Zastosowanie absorpcyjnych bądź adsorpcyjnych agregatów chłodniczych do produkcji chłodu na cele klimatyzacyjne niesie za sobą korzyści w obszarach ekonomicznym, niezawodnościowym i środowiskowym. Wyraźnemu obniżeniu ulega zapotrzebowanie na energię elektryczną do celów klimatyzacyjnych, a więc dla budynków nowych ograniczeniu ulegają nakłady na infrastrukturę elektroenergetyczną, a dla budynków modernizowanych na moc zamówioną.

Zapotrzebowanie na chłód w obiektach leczniczych

W ostatnich latach wyraźnie widać wzrost zapotrzebowania na chłód do celów klimatyzacyjnych. Kluczowymi odbiorcami są zarówno nowe jak i modernizowane obiekty o dużej kubaturze – komercyjne oraz użyteczności publicznej. Eskalacja tej tendencji związana jest w dużej mierze ze wzrostem oczekiwań użytkowników, uwarunkowaniami prawnymi narzucającymi konkretne wymagania dotyczące ilości i jakości powietrza, bądź efektywności energetycznej budynków oraz wymaganiami dotyczącymi chłodzenia precyzyjnej aparatury diagnostycznej. 

Podczas rozważania zasadności zastosowania układów klimatyzacyjnych należy zwrócić szczególną uwagę na Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 26 czerwca 2012 r. w sprawie szczególnych wymagań, jakim powinny odpowiadać pomieszczenia i urządzenia podmiotu wykonującego działalność leczniczą (Dz. U. Z 2012 r. nr 739) narzucające jasny wymóg zastosowania, co najmniej w części powierzchni, klimatyzacji. Jasne jest, że ilość powierzchni klimatyzowanych, nie tylko ze względu na komfort pacjentów, ale także wymogi legislacyjne oraz wymagania sprzętu medycznego, będzie w obiektach leczniczych rosła, stawiając przed zarządzającymi takimi obiektami wyzwania techniczne, inwestycyjne i eksploatacyjne związane z planowanymi modernizacjami.

Najpopularniejszą metodą pokrycia zapotrzebowania na chłód są centralnie zainstalowane sprężarkowe agregaty chłodnicze (S.A.C.), produkujące wodę lodową przesyłaną wewnętrzną instalacją hydrauliczną do odbiorników – głównie central wentylacyjnych bądź klimakonwektorów. S.A.C. zasilane są energią elektryczną, której cena w perspektywie ostatnich dekad systematycznie rosła, a dostępność, szczególnie w okresie letnim, stoi niejednokrotnie pod dużym znakiem zapytania. Zastosowanie S.A.C. prowadzi, z jednej strony do nieustannego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną latem, a z drugiej do wzrostu ceny wytworzenia chłodu dla użytkownika końcowego. Oba czynniki mają negatywny wpływ na użytkowanie obiektów. 

Na rysunku 1 przedstawiono przykładowy przebieg zapotrzebowania na energię elektryczną do napędu S.A.C., pracujących na potrzeby klimatyzacyjne w ciągu roku. Wyraźnie widać, że w miesiącach letnich, zaczynając od czerwca a kończąc na wrześniu, występuje szczytowe zapotrzebowanie na chłód do celów klimatyzacyjnych – osiągając maksimum w lipcu i minimum w lutym, prowadząc bezpośrednio do występowania szczytu zapotrzebowania na energię elektryczną w deficytowym dla krajowego systemu elektroenergetycznego okresie.

Rys. 1. Zapotrzebowanie na energię elektryczną do zasilania S.A.C.

Zastosowanie S.A.C., jako źródła chłodu do celów klimatyzacyjnych oraz technologicznych, oczywiście jest najpowszechniejszym z rozwiązań dostępnych na rynku. Niestety dla dużych obiektów, w szczególności leczniczych, rodzi szereg dodatkowych problemów. S.A.C., jako energię napędową wykorzystują energię elektryczną w bardzo dużych ilościach – na każde 1000 kW mocy chłodniczej potrzeba ok. 350 kW energii elektrycznej, co w połączeniu z jednej strony z wymaganymi dużymi mocami chłodniczymi, a z drugiej z dostępnością energii elektrycznej i infrastruktury ją dostarczającej, rodzi wiele problemów:

• inwestycyjnych – podczas modernizacji należy zainwestować nie tylko w urządzenia chłodnicze, ale także w infrastrukturę elektroenergetyczną;
• eksploatacyjnych – opłaty za większą moc zamówioną i oczywiście zużycie energii;ƒƒ
• z zakresu bezpieczeństwa – zapewnienie stałego i pewnego zasilania S.A.C., jak i urządzeń towarzyszących, w energię elektryczną.

Zarówno wspomniane wcześniej Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 26 czerwca 2012 r. w sprawie szczególnych wymagań, jakim powinny odpowiadać pomieszczenia i urządzenia podmiotu wykonującego działalność leczniczą (Dz. U. Z 2012 r. nr 739) jak i dodatkowo Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2002 r. nr 75 poz. 690 z późniejszymi zmianami) wymusza zagwarantowanie nie tylko niezależnych kierunków zasilania, ale także własnego rezerwowego źródła pokrywającego co najmniej 30% mocy szczytowej, która po zastosowaniu układu S.A.C. może ulec zmianie, dodatkowo prowadząc do podniesienia nakładów inwestycyjnych.

Sorpcyjne technologie chłodnicze

Jedną z możliwych alternatyw do zastosowania S.A.C. są Absorpcyjne bądź Adsorpcyjne Agregaty Chłodnicze (A.A.C.). W odróżnieniu od S.A.C. wykorzystujących do produkcji chłodu energię elektryczną, A.A.C. jako energię napędową wykorzystują ciepło w dowolnej postaci, mogące pochodzić z wielu różnych źródeł – od układów odzysku ciepła technologicznego, przez lokalną kotłownię wyposażoną w konwencjonalne układy grzewcze (zarówno wodne, jak i parowe), Miejską Sieć Ciepłowniczą (M.S.C.) po odzysk ciepła z układów skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła (Kogeneracja). Zastosowanie A.A.C. zasilanych ciepłem umożliwia z jednej strony odciążenie w okresie letnim infrastruktury elektroenergetycznej (bądź ograniczenie nakładów inwestycyjnych w wypadku nowej inwestycji), a z drugiej dociążenie infrastruktury ciepłowniczej, prowadząc do wzrostu efektywności energetycznej oraz, w wypadku układów kogeneracyjnych, optymalizacji czasu zwrotu z inwestycji.

Chłodziarka sorpcyjna wytwarza wodę lodową na potrzeby klimatyzacyjne dzięki krążeniu czynnika chłodniczego, którym jest woda (H2O) między sorberem (jest w nim pochłaniany) a desorberem (generatorem). Energią napędową dla urządzenia może być ciepło w dowolnej postaci – dla urządzeń adsorpcyjnych woda ciepła o temperaturze nawet tak niskiej jak 60°C, która może pochodzić z M.S.C., a dla urządzeń absorpcyjnych woda o temperaturze od 80°C, bądź para albo spaliny. Układ sorbera i desorbera odpowiada, porównując do agregatu konwencjonalnego, sprężarce elektrycznej, z tą różnicą że nie używa jako energii napędowej prądu tylko ciepła. Czynnikiem chłodniczym wykorzystywanym w agregacie sorpcyjnym jest woda, najbardziej ekologiczny z czynników chłodniczych, a sorbentem, w zależności od wybranej technologii roztwór soli bądź ciało stałe. Stosowane dziś A.A.C. praktycznie nie posiadają części ruchomych, dzięki czemu ich eksploatacja jest możliwa przez wiele lat wydłużając w stosunku do rozwiązań sprężarkowych, cykl życia urządzenia. Na rysunku 2 pokazano zasadę działania A.A.C. na przykładzie bromolitowego absorpcyjnego agregatu wody lodowej SL Eco Energy Systems.

Rys. 2. Zasada działania bromolitowej chłodziarki absorpcyjnej

W chłodziarce zasilanej gorącą wodą bądź parą, dzięki ciepłu podanemu do generatora (7) – warnika (zasilanie 4, powrót 5) z roztworu LiBr, przy bardzo niskim ciśnieniu, odparowuje czysta woda. Para wodna przez separator wędruje do skraplacza, w którym dzięki oddaniu ciepła do wody chłodzącej ulega kondensacji (8), aby trafić w celu rozpylenia do parownika (9) i odebrania ciepła podczas wrzenia na powierzchni rurek z wody lodowej (zasilanie 1, powrót 2). Po odebraniu ciepła para wodna trafia przez separatory do absorbera, gdzie jest pochłaniana przez rozpylany stężony roztwór bromku litu pochodzący z generatora. Ciepło absorpcji odprowadzone jest poprzez układ wody chodzącej. Chłodziarka dodatkowo wyposażona jest w systemy zwiększające sprawność przez odzysk ciepła (6) oraz automatyczny system utrzymywania próżni (12) i zapobiegania krystalizacji (10).

Korzyści

(...)

Przykłady zastosowań 

(...)

Na rysunku 5 zaprezentowano zdjęcie absorpcyjnego agregatu chłodniczego zasilanego parą firmy SL Eco Energy Systems, dostarczonego i zabudowanego przez New Energy Transfer S.A. na potrzeby Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego w Białymstoku.

Rys. 5. A.A.C. SL Eco Energy Systems dostarczony dla USK Białystok

Rys. 6. Urządzenia absorpcyjne zastosowane w szpitalu Gemelli

mgr inż. Marcin MALICKI
Dyrektor Ds. Technologii
w New Energy Transfer S.A.
doktorant na Wydziale
Inżynierii Środowiska
Politechniki Warszawskiej.