Wenn aus Wärme Kälte wird oder
Einsatz der Absorptionskühlung in der Gebäudekühlung beim Kläranlagenbau



Einleitung:
Damit auch im Sommer angenehme Temperaturen für Mitarbeiter und Kunden, in Gebäuden herrschen, werden moderne Gebäude klimatisiert. Hierfür stehen verschiedene Methoden zur Verfügung die überwiegend durch den Einsatz von Kältemaschinen verwirklicht werden.
Die am häufigsten genutzte Methode ist der Einsatz von Kompressions-Kältemaschinen. In Ihnen wird in einer ersten Stufe eines komplexen Kreislaufsystems ein Stoff, das Kältemittel verdampft. Und für dieses Verdampfen wird Energie benötigt. Als Energiequelle dient hierfür der Strom, welcher mit einem schlechten Wirkungsgrad im Kraftwerk erzeugt- und unter Leitungsverlusten zum Verbraucher transportiert wird.

Wesentlich umweltschonender ist es jedoch, in einer Absorptionskältemaschine nicht Strom, sondern Wärme für das Verdampfen einzusetzen. Diese Wärme wird bei einer Kläranlage durch Gasmotoren erzeugt, welche Klärgas verbrennen. Der produzierte Strom wird genutzt und die Abwärme wird in Kälte umgewandelt. Dadurch ergänzen sich der Gasmotor und die Kältemaschine ideal zum Nutzen der Umwelt.

Umweltbetrachtung:
FCKW –haltige Kältemittel wurden über Jahre hinweg wegen ihrer Vorteile wie

Nicht giftig,
chemisch und thermisch sehr stabil
relativ geringe chemische Agressivität gegen Werkstoffe

bevorzugt eingesetzt. Mittlerweise sind die FCKW- Kältemittel als Hauptverursacher des Ozonabbaus in der Stratosphäre nachgewiesen. Inzwischen sind diese Mittel in Europa verboten.
Die Ersatzkältemittel (teilhalogenierte HFKW ohne Chlorsubstituenten, Wasserstoff vorhanden) haben kein Ozonstörpotential mehr und sind nach heutigem Kenntnisstand nicht toxisch. Sie sind wegen des hohen Fluoranteils chemisch sehr stabil und nicht brennbar, aber ein relativ hohes GWP (Global Warming Potential). Es ist daher nicht auszuschließen, dass aus diesem Grund zukünftig entsprechende Restriktionen ausgesprochen werden.
Die CO2 – Problematik macht die rationelle Energieumwandlung notwendig. Das Blockheizkraftwerk mit seinem Primärenergieeinsparungspotential und der damit verbundenen Reduzierung der CO2- Schadstoffe um 50 bis 60% ist hierzu eine ideale Technik.
In Verbindung mit der Absorber- Technologie ergibt sich eine enrgetisch optimale Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für Ökologie und Ökonomie.





Funktionsweise der Absorptionskältemaschine
Absorptionskälteanlagen beruhen auf dem Prinzip der Verdampfung einer Flüssigkeit bei Unterdruck. Aus dem Verdampfer tritt Kältemittel (Wasserdampf) aus und wird im Absorber in einer Flüssigkeit, dem Absorptionsmittel (Lithiumbromid- Salzlösung), unter Freisetzung der Absorptionswärme gelöst und dann im flüssigen Zustand von einer Pumpe auf ein höheres Druckniveau in den Austreiber (Kocher) gebracht. Nun wird hier die Wärme zugeführt (als Wärmequelle dient die Abwärme aus dem BHKW) und bei den hohen Druck im Austreiber wird das Kältemittel Wasser von der Absorptionsflüssigkeit getrennt (ausgedampft) und dem Kondensator zugeführt.
Die konzentrierte, kältemittelarme Flüssigkeit im Lösungsmittelkreislauf wird über einen Zwischenwärmeübertrager und ein Drosselorgan in den Absorber zurückgeleitet. Der Kältemitteldampf wird im Kondensator, unter Wärmeabgabe an das Kühlwasser, verflüssigt. Das flüssige Kältemittel fließt in den Verdampfer, wo es bei niedriger Verdampfungstemperatur und niedrigen Druck unter Wärmeaufnahme aus dem Kaltwasser verdampft. Der Wasserdampf wird über ein Druckgefälle in den Absorber gesaugt, wo der Dampf von der Salzlösung erneut absorbiert wird. Kälte- und Lösungsmittelkreislauf sind so geschlossen.
Die Lösungspumpe, die von Verdampfungs- auf Verflüssigungsdruck zu fördern hat, ist das einzige bewegte Teil des Kältekreislaufs.
Kältemittel: Wasser – Lösungsmittel: Lithiumbromid- Wassersehr hohe Verdampfungsenthalpie des Wassers. Es entstehen große Volumen des Dampfessehr hoher Siedetemperaturabstand, im Austreiber entsteht reiner WasserdampfAustreibertemperatur üblicherweise größer 80°C
Die Absorbertechnik steht im Wettbewerb zu anderen mechanischen Kälteerzeugern (den Turbo-, den Schrauben- und den Kolbenverdichtern). Im Vergleich zu den Kolbenverdichtern sind die Anschaffungskosten des Absorbers etwas doppelt so hoch.

Das Rückkühlwerk:
Verfahrensbedingt fällt sogenanntes Kühlwasser beim Betrieb der Kältemaschine an. Dieses Kühlwasser nimmt in der Kältemaschine Wärme aus dem Verdampfer und Kondensator (Absorber) auf und gibt sie über das Rückkühlwerk an die Umwelt ab. (Temp. um die 30°C).
Die Betriebskosten des Rückkühlers spielen bei der Anlagenauswahl daher eine erhebliche Rolle.

Vorteile des Absorbers gegenüber der konventionellen mechanischen Kälteerzeugung

Verringerung des Strombezuges um etwa 85 – 95% um die Leistungsaufnahme des elektrisch angetriebenen Kälteerzeugers.Geringere Wartungskosten, da keine mechanischen Verschleißteile vorhandenNutzung der Motoren- Wärme, dadurch wird die Energieausnutzung in der gesamten Anlage größer Stufenlose Regelbarkeit von 10 bis 100%Umweltschonendes Kältemittel (Wasser)Lange Nutzungsdauer (ca. 20 bis 25 Jahre)Geringerer Primärenergieverbrauch, beim Klärwerk durch die Verwendung von Klärgas nahezu ideal.
Nachteile:

höhere Investitionskosten bei der Kältemaschine und Nebeneinrichtungenhöhere Betriebskosten für Frischwasser im RückkühlwerkAufbau eines Kälteversorgungsnetzes mit Kühlwasserpumpenhöherer Platzbedarf

Projektierungsansätze:

Ein Absorber verfügt über einen großen Modulationsbereich, in der Regel von 10 bis 100%

Das Verhältnis von zugeführter Wärme zur Kälteleistung beträgt ca. 62%. Die Auswahl bei dem Projekt Bello fiel auf ein Gerät der Fa. York mit der Kälteleistung von 420 kW.
Das bedeutet eine Wärmezufuhr von 677 kW bei einer Spreizung von ca. 6 K. Diese Wärmemenge fällt aber bei der Stromerzeugung durch das Klärgas in ausreichender Menge an. Ein Abfall der Heizwassertemperatur zieht die Anhebung der Kühlwassertemperatur und der damit verbundenen Verringerung der Kälteleistung nach sich.

Allgemeine Projektbezogene Ansätze sind:

Das Kaltwassernetz sollte nicht zu lang werden, um einen sinnvollen Betrieb zu ermöglichen.Alle Kältetauscher in den Lüftungsgeräten werden auf eine Kaltwassertemperatur von 10/ 16°C ausgelegt.Die Abwärme aus den elektrischen Betriebsräumen wird gem. Auflage durch Umluftkältemaschinen abgeführt. Dadurch können die Ablüfter kleiner gewählt werden.