Absorptiolämpöpumppu

Absorptiolämpöpumppu on lämpöpumppu, jossa käytetään lämpölähdettä jäähdytyksessä. Sen toiminta perustuu faasimuutoksiin.

Toteutustekniikoita

Litium-Bromidi Absorptiojäähdytin

Litiumbromidi-absorptiojäähdytin on absorptioperiaatteella toimiva jäähdytyskone, jossa kylmäaineena käytetään vettä ja absorbenttina litiumbromidin vesiliuosta. Laite käyttää jäähdytystehon tuottamiseen pääasiassa lämpöenergiaa, eikä kompressorin mekaanista työtä.

Käyttö

Litiumbromidi-absorptiojäähdyttimiä käytetään teollisuudessa ja energiantuotannossa lämpöpumppuina sekä jäähdytyskoneina, joissa hukkalämpö, kaukolämpö, höyry tai geoterminen lämpö hyödynnetään jäähdytykseen. Lisäksi niitä käytetään meriteollisuudessa laivojen ilmastoinnin jäähdytyksessä.

Rakenne ja toimintaperiaate

Litiumbromidi-absorptiojäädyttimiä voi olla 1-3 vaiheisia. Vaiheiden määrä kertoo generaattorien lukumäärän. Keskitymme tässä artikkelissa yksivaiheiseen malliin. Laite koostuu neljästä pääosasta, jotka ovat lämmönvaihtimia: generaattori, lauhdutin, höyrystin ja absorbaattori. Näiden lisäksi hyötysuhdetta parantaa viides lämmönvaihdin, liuoslämmönvaihdin, sekä kaksi tai kolme kiertopumppua. Prosessissa kiertää kaksi toisiinsa kytkeytyvää kiertoa: liuoskierto (solution) ja kylmäainekierto (refrigerant).

Liuoskierto

Liuoksena käytetään litiumbromidin (LiBr) ja veden (H2O) seosta, jossa litiumbromidin massaosuus on tyypillisesti noin 50–60 %. Liuoskierrossa liuos virtaa generaattorista liuoslämmönvaihtimen kautta absorbaattoriin, ja absorbaattorista se pumpataan liuoslämmönvaihtimen kautta takaisin generaattoriin.

Generaattorissa osa liuoksen vedestä höyrystetään (hukka)lämmön avulla. Höyrystyminen tapahtuu alipaineessa, jolloin veden kiehumispiste on matala. Höyrystyksen aikana liuoksen LiBr-pitoisuus nousee noin 50 %:sta noin 60 %:iin. Konsentroitunutta liuosta kutsutaan kirjallisuudesta riippuen termeillä strong solution (väkevä liuos) tai weak solution (laimea liuos), sen mukaan tarkastellaanko liuoksen kylmäaine- vai absorbenttipitoisuutta. Tässä artikkelissa kytetään termiä väkevä liuos.

Väkevä liuos virtaa (pumpattuna tai painovoimaisesti) liuoslämmönvaihtimen kautta absorbaattoriin, jossa se absorboi höyrystimestä tulevaa vesihöyryä. Absorption seurauksena liuos laimenee, ja LiBr-pitoisuus laskee takaisin noin 50 %:iin.

Kylmäainekierto

Kylmäaineena on tislattu vesi. Generaattorissa liuoksesta höyrystynyt vesihöyry johdetaan lauhduttimeen, jossa se lauhtuu nesteeksi. Lauhde johdetaan höyrystimeen, jossa vallitsee syvä alipaine (tyypillisesti noin 0,8–1 kPa). Höyrystimessä jäähdytettävä kylmävesi höyrystää kylmäaineen (veden) noin +4 °C:n lämpötilassa. Kylmäveden luovuttaessa energiaa se jäähtyy. Syntynyt vesihöyry absorboituu absorbaattorissa liuokseen, ja kierto sulkeutuu.

Suorituskyky

Absorptiolaitteen suorituskykyä kuvataan lämpökertoimella (COP), joka on jäähdytysteho jaettuna generaattorille syötetyllä lämpöteholla. Yksivaiheisen (single-effect) LiBr-vesilaitteen nimellinen COP on noin 0,7–0,8, kun lämmönlähteenä on noin 95 °C:n kuuma vesi. Kaksivaiheisilla laitteilla COP on noin 1,3 (lämmönlähde noin 175 °C) ja kolmivaiheisilla jopa 1,7–1,8 (noin 200 °C). Teoreettisissa malleissa yksivaiheisen laitteen COP on voinut olla yli 0,8, kun taas pienen mittakaavan koelaitteilla mitatut arvot ovat olleet selvästi alhaisempia.

Edut ja haitat

Edut

Haitat

  • Laite tarvitsee toimiakseen lämpöä, ja sen lämpökerroin on yksivaiheisella laitteella noin 0,6–0,8.
  • Laitteet ovat kooltaan noin 30–50 % suurempia kuin vastaavantehoiset ruuvikompressorijäähdyttimet.Malline:Lähde tarvitaan
  • LiBr-liuos voi kiteytyä liian suuressa pitoisuudessa tai liian matalassa lämpötilassa, mikä rajoittaa käyttöolosuhteita.

Historia ja tulevaisuus

Absorptiojäähdytin oli vallitseva tekniikka suuremmissa keskusjäähdyttimissä 1950-luvulle asti. Tämän jälkeen fluoripohjaisilla kylmäaineilla toimivat kompressorijäähdyttimet syrjäyttivät sen lähes täysin.Malline:Lähde tarvitaan Tekniikka koki renessanssin 2000-luvun alussa, kun haitallisten kylmäaineiden käyttöä rajoitettiin ja hukkalämmön hyödyntäminen tuli ajankohtaiseksi. Vuonna 2018 absorptiolaitteita myytiin lähes 13 000 kappaletta, mikä vastasi noin 12 % nestejäähdyttimien markkinoista. Persistence Market Research arvioi kasvuksi 4,5 % vuodessa vuosina 2025–2032.

Katso myös

Lähteet

  1. ↑ absorption heat pump | TEPA-hakutulos erikoisalojen sanastoista ja sanakirjoista termipankki.fi. Viitattu 29.3.2022.
  2. 1 2 3 4 5 Absorption chillers – Water-Lithium bromide systems (BE9735) Techniques de l'Ingénieur. Viitattu 10.10.2026. (englanniksi)
  3. ↑ Space cooling using geothermal single-effect water/lithium bromide absorption chiller 2021. Energy Science & Engineering. Viitattu 10.10.2026. (englanniksi)
  4. ↑ Experimental evaluation of a 3 kW absorption chiller prototype ajol.info. Viitattu 10.10.2026. (englanniksi)
  5. ↑ Absorption Chillers Market: Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends, and Forecast, 2025–2032 Persistence Market Research. Viitattu 10.10.2026. (englanniksi)
Tämä tekniikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.