Forschungsfortschritte im Absorptionskühlungs-(Wärmepumpen-)Kreislauf

Chen Guangming ,  

Shi Yuqi ,  

摘要

Absorptionskühlung, als die älteste künstliche Kühlmethode, existiert seit über 200 Jahren. Die tatsächliche zivile und industrielle Anwendung besteht seit über 60 Jahren. In den letzten 20 Jahren hat die Absorptionskühlung sowohl theoretisch als auch praktisch rasante Fortschritte erzielt, nimmt einen beträchtlichen Anteil am Markt für Kältemaschinen ein und erhält breite Aufmerksamkeit von Herstellern und Wissenschaftlern im In- und Ausland. Mit dem stetig steigenden Energieverbrauch der Menschheit besteht ein zunehmender Bedarf, neue Energien, verteilte Energien und effiziente Energienutzung weiter zu erforschen. Die Nutzung von Abwärme, Abfallwärme, erneuerbarer Solarenergie, Geothermie usw. hat die thermisch angetriebene Absorptionskühlung (Wärmepumpentechnologie) zunehmend in den Fokus gerückt. Im Gegensatz zu elektrisch angetriebenen dampfmechanischen Kompressionskühlsystemen (Wärmepumpen) kann die Absorptionskühlung (Wärmepumpen) direkt niedrigwertige Wärmequellen zur Antrieb nutzen, wodurch die Betriebskosten deutlich geringer sind als bei elektrisch angetriebenen Systemen. Absorptionssysteme verwenden häufig H2O-LiBr- und NH3-H2O-Lösungen als natürliche Kältemittel mit umweltfreundlichen Eigenschaften. Gleichzeitig sind sie sicher, geräuschlos im Betrieb und sehr zuverlässig. Allerdings haben sie auch Nachteile wie großen Platzbedarf, hohe Anfangsinvestitionen, hohe Kühllast und niedrige primäre Energieeffizienz (direkte Brennform). Angesichts dieser Eigenschaften umfassen die aktuellen Forschungsrichtungen: Optimierung des Kreislaufdesigns, Auswahl der Arbeitsmittel, Verstärkung des Wärme- und Stofftransports der Systemkomponenten, Optimierung der Steuerungsstrategien. Im engeren Sinne bezeichnet der Absorptionskreis den geschlossenen Absorptionskältekreis (Wärmepumpe) mit Lösungsmittel-basiertem Absorptionsdampf. Die Kreisläufe lassen sich je nach Form in Einfachabsorptionskreisläufe, Mehrfachabsorptionskreisläufe und Verbundkreisläufe unterteilen. Einfachabsorptionskreisläufe umfassen den einfachen Basiseffekt-Absorptionskreis, Diffusionsabsorptionskreislauf, Membranabsorptionskreislauf, Wärmetauscherkreis, durch Schwerkraft gesteuerten Ventilumschaltkreis und selbstüberlagernden Kreislauf; Mehrfachkreisläufe umfassen Nachabsorptionskreisläufe, Mehrfacheffektkreisläufe, Zwischeneffektkreisläufe, Mehrstufenkreisläufe, Zwischenstufenkreisläufe und GAX-Kreise; Verbundkreisläufe sind Kaskaden aus Sprüh-Absorption, Kompressions-Absorption und Expansions-Absorption. Die gegenwärtigen Forschungsschwerpunkte der Absorptionskühltechnik umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Nutzung von Solarenergie, Nutzung von Abwärme bei nieder- und mittleren Temperaturen, Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, Energiespeicherung (Kälte- und Wärmespeicherung), Membranaustauschmaterialien, korrosionsbeständige Materialien bei hohen Temperaturen, Kunststoff-Wärmetauscher u.ä. Die bestehenden Absorptionskreislaufstrukturen sind für bestimmte Temperaturen und Konzentrationen ausgelegt. Angesichts neuer Anwendungsszenarien, neuer Materialien und neuer Absorptionsmittel können jedoch neue, effizientere Kreisläufe mit größerem Wärmequellen-Temperaturbereich und Lösungsmittelkonzentrationsbereich vorgeschlagen werden.

关键词

Kühlkreislauf;Absorptionskühlung;Lithiumbromid;Ammoniakwasser;Fortschritt;Übersicht

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