Uudemman absorptiojäähdytystekniikan soveltaminen kaukojäähdytyksessä

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.