Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä

Translated title of the contribution: Modern absorption technology for district cooling

Tiina Koljonen, Kari Sipilä

Research output: Book/ReportReport

2 Citations (Scopus)

Abstract

Tässä projektissa tutkittiin absorptiojäähdytystekniikan ja erityisesti uudemman 2-vaiheisen absorptiojäähdytystekniikan soveltuvuutta suomalaiseen kaukolämpöjärjestelmään. Kaukojäähdytyksellä saadaan kaukolämpöverkkoon lisäkulutusta kesäaikana, jolloin verkon käyttöaste on muuten alhainen. Kaukolämmitys ja -jäähdytys yhdistettynä lämmön ja sähkön yhteistuotantoon sekä lämmön ja kylmän varastointiin antavat uusia mahdollisuuksia energiajärjestelmän kokonaisvaltaisen käytön suunnitteluun. Kaukolämmöllä toimivista absorptiojäähdyttimistä käyttökelpoisia ovat single-effect (SE) l. yksivaiheinen tai single-effect/double-lift (SE/DL) l. yksivaiheinen/kaksiportainen jäähdytin. Työainepareina käytetään vesi - litiumbromidi (H2O - LiBr) tai ammoniakki - vesi (NH3 - H2O) -pareja. Mielenkiintoisin ratkaisu Suomen oloihin on SE/DL-absorptiojäähdytin, jota voidaan ajaa myös pelkästään SE-moodissa. Suomessa ensimmäinen kaukolämpökäyttöinen SE-absorptiojäähdytin otettiin käyttöön Helsingin Pitäjänmäellä keväällä 1998. Saksassa on rakennettu ensimmäiset SE/DL-absorptiotekniikan pilottikohteet Berliiniin (400 kW) vuonna 1996 ja Dusseldorfiin (300 kW) vuonna 1997. Täysin kaupallisin perustein on toteutettu vuonna 1997 Munchenin lentokentällä 2,5 MW:n SE/DL-absorptiokoneisto, joka käyttää dieselin prosessilämpöä. VTT Energiassa tutkittiin sekä SE- että SE/DL-absorptiojäähdyttimien toimintaa Aspen PlusTM -simulointiohjelmistolla. Simulointien mukaan SE-jäähdyttimen COP laskee nopeasti alle 80 °C kaukolämpöveden lämpötilalla ja yli 30 °C:n jäähdytysveden tulolämpötilalla. Jos kylmän veden menolämpötilana käytettäisiin +7 °C:n sijasta +10 °C, nousisi SE-jäähdyttimen COP noin 5 %. SE/DL-jäähdyttimen COP ei ole niin herkkä parametrien muutoksille, koska jäähdytin voi toimia myös SE-tilassa. Kahden eri kokoisen rakennustilavuuden jäähdytyskustannuksia arvioitiin esimerkkilaskelmalla, jossa kylmän tarpeen huipunkäyttöajat ovat yhtä suuret. Nykyisellä sähkön ja kaukolämmön keskihintatasolla SE-absorptiojäähdytin saisi maksaa 6 - 28 % enemmän ja SE/DL-jäähdytin 50 % vähemmän kuin perinteinen kompressorijäähdytin, jotta kylmäenergian hinnat olisivat samat. Jos SE/DL-jäähdytintä voidaan ajaa myös SE-tilassa, hintaero kompressorijäähdyttimeen verrattuna pienenee. Jos kaukolämmön hinta jäähdytyskaudella on puolet talven keskihinnasta ja kylmäenergian hinnat haluttaisiin kaikilla jäähdytystavoilla samoiksi, SE-absorptiojäähdytin saisi maksaa 59 - 68 % ja SE/DL 31 - 33 % enemmän kuin kompressorijäähdytin. Kylmäkoneen mitoituksessa on aina otettava huomioon kylmävaraston käyttö kuorman tasaajana. Kylmäkoneen mitoitustehoa voidaan silloin pienentää ja koneen huipunkäyttöaika kasvaa. Suomessa kiinteistöjen jäähdytyksen huipun käyttöaika on tyypillisesti 500 - 700 tuntia vuodessa. Absorptiotekniikalla toteutetun jäähdytyksen yhteinen etu kompressorijäähdytykseen (COP = 4,0) verrattuna on sähköenergian kulutuksen säästö ja sähkön lisätuotannon mahdollisuus lämmitysvoimalaitoksessa. Vastapainelaitoksessa (r = 0,5) 1 MW kylmätehon tuottaminen kuluttajalle absorptiotekniikalla (COP = 0,7) tuottaa noin 1 MW lisää myytävää sähkötehoa ja lämpöä tuottavassa kombilaitoksessa (r = 1,0) noin 1,7 MW.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages55
ISBN (Electronic)951-38-5335-7
ISBN (Print)951-38-5334-9
Publication statusPublished - 1998
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number1926
ISSN1235-0605

Fingerprint

Technology

Keywords

  • absorption cooling technology
  • cooling systems
  • district cooling
  • thermal networks

Cite this

Koljonen, T., & Sipilä, K. (1998). Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1926
Koljonen, Tiina ; Sipilä, Kari. / Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1998. 55 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1926).
@book{9408770eb0404189bc93a44727abdb1c,
title = "Uudemman absorptioj{\"a}{\"a}hdytystekniikan soveltaminen kaukoj{\"a}{\"a}hdytyksess{\"a}",
abstract = "T{\"a}ss{\"a} projektissa tutkittiin absorptioj{\"a}{\"a}hdytystekniikan ja erityisesti uudemman 2-vaiheisen absorptioj{\"a}{\"a}hdytystekniikan soveltuvuutta suomalaiseen kaukol{\"a}mp{\"o}j{\"a}rjestelm{\"a}{\"a}n. Kaukoj{\"a}{\"a}hdytyksell{\"a} saadaan kaukol{\"a}mp{\"o}verkkoon lis{\"a}kulutusta kes{\"a}aikana, jolloin verkon k{\"a}ytt{\"o}aste on muuten alhainen. Kaukol{\"a}mmitys ja -j{\"a}{\"a}hdytys yhdistettyn{\"a} l{\"a}mm{\"o}n ja s{\"a}hk{\"o}n yhteistuotantoon sek{\"a} l{\"a}mm{\"o}n ja kylm{\"a}n varastointiin antavat uusia mahdollisuuksia energiaj{\"a}rjestelm{\"a}n kokonaisvaltaisen k{\"a}yt{\"o}n suunnitteluun. Kaukol{\"a}mm{\"o}ll{\"a} toimivista absorptioj{\"a}{\"a}hdyttimist{\"a} k{\"a}ytt{\"o}kelpoisia ovat single-effect (SE) l. yksivaiheinen tai single-effect/double-lift (SE/DL) l. yksivaiheinen/kaksiportainen j{\"a}{\"a}hdytin. Ty{\"o}ainepareina k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n vesi - litiumbromidi (H2O - LiBr) tai ammoniakki - vesi (NH3 - H2O) -pareja. Mielenkiintoisin ratkaisu Suomen oloihin on SE/DL-absorptioj{\"a}{\"a}hdytin, jota voidaan ajaa my{\"o}s pelk{\"a}st{\"a}{\"a}n SE-moodissa. Suomessa ensimm{\"a}inen kaukol{\"a}mp{\"o}k{\"a}ytt{\"o}inen SE-absorptioj{\"a}{\"a}hdytin otettiin k{\"a}ytt{\"o}{\"o}n Helsingin Pit{\"a}j{\"a}nm{\"a}ell{\"a} kev{\"a}{\"a}ll{\"a} 1998. Saksassa on rakennettu ensimm{\"a}iset SE/DL-absorptiotekniikan pilottikohteet Berliiniin (400 kW) vuonna 1996 ja Dusseldorfiin (300 kW) vuonna 1997. T{\"a}ysin kaupallisin perustein on toteutettu vuonna 1997 Munchenin lentokent{\"a}ll{\"a} 2,5 MW:n SE/DL-absorptiokoneisto, joka k{\"a}ytt{\"a}{\"a} dieselin prosessil{\"a}mp{\"o}{\"a}. VTT Energiassa tutkittiin sek{\"a} SE- ett{\"a} SE/DL-absorptioj{\"a}{\"a}hdyttimien toimintaa Aspen PlusTM -simulointiohjelmistolla. Simulointien mukaan SE-j{\"a}{\"a}hdyttimen COP laskee nopeasti alle 80 °C kaukol{\"a}mp{\"o}veden l{\"a}mp{\"o}tilalla ja yli 30 °C:n j{\"a}{\"a}hdytysveden tulol{\"a}mp{\"o}tilalla. Jos kylm{\"a}n veden menol{\"a}mp{\"o}tilana k{\"a}ytett{\"a}isiin +7 °C:n sijasta +10 °C, nousisi SE-j{\"a}{\"a}hdyttimen COP noin 5 {\%}. SE/DL-j{\"a}{\"a}hdyttimen COP ei ole niin herkk{\"a} parametrien muutoksille, koska j{\"a}{\"a}hdytin voi toimia my{\"o}s SE-tilassa. Kahden eri kokoisen rakennustilavuuden j{\"a}{\"a}hdytyskustannuksia arvioitiin esimerkkilaskelmalla, jossa kylm{\"a}n tarpeen huipunk{\"a}ytt{\"o}ajat ovat yht{\"a} suuret. Nykyisell{\"a} s{\"a}hk{\"o}n ja kaukol{\"a}mm{\"o}n keskihintatasolla SE-absorptioj{\"a}{\"a}hdytin saisi maksaa 6 - 28 {\%} enemm{\"a}n ja SE/DL-j{\"a}{\"a}hdytin 50 {\%} v{\"a}hemm{\"a}n kuin perinteinen kompressorij{\"a}{\"a}hdytin, jotta kylm{\"a}energian hinnat olisivat samat. Jos SE/DL-j{\"a}{\"a}hdytint{\"a} voidaan ajaa my{\"o}s SE-tilassa, hintaero kompressorij{\"a}{\"a}hdyttimeen verrattuna pienenee. Jos kaukol{\"a}mm{\"o}n hinta j{\"a}{\"a}hdytyskaudella on puolet talven keskihinnasta ja kylm{\"a}energian hinnat haluttaisiin kaikilla j{\"a}{\"a}hdytystavoilla samoiksi, SE-absorptioj{\"a}{\"a}hdytin saisi maksaa 59 - 68 {\%} ja SE/DL 31 - 33 {\%} enemm{\"a}n kuin kompressorij{\"a}{\"a}hdytin. Kylm{\"a}koneen mitoituksessa on aina otettava huomioon kylm{\"a}varaston k{\"a}ytt{\"o} kuorman tasaajana. Kylm{\"a}koneen mitoitustehoa voidaan silloin pienent{\"a}{\"a} ja koneen huipunk{\"a}ytt{\"o}aika kasvaa. Suomessa kiinteist{\"o}jen j{\"a}{\"a}hdytyksen huipun k{\"a}ytt{\"o}aika on tyypillisesti 500 - 700 tuntia vuodessa. Absorptiotekniikalla toteutetun j{\"a}{\"a}hdytyksen yhteinen etu kompressorij{\"a}{\"a}hdytykseen (COP = 4,0) verrattuna on s{\"a}hk{\"o}energian kulutuksen s{\"a}{\"a}st{\"o} ja s{\"a}hk{\"o}n lis{\"a}tuotannon mahdollisuus l{\"a}mmitysvoimalaitoksessa. Vastapainelaitoksessa (r = 0,5) 1 MW kylm{\"a}tehon tuottaminen kuluttajalle absorptiotekniikalla (COP = 0,7) tuottaa noin 1 MW lis{\"a}{\"a} myyt{\"a}v{\"a}{\"a} s{\"a}hk{\"o}tehoa ja l{\"a}mp{\"o}{\"a} tuottavassa kombilaitoksessa (r = 1,0) noin 1,7 MW.",
keywords = "absorption cooling technology, cooling systems, district cooling, thermal networks",
author = "Tiina Koljonen and Kari Sipil{\"a}",
note = "Project code: N7SU00311",
year = "1998",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-5334-9",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1926",
address = "Finland",

}

Koljonen, T & Sipilä, K 1998, Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1926, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä. / Koljonen, Tiina; Sipilä, Kari.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1998. 55 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1926).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä

AU - Koljonen, Tiina

AU - Sipilä, Kari

N1 - Project code: N7SU00311

PY - 1998

Y1 - 1998

N2 - Tässä projektissa tutkittiin absorptiojäähdytystekniikan ja erityisesti uudemman 2-vaiheisen absorptiojäähdytystekniikan soveltuvuutta suomalaiseen kaukolämpöjärjestelmään. Kaukojäähdytyksellä saadaan kaukolämpöverkkoon lisäkulutusta kesäaikana, jolloin verkon käyttöaste on muuten alhainen. Kaukolämmitys ja -jäähdytys yhdistettynä lämmön ja sähkön yhteistuotantoon sekä lämmön ja kylmän varastointiin antavat uusia mahdollisuuksia energiajärjestelmän kokonaisvaltaisen käytön suunnitteluun. Kaukolämmöllä toimivista absorptiojäähdyttimistä käyttökelpoisia ovat single-effect (SE) l. yksivaiheinen tai single-effect/double-lift (SE/DL) l. yksivaiheinen/kaksiportainen jäähdytin. Työainepareina käytetään vesi - litiumbromidi (H2O - LiBr) tai ammoniakki - vesi (NH3 - H2O) -pareja. Mielenkiintoisin ratkaisu Suomen oloihin on SE/DL-absorptiojäähdytin, jota voidaan ajaa myös pelkästään SE-moodissa. Suomessa ensimmäinen kaukolämpökäyttöinen SE-absorptiojäähdytin otettiin käyttöön Helsingin Pitäjänmäellä keväällä 1998. Saksassa on rakennettu ensimmäiset SE/DL-absorptiotekniikan pilottikohteet Berliiniin (400 kW) vuonna 1996 ja Dusseldorfiin (300 kW) vuonna 1997. Täysin kaupallisin perustein on toteutettu vuonna 1997 Munchenin lentokentällä 2,5 MW:n SE/DL-absorptiokoneisto, joka käyttää dieselin prosessilämpöä. VTT Energiassa tutkittiin sekä SE- että SE/DL-absorptiojäähdyttimien toimintaa Aspen PlusTM -simulointiohjelmistolla. Simulointien mukaan SE-jäähdyttimen COP laskee nopeasti alle 80 °C kaukolämpöveden lämpötilalla ja yli 30 °C:n jäähdytysveden tulolämpötilalla. Jos kylmän veden menolämpötilana käytettäisiin +7 °C:n sijasta +10 °C, nousisi SE-jäähdyttimen COP noin 5 %. SE/DL-jäähdyttimen COP ei ole niin herkkä parametrien muutoksille, koska jäähdytin voi toimia myös SE-tilassa. Kahden eri kokoisen rakennustilavuuden jäähdytyskustannuksia arvioitiin esimerkkilaskelmalla, jossa kylmän tarpeen huipunkäyttöajat ovat yhtä suuret. Nykyisellä sähkön ja kaukolämmön keskihintatasolla SE-absorptiojäähdytin saisi maksaa 6 - 28 % enemmän ja SE/DL-jäähdytin 50 % vähemmän kuin perinteinen kompressorijäähdytin, jotta kylmäenergian hinnat olisivat samat. Jos SE/DL-jäähdytintä voidaan ajaa myös SE-tilassa, hintaero kompressorijäähdyttimeen verrattuna pienenee. Jos kaukolämmön hinta jäähdytyskaudella on puolet talven keskihinnasta ja kylmäenergian hinnat haluttaisiin kaikilla jäähdytystavoilla samoiksi, SE-absorptiojäähdytin saisi maksaa 59 - 68 % ja SE/DL 31 - 33 % enemmän kuin kompressorijäähdytin. Kylmäkoneen mitoituksessa on aina otettava huomioon kylmävaraston käyttö kuorman tasaajana. Kylmäkoneen mitoitustehoa voidaan silloin pienentää ja koneen huipunkäyttöaika kasvaa. Suomessa kiinteistöjen jäähdytyksen huipun käyttöaika on tyypillisesti 500 - 700 tuntia vuodessa. Absorptiotekniikalla toteutetun jäähdytyksen yhteinen etu kompressorijäähdytykseen (COP = 4,0) verrattuna on sähköenergian kulutuksen säästö ja sähkön lisätuotannon mahdollisuus lämmitysvoimalaitoksessa. Vastapainelaitoksessa (r = 0,5) 1 MW kylmätehon tuottaminen kuluttajalle absorptiotekniikalla (COP = 0,7) tuottaa noin 1 MW lisää myytävää sähkötehoa ja lämpöä tuottavassa kombilaitoksessa (r = 1,0) noin 1,7 MW.

AB - Tässä projektissa tutkittiin absorptiojäähdytystekniikan ja erityisesti uudemman 2-vaiheisen absorptiojäähdytystekniikan soveltuvuutta suomalaiseen kaukolämpöjärjestelmään. Kaukojäähdytyksellä saadaan kaukolämpöverkkoon lisäkulutusta kesäaikana, jolloin verkon käyttöaste on muuten alhainen. Kaukolämmitys ja -jäähdytys yhdistettynä lämmön ja sähkön yhteistuotantoon sekä lämmön ja kylmän varastointiin antavat uusia mahdollisuuksia energiajärjestelmän kokonaisvaltaisen käytön suunnitteluun. Kaukolämmöllä toimivista absorptiojäähdyttimistä käyttökelpoisia ovat single-effect (SE) l. yksivaiheinen tai single-effect/double-lift (SE/DL) l. yksivaiheinen/kaksiportainen jäähdytin. Työainepareina käytetään vesi - litiumbromidi (H2O - LiBr) tai ammoniakki - vesi (NH3 - H2O) -pareja. Mielenkiintoisin ratkaisu Suomen oloihin on SE/DL-absorptiojäähdytin, jota voidaan ajaa myös pelkästään SE-moodissa. Suomessa ensimmäinen kaukolämpökäyttöinen SE-absorptiojäähdytin otettiin käyttöön Helsingin Pitäjänmäellä keväällä 1998. Saksassa on rakennettu ensimmäiset SE/DL-absorptiotekniikan pilottikohteet Berliiniin (400 kW) vuonna 1996 ja Dusseldorfiin (300 kW) vuonna 1997. Täysin kaupallisin perustein on toteutettu vuonna 1997 Munchenin lentokentällä 2,5 MW:n SE/DL-absorptiokoneisto, joka käyttää dieselin prosessilämpöä. VTT Energiassa tutkittiin sekä SE- että SE/DL-absorptiojäähdyttimien toimintaa Aspen PlusTM -simulointiohjelmistolla. Simulointien mukaan SE-jäähdyttimen COP laskee nopeasti alle 80 °C kaukolämpöveden lämpötilalla ja yli 30 °C:n jäähdytysveden tulolämpötilalla. Jos kylmän veden menolämpötilana käytettäisiin +7 °C:n sijasta +10 °C, nousisi SE-jäähdyttimen COP noin 5 %. SE/DL-jäähdyttimen COP ei ole niin herkkä parametrien muutoksille, koska jäähdytin voi toimia myös SE-tilassa. Kahden eri kokoisen rakennustilavuuden jäähdytyskustannuksia arvioitiin esimerkkilaskelmalla, jossa kylmän tarpeen huipunkäyttöajat ovat yhtä suuret. Nykyisellä sähkön ja kaukolämmön keskihintatasolla SE-absorptiojäähdytin saisi maksaa 6 - 28 % enemmän ja SE/DL-jäähdytin 50 % vähemmän kuin perinteinen kompressorijäähdytin, jotta kylmäenergian hinnat olisivat samat. Jos SE/DL-jäähdytintä voidaan ajaa myös SE-tilassa, hintaero kompressorijäähdyttimeen verrattuna pienenee. Jos kaukolämmön hinta jäähdytyskaudella on puolet talven keskihinnasta ja kylmäenergian hinnat haluttaisiin kaikilla jäähdytystavoilla samoiksi, SE-absorptiojäähdytin saisi maksaa 59 - 68 % ja SE/DL 31 - 33 % enemmän kuin kompressorijäähdytin. Kylmäkoneen mitoituksessa on aina otettava huomioon kylmävaraston käyttö kuorman tasaajana. Kylmäkoneen mitoitustehoa voidaan silloin pienentää ja koneen huipunkäyttöaika kasvaa. Suomessa kiinteistöjen jäähdytyksen huipun käyttöaika on tyypillisesti 500 - 700 tuntia vuodessa. Absorptiotekniikalla toteutetun jäähdytyksen yhteinen etu kompressorijäähdytykseen (COP = 4,0) verrattuna on sähköenergian kulutuksen säästö ja sähkön lisätuotannon mahdollisuus lämmitysvoimalaitoksessa. Vastapainelaitoksessa (r = 0,5) 1 MW kylmätehon tuottaminen kuluttajalle absorptiotekniikalla (COP = 0,7) tuottaa noin 1 MW lisää myytävää sähkötehoa ja lämpöä tuottavassa kombilaitoksessa (r = 1,0) noin 1,7 MW.

KW - absorption cooling technology

KW - cooling systems

KW - district cooling

KW - thermal networks

M3 - Report

SN - 951-38-5334-9

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Koljonen T, Sipilä K. Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1998. 55 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1926).