HVAC Absorption Chillers vs Electric Chillers

Vergleich von Absorptionskältemaschinen und Kompressionskältemaschinen (elektrische Kältemaschinen).

1. Absorptionskältemaschinen haben einen COP (Leistungskoeffizient) von nur 0.54–1.1 und können mit elektrischen Pumpen (Rotationskompressorkältemaschinen) nur schlecht konkurrieren. Elektrische Kältemaschinen hingegen haben einen COP von 1.0 bis 8.0.
2. Absorbierende HVAC-Kältemaschinen nehmen etwa 50 % mehr Stellfläche ein als entsprechende elektrische Kältemaschinen (Dampfkompressionskältemaschinen).
3. Aufgrund der Höhe von Absorptionskältemaschinen müssen Räume mit mechanischer Ausrüstung außerdem 6 bis 10 Fuß höher sein als Räume mit elektrischen Kältemaschinen. Da die flüssige Lösung in einem Absorptionskühler in langen, flachen Schalen enthalten ist, muss der Boden schließlich so nah wie möglich am maximalen Füllstand liegen.
4. In Lüftungs- und Klimaanlagen wiegt eine Absorptionskältemaschine mindestens das Doppelte der entsprechenden elektrischen Kältemaschine (Dampfkompressionskältemaschine).
5. Aufgrund der größeren Größe werden Absorptionskältemaschinen manchmal in mehreren Abschnitten geliefert, was für die Endmontage vor Ort geschweißt werden muss. Dies ist bei anderen Kältemaschinen, elektrischen Kältemaschinen oder Kompressionskältemaschinen, nicht der Fall.
6. Die meisten elektrischen Wasserkühler werden ab Werk mit installiertem Kältemittel ausgeliefert. Bei HVAC-Absorptionskühlern müssen das Kältemittel und das Absorptionsmittel (einschließlich Zusatzstoffe) vor Ort installiert werden.
7. Wenn es um Lärm und Vibrationen geht, sind Absorptionskältemaschinen (sofern sie nicht direkt befeuert sind) im Vergleich zu Kompressionskältemaschinen (elektrische Kältemaschinen) leise und im Wesentlichen vibrationsfrei. Lärm und Vibrationen in HVAC-Systemen sind ärgerlicher als alles andere.
8. Aufgrund der Möglichkeit einer Kristallisation des Lithiumbromids im Kühler, wenn dieser zu kühl wird, muss die Temperatur des Kondensatorwassers über 75–808 °F liegen. Bei elektrischen Kühlern (Dampfkompressionskühler) besteht kein Kristallisationsproblem. Vergessen Sie die Kristallisation und bleiben Sie kühl, wenn Sie die Kompressionskühler einsetzen.
9. Bei häufig zu erwartenden längeren Stromausfällen benötigen Wasserabsorptionskältemaschinen manchmal Notstrom. Ohne Strom- und Wärmeversorgung beginnt der Kühler abzukühlen und die Lithiumbromidlösung kann kristallisieren. Da Absorptionskältemaschinen jedoch sehr wenig Strom verbrauchen, kann ein kleiner separater Backup-Generator diesen Zweck gut erfüllen.
10. Lüftungs- und Klimaanlagen geben auch den Wert der Wärmemenge an, die im Kondensator durch Kühlwasser oder Luftkühlungsmedien abgegeben wird. Die Wärmeabfuhrrate aus dem Kondensator eines Lithiumbromid-Kühlers ist 20–50 % höher als bei einem entsprechenden elektrischen Kühler, was höhere Preise für den Kondensatorwasserdurchfluss und große Kühltürme und Kondensatorwasserpumpen erfordert.
11. Schließlich sind indirekt befeuerte Absorptionswasserkühler in der Anschaffung mindestens 50 % teurer als die entsprechenden Elektrokühler. Direktbefeuerte Absorptionskältemaschinen sind fast doppelt so teuer wie elektrische, maschinelle und zusätzliche Kosten, die mit der Bereitstellung von Luft für Verbrennung und Belüftung (Stack) verbunden sind.
12. Wasserkühler oder Lithiumbromid-Kühler verwenden natürliche Kältemittel wie Wasser und machen den Einsatz von FCKW- oder H-FCKW-Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial überflüssig.
13. Wenn Ihnen eine große Menge Abwärme oder direktes Feuer zur Verfügung steht und Sie die elektrische Belastung reduzieren möchten, sind Absorptionskältemaschinen wahrscheinlich die beste Lösung. Aber natürlich sollten bei der Auswahl der Klimawasserkühler alle oben genannten Faktoren berücksichtigt werden.

Betriebskosten luftgekühlter vs. wassergekühlter Kältemaschinen

Es ist wichtig, die Gesamtbetriebskosten der Kältemaschinen zu berücksichtigen, nicht nur die Kosten dafür Kompressor. Wie aus der Grafik hervorgeht, sollten die Betriebskosten für die Kühlung des Turms zu den laufenden Kosten der wassergekühlten Kältemaschine hinzugerechnet werden. System, Kühlturm beinhaltet Turmventilator, Wasser und Abwasser, Kosten für Chemikalien und Pumpausrüstung. Im Anwendungsprozess verfügen Turmkraftwerke typischerweise über Prozesspumpen und Rezirkulationspumpen, die einen erheblichen Mehrwert bieten können. Die folgende Abbildung zeigt einen Vergleich der Betriebskosten eines luftgekühlten Zentrifugalkühlers mit variabler Drehzahl oder eines wassergekühlten Schneckenkühlers. Dieser Vergleich basiert auf 140 Tonnen Fracht und Informationen über das Wetter in Chicago, 07 $/Energiekosten, kWh, 5.00 $/1000 Gallone Wasser- und Abwasserkosten und 6,000 Betriebsstunden/Jahr.

Da der luftgekühlte Kühler eine schwebende Druckregelung verwendet, ist der Energieverbrauch des Kompressors tatsächlich geringer als bei der Wasserkühlung. Der Unterschied beim Kompressorkühler beträgt 4,757 USD (20,585 USD bis 15,585 USD). Rechnet man die Betriebskosten des Systemturms von 17,429 US-Dollar hinzu, ergeben sich Betriebskosten von 22,186 US-Dollar pro Jahr. Ein effizienterer wassergekühlter Zentrifugalkühler mit variabler Drehzahl reduziert den Kostenunterschied auf 16,725 US-Dollar – immer noch ein erheblicher jährlicher Kostennachteil.

Die Wärmetauscher

Die luftgekühlten Kältemaschinen basieren auf dem Konzept, Luft zur Deckung des Wärmebedarfs des Gebäudes zu nutzen, der sich der Außentemperatur auf dem Trockenthermometer annähert. Daher müssen luftgekühlte Kältemaschinen die Temperatur und den Druck des Kältemittels auf ein höheres Niveau erhöhen und benötigen im Vergleich zu wassergekühlten Kältemaschinen mehr Energie für die gleiche Kühlmenge. Dennoch ermöglichen die luftgekühlten Kühler ein Komplettsystem aus einer Hand. Die Planungs- und Installationszeit wird verkürzt, da weniger Geräte beteiligt sind: keine Anforderungen an Kühltürme und damit verbundene Probleme mit dem Gefrieren, der Durchflussrate des Speisewassers und der chemischen Behandlung usw Kondensatorwasser Pumps. Die luftgekühlten Kältemaschinen verwenden Scroll-Kompressoren mit einer Kapazität von bis zu 200 Tonnen und Schraubenkompressoren mit einer Kapazität von über 200 Tonnen.

Alternative zu wassergekühlten Kältemaschinen. Sie funktionieren, indem sie Wasser verwenden, um die Wärme des Gebäudes abzuleiten, die sich der Außentemperatur der Umgebungsluft im feuchten Zustand annähert, die in der Regel niedriger ist als die Temperatur des trockenen Thermometers. Daher sind wassergekühlte Kältemaschinen energieeffizienter, da die Kondensationstemperatur niedriger ist und sie weniger Arbeit des Kompressors erfordern, um die Temperatur und den Druck des Kältemittels zu erhöhen. Auch wenn die Energie der Kältemaschine möglicherweise geringer ist als die einer vergleichbaren luftgekühlten Kältemaschine, müssen dennoch alle Kosten des Systems, der Kältemaschine, einschließlich Kühlturm und Kondensatorwasserpumpen, berücksichtigt werden. Die kleinsten wassergekühlten Kältemaschinen (200 Tonnen) beginnen mit mehreren Scroll-Kompressoren, solche mit 200 bis 500 Tonnen verwenden Schraubenkompressoren und über 500 Tonnen kommen hauptsächlich Radialkompressoren zum Einsatz. Aufgrund der Lage des Kühlers innerhalb des Gebäudes und der Reduzierung der Betriebslasten durch die Verwendung von Wasser als Sperrflüssigkeit sind wassergekühlte Kältemaschinen in der Regel viel langlebiger als luftgekühlte Kältemaschinen.

Es zeigt zwei 400 Tonnen schwere luftgekühlte Schraubenkühler im Parallelbetrieb für Industriegebäude. Mit freundlicher Genehmigung von Ring & DuChateau. Ein weiterer zu beachtender Punkt ist die Methode zur Kühlung des Kompressors und des Motors, bei der es sich um einen offenen Antrieb oder eine hermetische Konstruktion handeln kann. Bei der offenen Kühllagerung wird die Wärme direkt an die Räumlichkeiten abgegeben und muss mit Umgebungsluft gekühlt oder belüftet werden, wodurch möglicherweise große Luftmengen zur Kühlung des Raums erforderlich sind. Darüber hinaus können möglicherweise Verunreinigungen in den Motor gelangen und Kühlmitteldichtungen können auslaufen, wenn die Dichtungen nicht ordnungsgemäß gewartet werden. Hermetische oder halbhermetische Kältemaschinen werden mit Kältemittel gekühlt und die Wärme wird an das Kältemittel abgegeben, wodurch die Belastung durch die Wärmeabfuhr im Maschinenraum verringert wird. Diese Maschinen benötigen keine Dichtungen, da der Motor vollständig in der App enthalten ist und daher die Gefahr besteht, dass Kältemittel aus dem System austritt.

Die modularen Kältemaschinen

Trotz der Vorteile modularer Kältemaschinen sind die hohen Anschaffungskosten ein großer Nachteil. Die meisten modularen Kältemaschinen kosten etwa 150 % bis 200 % der Kosten ähnlicher Kältemaschinen mit Wasserkühlung. Zweitens ist der modulare Wirkungsgrad des Kühlers in der Regel nicht so attraktiv wie der Wirkungsgrad eines standardmäßigen wassergekühlten Kühlers mit Kompressor, der in der Kühlung eingesetzt wird. Drittens ist die Wasseraufbereitung äußerst wichtig, da modulare Kühler Platten- und Rahmenwärmetauscher anstelle von Rohrbündelwärmetauschern verwenden, die gereinigt werden sollten, um eine Verunreinigung und Verstopfung der Wärmetauscher zu verhindern. Es müssen immer Duplex-Außenfilter verwendet werden, um die Wartung eines Filters sicherzustellen und gleichzeitig den Betrieb durch den anderen Filter aufrechtzuerhalten. Ebenso müssen die Wärmetauscher vollständig betriebsbereit sein und über individuelle Absperrventile verfügen, um den Wärmetauscher zu isolieren, ohne den Kühler abzuschalten. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel einer modularen Kältemaschine mit Wärmetauscher in Betriebsposition.

Für große Hersteller werden wassergekühlte und luftgekühlte Kältemaschinenoptionen basierend auf der Leistung angezeigt, basierend auf der Einheitstonnage.

Kategorien von Kühlern haben in der Regel viele Gemeinsamkeiten und Varianten innerhalb jeder Kategorie weisen den oben beschriebenen Leistungsbereich auf. In den Abbildungen 5 und 6 finden Sie eine vereinfachte Methode zur Beobachtung der Bereiche und Arten von Kompressoren, luftgekühlte und wassergekühlte Kältemaschinen mit Kältemaschinen großer Hersteller.

Die Erstinvestition

Im Allgemeinen sind Scroll-Kältemaschinen die teuersten der drei betrachteten Kältemaschinentypen. Radialkühler sind die kostengünstigste Option, aber nicht die gesamte Leistung. Wenn Schrauben- und Radialkompressoren verfügbar sind, sind Schraubenkompressoren je nach Kapazität im Allgemeinen 10–15 % teurer. Ebenso ist die Anschaffung eines luftgekühlten Kühlers im Allgemeinen teurer als ein wassergekühlter Kühler gleicher Größe, wenn man die Anschaffungskosten eines luftgekühlten Kühlers genau mit einem wassergekühlten Kühler vergleicht.

Bei der Bewertung der gesamten Installationskosten luftgekühlter oder wassergekühlter Systeme, einschließlich aller notwendigen Komponenten für den Betrieb des Systems mit voller Kapazität, ist die Investition in die notwendigen Komponenten im System mit Wasserkühlung jedoch immer teurer. Der Grund: Das luftgekühlte System benötigt nur Kühler und Kühlwasserpumpen, während im System der wassergekühlten Kältemaschinen Kühlwasserpumpen, Wasserpumpen, Kondensator und Kühltürme erforderlich sind, um den vollen Betrieb des Systems zu gewährleisten und die Früchte der Energieeffizienz zu ernten.

In den Abbildungen 5 und 6 sind wassergekühlte und luftgekühlte Kältemaschinenoptionen basierend auf der Leistung für große Hersteller dargestellt, basierend auf der Tonnage pro Einheit.

Das Beispielprojekt wird auch vorgestellt, um die Unterschiede in den Anschaffungskosten der Kältemaschine zu verdeutlichen. Dieses Projekt umfasst den Austausch von zwei 180-Tonnen-zentrifugalen wassergekühlten Kältemaschinen seit 1980. Um den besten Kühler für das Projekt zu ermitteln, wurden die Spezifikationen der Beschaffung herangezogen, in denen die Kapazität der Kältemaschine, die maximalen Verdampfer- und Kondensatordruckverluste, Leistungskriterien, der maximale Schallpegel und maximale Größenbeschränkungen angegeben wurden. Dann wurde den Herstellern empfohlen, jede Art von Kältemaschine in den Handel zu bringen, die den Anforderungen der technischen Spezifikationen entspricht. Diese Ergebnisse umfassten eine Mischung aus Leistungsniveaus, Spiralkühlern, Schraubenkühlern und modularen Kühlern. Diese Tonnage beträgt 44 % der Kostenschwankung.