ΜΑΘΗΜΑ 1^Ο  Εγκαταστάσεις Ψύξης ΙΙ Για Μαθητές ΕΠΑΛ

Το πρόβλημα που παρατηρώ στη διδασκαλία του μαθήματος εγκαταστάσεις ψύξης είναι ότι οι σπουδαστές (μελλοντικοί ψυκτικοί) δε μπορούν να κατανοήσουν τον τρόπο που δημιουργείται η ψύξη μέσα σε ένα ψυκτικό θάλαμο καθώς επίσης και τον τρόπο που το ψυκτικό ρευστό αλλάζει φάσεις μέσα στο κύκλωμα ψύξης.

Αυτό το αποδίδω σε δύο λόγους:

1.                   Στην έλλειψη γνώσης βασικών κανόνων θερμοδυναμικής

2.                   Στη βλακεία του αναλυτικού προγράμματος που δεν εντάσσει το μάθημα των Εγκαταστάσεων ψύξης Ι στο δεύτερο έτος ως μάθημα επιλογής για τα παιδιά που θέλουν να γίνουν ψυκτικοί.

Σκοπός αυτού του blog είναι να βοηθήσει μαθητές που ενδιαφέρονται να γνωρίσουν καλύτερα την ψυκτική εγκατάσταση πέραν των μαθημάτων στο σχολείο και να εμβαθύνουν τις γνώσεις τους σε εναλλακτικούς τρόπους ψύξης και συστήματα.

Εικόνα 2 Αλλαγή φάσης ρευστού

Ας αρχίσουμε λοιπόν με βασικές γνώσεις Θερμοδυναμικής.

1^η ΑΡΧΗ.. ΟΤΑΝ ΑΥΞΑΝΟΥΜΕ ΤΗΝ ΠΙΕΣΗ ΣΕ ΕΝΑ ΡΕΥΣΤΟ ΜΕΓΑΛΩΝΕΙ ΤΟ ΣΗΜΕΙΟ ΒΡΑΣΜΟΥ ΤΟΥ (όπως η χύτρα που έχουμε σπίτι μας και βράζει το νερό στους 120 βαθμούς)

2^η ΑΡΧΗ… ΟΤΑΝ ΑΥΞΑΝΟΥΜΕ ΤΗΝ ΠΙΕΣΗ ΣΕ ΕΝΑ ΡΕΥΣΤΟ, ΣΥΜΠΥΚΝΩΝΕΤΑΙ ΣΕ ΥΨΗΛΟΤΕΡΗ  ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (παρατηρείστε το παραπάνω διάγραμμα)

3^η ΑΡΧΗ…ΕΝΑ ΡΕΥΣΤΟ ΟΤΑΝ ΑΛΛΑΖΕΙ ΦΑΣΗ (ΑΠΟ ΥΓΡΟ ΣΕ ΑΕΡΙΟ) ΑΠΟΡΡΟΦΑ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΠΟ ΑΕΡΙΟ ΣΕ ΥΓΡΟ ΑΠΟΔΙΔΕΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ. Έτσι δουλεύει ο ιδρώτας μας που εξατμίζεται και μας ψύχει το καλοκαίρι. Εικόνα 1

ΕΑΝ ΔΕΝ ΚΑΤΑΛΑΒΟΥΜΕ ΑΥΤΑ ΔΕΝ ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΜΕ ΤΙΠΟΤΑ ΝΑ ΧΩΝΕΨΟΥΜΕ ΤΟΝ ΤΡΟΠΟ ΠΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ  ΜΙΑ ΜΙΚΡΗ ΨΥΚΤΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΛΙΓΩΝ W  ΜΕΧΡΙ ΑΡΚΕΤΑ MW ΑΝΑ ΜΟΝΑΔΑ..

ΤΕΛΟΣ 1^ΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Η παραπάνω εικόνα μας δείχνει τα βασικά εξαρτήματα απο τα οποία απαρτίζεται μια ψυκτική εγκατάσταση

1. Συμπιεστής 
2. Συμπυκνωτής
3. Εκτονωτική βαλβίδα
4. Εξατμιστής

Ο συμπιεστής αυξάνει την πίεση στο κύκλωμα και δημιουργεί το σημείο συμπύκνωσης του φρέον, αναρροφά φρέον απο τον εξατμιστή σε αέρια μορφή με χαμηλή πίεση και θερμοκρασία και το καταθλίβει με υψηλή πίεση και θερμοκρασία.Ανάλογα με την πίεση αναρρόφησης η οποία αλλάζει σύμφωνα με τις συνθήκες που επικρατούν στο θάλαμο καθώς και την πίεση συμπύκνωσης που και αυτή αλλάζει ανάλογα με τις συνθήκες του περιβάλλοντος εξαρτάται η διαφορά πίεσης Δp του συμπιεστή. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά πίεσης τόσο περισσότερη ισχύ απορροφά απο το δίκτυο και άρα τόσο περισσότερο ρεύμα θα πληρώνουμε.

ΑΥΤΗ Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΙΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΝΑ ΤΗ ΓΝΩΡΙΖΟΥΜΕ ΓΙΑ ΝΑ ΜΗΝ ΔΑΠΑΝΟΥΜΕ ΑΣΚΟΠΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥ... ΘΑ ΜΑΘΟΥΜΕ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΓΙΑ ΟΙΚΟΜΙΚΟΤΕΧΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ

Τέλος 2ου Μαθήματος

Η φλόγα που δροσίζει: αντλία θερμότητας με απορρόφηση

Η κεντρική ιδέα αυτής της τεχνολογίας είναι η χρήση της θερμικής ενέργειας που προσδίδεται σε ένα σημείο της μηχανής ως την ενέργεια που θα εξαναγκάσει το ψυκτικό μέσο να μεταφέρει θερμότητα μεταξύ δύο χώρων. Για να επιτευχθεί αυτό, βασίζεται πάνω στην ιδιότητα ορισμένων διαλυμάτων να μεταβάλλουν την πυκνότητά τους ως συνάρτηση της θερμοκρασίας. Με άλλα λόγια, σαν ψυκτικό μέσο χρησιμοποιείται ένα μίγμα δύο ουσιών, συνήθως Νερού - Αμμωνίας ή Νερού - Βρωμιούχου Λιθίου. Ας δούμε πως λειτουργεί ένα ψύκτης απορρόφησης αμμωνίας.

Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας ψύκτη με απορρόφηση αμμωνίας

Ο ψύκτης περιέχει ένα δοχείο πυκνού διαλλύματος αμμωνίας - νερού (πορτοκαλί). Ένας καυστήρας θερμαίνει αυτό το διάλλυμα (πρόσδοση ενέργειας), με αποτέλεσμα η αμμωνία να εξαερώνεται (κίτρινο) και το νερό να παραμένει στο δοχείο (κόκκινο). Η αέρια αμμωνία περνάει από τον συμπυκνωτή, έναν εναλάκτη νερού-αμμωνίας, οπότε το νερό του εναλλάκτη θερμαίνεται και η αμμωνία μετατρέπεται σε υγρό (πράσινο). Το νερό αυτού του εναλλάκτη μπορεί είτε να τροφοδοτήσει ένα σύστημα παραγωγής θερμού νερού χρήσης, είτε να ψυχθεί σε έναν εξωτερικό εναλλάκτη νερού-αέρα. Στην συνέχεια η υγρή αμμωνία μπαίνει σε έναν δεύτερο εναλλάκτη αμμωνίας-νερού, όπου ψύχει το νερό του εναλλάκτη ενώ η ίδια εξαερώνεται και πάλι.
Η αέρια αμμωνία οδηγείται στον απορροφητή, όπου καταιονίζεται το θερμό νερό που είχε μείνει στον πυθμένα του δοχείου διαλλύματος, και μετατρέπεται σε αραιό διάλλυμα αμμωνίας. Αυτό στην συνέχεια περνάει από τον πρώτο εναλλάκτη αμμωνίας νερού, θερμαίνει περισσότερο το νερό του εναλλάκτη και μετατρέπεται σε ισχυρό διάλλυμμα αμμωνίας, το οποίο τροφοδοτείται μέσω μιας ηλεκτρικής αντλίας διαλλύματος στον αναγεννητή και στην συνέχεια πίσω στο δοχείο διαλλύματος. Ο αναγεννητής αναλαμβάνει να χρησιμοποιήσει το κρύο πυκνό διάλλυμα αμμωνίας ώστε να συμπυκνώσει τυχόν υδρατμούς που περιέχονταν στην άερια αμμωνία που παρήχθει στο δοχείο διαλλύματος.
Όπως βλέπουμε, από αυτόν τον κύκλο παράγουμε ταυτόχρονα ζεστό και κρύο νερό. Μια παραλλαγή αυτού του κύκλου (με μικρότερο κόστος κατασκευής) είναι η αντικατάσταση του πρώτου εναλλάκτη αμμωνίας-νερού με έναν εναλλάκτη αμμωνίας-αέρα. Με αυτόν τον τρόπο δεν παράγεται ζεστό νερό κατά την λειτουργία της αντλίας θερμότητας για ψύξη, αλλά μειώνεται το κατασκευαστικό κόστος. Επίσης, είναι δυνατή η μετατροπή της μηχανής με αντιστρέψιμο κύκλο, δηλαδή να μπορεί να λειτουργεί εναλλακτικά είτε για ψύξη, είτε για θέρμανση. Στην περίπτωση χρήσης για θέρμανση το κρύο στοιχείο εναλλάσει θερμότητα με το περιβάλλον, ενώ το θερμό δίνει ζεστό νερό για χρήση σε εφαρμογές θέρμανσης.

Πλεονεκτήματα

Το βασικό πλεονέκτημα των αντλιών απορρόφησης σε σχέση με μια συμβατική (ηλεκτρική) μονάδα κλιματισμού πηγάζει από την πηγή προσδιδόμενης ενέργειας που χρησιμοποιείται: το φυσικό αέριο. Έχοντας χαμηλότερο κόστος και εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου ανά kWh (κιλοβατώρα) καθιστά την λειτουργία της μονάδας οικονομικότερη και ταυτόχρονα φιλικότερη προς το περιβάλλον. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ότι για μια εγκατάσταση ισχύος 15kW - ένα μεσαίου μεγέθους κτίριο γραφείων - η εξοικονόμηση ανέρχεται στο 40-50% με απόσβεση του διαφορικού κόστους της εγκατάστασης σε 7-9 έτη και πλήρη απόσβεση του συνολικού κόστος εγκατάστασης σε 13-15 έτη. Ως διαφορικό κόστος ορίζεται η διαφορά στο κόστος απόκτησης μιας συμβατικής κεντρικής κλιματιστικής μονάδας σε σχέση με το κόστος απόκτησης μιας μονάδας με απορρόφηση. Το πιο ενδιαφέρον σημείο είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη χρήση (περισσότερες ημέρες / έτος, περισσότερες ώρες / ημέρα) η εξοικονόμηση μεγαλώνει.
Καθώς οι μονάδες αυτές παράγουν ψυχρό και θερμό νερό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν με οποιοδήποτε τύπο fan coil ή ενδοδαπέδιες εγκαταστάσης θέρμανσης / εγκαταστάσεις δροσισμού δαπέδου, σαν επιτόπου αντικαταστάτη (drop in replacement) υφιστάμενων μονάδων, καθιστώντας την επιλογή τους μια λογική εξέλιξη στην προσπάθεια περικοπής των εξόδων από την χρήση ενέργειας. Επιπλέον, είναι δυνατή η απόδοση ψύξης και θέρμανσης ταυτόχρονα και μάλιστα σε παραπλήσια ισχύ, καθιστώντας τις μονάδες αυτού του τύπου ιδιαίτερα ελκυστικές σε εγκαταστάσεις που απαιτούν ψύξη και θερμό νερό μαζί, για παράδειγμα ξενοδοχεία και νοσοκομεία.

Μειονεκτήματα

Έχουν μεγαλύτερο αρχικό κόστος εγκατάστασης (περίπου 50% περισσότερο από τις συμβατικές μονάδες), οπότε χρειάζεται μια οικονομοτεχνική μελέτη σκοπιμότητας και εξασφάλιση της μεθόδου χρηματοδότησης ή επιδότησής τους. Επίσης, ο βαθμός απόδοσης στην ψύξη είναι μικρός σε σχέση με άλλες τεχνολογίες (μονάδες απορρόφησης: 0,73 - συμβατικές μονάδες: περίπου 2), με αποτέλεσμα να μην είναι ιδιαίτερα ελκυστικές αν απαιτείται μόνο ψύξη, χωρίς χρήση τους σε περιόδους θέρμανσης (οπότε έχουν υψηλό βαθμό απόδοσης). Βέβαια, αυτό είναι σχετικό, γιατί αν μιλάμε για εγκαταστάσεις ισχυρής ψύξης (βιομηχανικά ψυγεία - καταψύκτες), η εξοικονόμηση που προσφέρουν λόγω αδιάλειπτης λειτουργίας είναι ιδιαίτερα σημαντική.