 3–5 °C и охлаждает воду потребителя, стандартно +7/+12 °C. Водяной пар поглощает крепкий раствор в абсорбере, а в генераторе пар, горячая вода или горелка снова выпаривают из раствора воду. Компрессора и фреона нет: при разгерметизации воздух заходит внутрь, наружу ничего не выходит. Подробнее — в статье «АБХМ: как работает абсорбционная машина и когда она выгоднее чиллера»

Когда абсорбционная машина выгоднее электрического чиллера?

Когда тепло дешёвое или бросовое, а электрическая мощность дорогая или её нет. Мы проверяем четыре условия:

1. Есть бросовое тепло от 80 °C: горячая вода котельной летом, рубашка и выхлоп газопоршневой установки (ГПУ), пар после технологии.
2. Не хватает электрической мощности, а техприсоединение — это годы и отдельный бюджет.
3. Есть газ и лимит на него, а электричество дорогое.
4. Холод нужен от 3000–4000 часов в год.

Часто правильный ответ — не «или», а «и»: АБХМ держит базовую нагрузку, чиллер берёт пик и резерв. Подробнее — в материале «АБХМ или чиллер: сравнение на 1000 кВт и экономика на 25 лет»

С какой мощности АБХМ имеет смысл и за сколько окупается?

Рассматривать АБХМ стоит от 300 кВт холода и от 3000–4000 часов работы в год — тогда окупаемость обычно 3–5 лет. При холоде меньше 100 кВт машина удельно дорогая и моделей мало, при работе меньше 2000 часов в год она не окупится. Поэтому на тепло небольшой газопоршневой установки АБХМ часто не проходит: из 300 кВт горячей воды одноступенчатая машина даст около 200 кВт холода. На бросовом паре у нас бывала окупаемость в несколько месяцев. Подробнее — в статье «Как снизить затраты на охлаждение предприятия: 8 мер с расчётом»

Правда ли, что абсорбционной машине не нужно электричество?

Нет, нужно, но немного. Электричество идёт на насосы раствора и хладагента и автоматику, у газовой машины — ещё на горелку. Компрессора нет, поэтому это малая доля того, что берёт компрессорный чиллер той же мощности. В проекте отдельно считают насосы трёх водяных контуров и вентиляторы градирни, а горелку пишут отдельной строкой в задании на электроснабжение. Без питания машина не может штатно остановиться, поэтому ей нужен резерв на разбавительный цикл. Точную цифру даёт лист технических данных модели.

На каком тепле работает АБХМ: пар, горячая вода, газ, выхлоп?

На любом из них, но под каждый источник своя машина. Одноступенчатые работают на горячей воде 70–110 °C (экономически — от 80 °C) или паре низкого давления, их тепловой коэффициент около 0,7. Двухступенчатые берут пар 4–9 бар или газ и дизель в собственной горелке и дают 1,30–1,45. Машины на выхлопе двигателя 275–600 °C бывают одно- и двухступенчатыми. Горелка есть только у машин прямого сжигания, у машин на горячей воде её нет. Если пара 5 бар и больше, двухступенчатую считают против одноступенчатой на горизонте 10 лет. Подробнее — в статье «АБХМ: как работает абсорбционная машина и когда она выгоднее чиллера»

Можно ли сделать холод из бросового тепла завода?

Да, если тепло достаточно горячее: пар после технологии, горячая вода от 80 °C, выхлоп двигателя, тепло печей. Тёплый воздух 45 °C или обратная вода серверов 30–45 °C для АБХМ не годятся: машине нужно от 80 °C. Для подбора нужны параметры источника — давление и сухость пара или подача, обратка и расход воды — и график по часам. Низкопотенциальное тепло 25–50 °C тоже можно вернуть в дело, но уже горячей водой через абсорбционный тепловой насос. Подробнее — в статье «Абсорбционный тепловой насос (АБТН): как вернуть бросовое тепло»

Почему АБХМ нужна градирня больше, чем чиллеру?

Потому что в градирню уходит и тепло потребителя, и всё тепло источника. На 1 кВт холода одноступенчатая АБХМ сбрасывает 2,45 кВт, двухступенчатая — 1,72 кВт, электрический чиллер с COP 5 — 1,20 кВт. На 1000 кВт холода испарение в градирне у одноступенчатой машины около 3,6 м³/ч против 1,8 м³/ч у чиллера. Градирню, насосы и трубы, подобранные «как для чиллера», АБХМ не потянет, и это всплывает в первое жаркое лето. Подробнее — в статье «АБХМ: как работает абсорбционная машина и когда она выгоднее чиллера»

Что такое кристаллизация раствора в АБХМ и как её избежать?

Это выпадение соли из переохлаждённого крепкого раствора бромистого лития — машина встаёт. Главные причины: слишком холодная вода с градирни в межсезонье и долгое отключение питания без разбавительного цикла. Защита:

1. Трёхходовой байпас градирни со сбросом в её бассейн, ход клапана не больше 120 с.
2. Минимум охлаждающей воды по паспорту модели: у двухступенчатых Thermax 10 °C, у LT и 5G на горячей воде 20 °C.
3. ИБП или резервный ввод на разбавительный цикл.

Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»

Сколько холода можно получить из 1 МВт тепла или тонны пара?

Ориентир даёт тепловой коэффициент. Одноступенчатая машина (около 0,7) сделает из 1 МВт тепла примерно 700 кВт холода, двухступенчатая (1,30–1,45) — 1,3–1,45 МВт. По пару: двухступенчатой нужно около 1,075 кг/ч пара 8 кгс/см² на 1 кВт холода, одноступенчатой — около 2,36 кг/ч. Значит, тонна пара в час даёт примерно 930 или 420 кВт холода. Это цифры для проверки расчёта, рабочую даёт подбор завода под ваш режим. Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»

Какую АБХМ ставить к газопоршневой установке для тригенерации?

Выбирают по источнику тепла ГПУ. На горячую воду рубашки двигателя 90–95 °C ставят одноступенчатую машину на горячей воде, её коэффициент 0,7–0,85. Если выхлоп 275–600 °C свободен, машина на выхлопных газах даст с того же тепла почти вдвое больше холода. Зато нужен расчёт противодавления: сама машина — 200–250 мм вод. ст., плюс газоходы, заслонка и глушитель, и сумма не выше допустимого для двигателя. Подбирают по паспорту ГПУ при 100, 75 и 50 % нагрузки. Подробнее — в статье «Тригенерация: электричество, тепло и холод из газа — когда окупается»

Что будет с АБХМ, если пропадёт электричество?

Провал до 3 минут машина переживает. При более долгом отключении нужен разбавительный цикл, иначе раствор может закристаллизоваться, поэтому в проект закладывают ИБП или резервный ввод на машину. Паровой регулирующий клапан должен закрываться при сбое питания. Есть и вторая блокировка: если остановился проток холодной воды, охлаждающая вода должна остановиться в течение минуты, иначе вода в испарителе может замёрзнуть. Подробнее — в статье «АБХМ: как работает абсорбционная машина и когда она выгоднее чиллера»

Можно ли получить на АБХМ воду ниже +5 °C или минусовую температуру?

До −5 °C — да, ниже — нет. Машины на горячей воде серий LT и 5G дают до 3,5 °C, газовые 2V — до 1 °C на воде и до −2 °C на гликоле, специальные исполнения — до −5 °C. Это граница бромистолитиевой абсорбции. Для холодильного склада на −18 °C нужна компрессорная машина на гликоле. Подробнее — в статье «АБХМ: как работает абсорбционная машина и когда она выгоднее чиллера»

Что будет с холодом, если ГПУ остановится или тепла временно нет?

Холод пропадёт, если резерв не заложен в схему. При тригенерации объект переходит на сеть, а АБХМ подпитывают теплом от котельной, поэтому сетевой ввод и резервный источник тепла остаются. Если тепла нет часть года, резервом служит электрический чиллер в той же станции. После остановки АБХМ выходит на режим около 30 минут, поэтому для непрерывной технологии и ЦОД рядом нужен буфер или чиллер. Для ЦОД уровня Tier IV — второй независимый источник тепла или чиллеры на всю нагрузку. Подробнее — в статье «АБХМ для ЦОД: как освободить 1 437 кВт, когда не хватает мощности»

Сколько служит абсорбционная машина и сложно ли её обслуживать?

Срок службы — 25 лет и больше, реальные объекты работают по 25–30 лет без капремонта. Каждую машину перед отгрузкой проверяют на герметичность гелиевым тестом, в раствор вводят ингибитор коррозии. Компрессора нет, движутся только насосы, автоматика работает без постоянного оператора, обучение персонала — 2–3 дня. Главное в эксплуатации — вода: 1 мм отложений в абсорбере и конденсаторе отнимает около 14 % мощности. Ещё следят за концентрацией раствора и вакуумом: подсос воздуха резко роняет производительность. Подробнее — в материале «Чек-лист подготовки холода к лету: чиллер, градирня и АБХМ»

Что такое абсорбционный тепловой насос (АБТН) и где он окупается?

Это абсорбционная машина, которая делает горячую воду 60–105 °C из бросовой воды 25–50 °C, добавляя пар, газ или горячую воду. Одноступенчатая выдаёт 1,65–1,75 кВт тепла на 1 кВт греющего, около 40 % тепла достаётся даром, против газового котла это экономия около трети газа. Смысл есть, когда на площадке одновременно есть бросовый поток, потребитель горячей воды и греющая среда, а работа идёт большую часть года. Машину ставят в отапливаемое помещение, на улицу её не выносят. Подробнее — в статье «Абсорбционный тепловой насос (АБТН): как вернуть бросовое тепло»

Чем тепловой насос I типа отличается от термотрансформатора (II тип)?

Первый тип увеличивает количество тепла, второй поднимает температуру части бросового тепла без внешнего топлива. Тепловому насосу нужны дорогое тепло, бросовое и потребитель, который примет всё; у одноступенчатой машины коэффициент 1,65–1,75. Термотрансформатор работает только на бросовом тепле 40–60 °C, около половины сбрасывает в холодную воду 15–20 °C, даёт коэффициент около 0,5 и поднимает температуру на 15–30 °C. Сравнивать 0,5 и 1,7 напрямую нельзя: у первого в знаменателе купленное топливо, у второго — тепло, которое и так выбрасывали. Подробнее — в статье «Абсорбционный тепловой насос (АБТН): как вернуть бросовое тепло»

Насколько АБТН может поднять температуру и как считать подъём?

Одноступенчатая машина уверенно поднимает до 40 °C, рабочий предел по Thermax — 55 °C. Подъём считают от температуры бросового источника на входе до горячей воды на выходе, а не «выход минус обратка»: так он занижен вдвое, и коэффициент получается недостижимым. Чем больше подъём, тем ниже коэффициент и мощность: один и тот же корпус SS 80D даёт 13 886 кВт при выходе 90 °C и 7504 кВт при 105 °C. Подъём больше 80 °C одной машиной не решается, нужен каскад из двух. Подробнее — в статье «Абсорбционный тепловой насос (АБТН): как вернуть бросовое тепло»

Куда девать тепло АБТН летом, когда отопление отключено?

На резервный сток: градирню или сухой охладитель на остаток мощности. Без него машина упирается в верхний предел температуры, уходит в разбавление и встаёт, а пар тратится впустую. Лучше сразу искать круглогодичного потребителя — технологию или горячее водоснабжение. Если летом объекту нужен холод, есть исполнение «холод + тепло»: одна машина вместо чиллера и водогрейного генератора экономит до 32 % пара. Режимы переключают дважды в год по календарю, потому что каждое переключение — остановка с 20-минутным разбавлением. Подробнее — в статье «Абсорбционный тепловой насос (АБТН): как вернуть бросовое тепло»

Какой коэффициент АБТН брать в расчёт экономии?

Для денег — коэффициент от газового счётчика. Цифра 1,72 — тепло потребителю (Heating Capacity), делённое на подведённое (Heat Input); ею сравнивают машины, теоретически это 1 плюс холодильный коэффициент 0,70–0,75. Цифра 1,46 считается по расходу газа с учётом горелки и разницы высшей и низшей теплоты сгорания, она и идёт в экономику; у паровых машин такой развилки нет. Годовой эффект считают по наименьшему из часов источника, потребителя и греющей среды: при отоплении на 4600 часов расчёт по источнику на 8400 часов завысит экономию почти вдвое. Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»

Сколько весит АБХМ и какое помещение ей нужно?

Перекрытие считают не по рабочей, а по аварийной массе — машине, полностью залитой водой. Пример для АБХМ на 400 кВт: сухая 4,8 т, рабочая 5,8 т, аварийная 9,4 т. Точные массы и посадку на фундамент Thermax выдаёт в чертежах через 2–4 недели после заказа, стадию П делают по каталогу. Зал нужен отапливаемый: мы требуем выше +5 °C. Машина приходит собранной, поэтому проём и маршрут затаскивания закладывают по её габариту, а горизонтальность выдерживают до 1 мм на 1000 мм. Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»

Какая минимальная температура горячей воды нужна АБХМ?

Серия LT работает от 70 °C, но мощность там заметно ниже номинала; экономически — от 80 °C. Если вода холоднее или её меньше расчётного, машина даёт меньше холода: другой режим — другая мощность, и её пересчитывает завод по подаче, обратке и расходу. Резкие колебания расхода и температуры греющей воды сразу бьют по мощности. Если летом источник даёт только около 75 °C, такую машину стоит сравнить с газовой АБХМ прямого сжигания. Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»

Может ли АБХМ работать с драйкулером вместо мокрой градирни?

Только по специальному подбору Thermax на более тёплую воду и со снижением мощности. Номинал АБХМ — 29,4 °C охлаждающей воды на входе, а сухой охладитель в жару даёт 33–38 °C. Рабочий вариант — испарительная градирня. Закрытая держит воду абсорбера чистой, но отдаёт воду на 2–3 °C теплее открытой, это учитывают в подборе. Подробнее — в статье «Градирня или драйкулер: что выбрать для охлаждения оборудования»

Может ли АБХМ работать зимой и круглый год?

Да, если контур охлаждающей воды под это рассчитан. Вода с градирни не должна быть холоднее паспортного минимума: 10 °C у двухступенчатых машин Thermax, 20 °C у LT и 5G. Поэтому ставят байпас градирни со сбросом в бассейн, при пуске вентилятор держат выключенным до 20 °C на входе в машину, градирню подбирают с зимним режимом, а зал отапливают. Часто зимой выгоднее остановить АБХМ: на нашей станции на 4,6 МВт в холодный сезон градирни через теплообменники отдают воду 12 → 7 °C прямо на производство. Подробнее — в статье «АБХМ: как работает абсорбционная машина и когда она выгоднее чиллера»

Что учесть в проекте газовой АБХМ: газ, дымоход, общая труба?

Расход газа закладывают в запрос технических условий с самого начала: машине на 1000 кВт холода с коэффициентом 1,4 нужно около 77 м³/ч. Перед горелкой — 60–100 мбар. На выходе машины давление в дымоходе меньше 5 мм вод. ст., газоход короткий, отводы по 45°. Общую трубу с котлом или второй машиной завод не рекомендует. Если иначе нельзя — у каждой своя заслонка и регулятор тяги, врезки не ближе 1 м по вертикали, без общего горизонтального коллектора. Помещение и газопровод проектируют по правилам газоснабжения. Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»

Двухходовой или трёхходовой клапан ставить на горячую воду АБХМ?

Трёхходовой: Thermax требует модулирующий трёхходовой клапан на входе горячей воды, он регулирует по температуре холодной воды на выходе машины. Схем две. Смесительная — у машины свой насос, расход через генератор постоянный. Разделительная — лишняя вода уходит мимо машины в обратку, её обычно выбирают для ГПУ, которой нужен постоянный расход через рубашку. Клапан на выходе генератора — ошибка. И проверьте спецификацию: трёхходовой клапан поставляется, только если он записан в объём поставки. Подробнее — в материале «7 методичек для проектировщиков: АБХМ, градирни, чиллеры, автоматика»