Adaption und Untersuchung eines Absorptionswärmetauschers zur Rücklauftemperaturreduktion in Fernwärmenetzen

Abstract

Aus Gründen des Klima- und Umweltschutzes ist die Weiterentwicklung der gegenwärtigen Wärme- und Kälteversorgung ein elementarer Schritt in eine nachhaltige Zukunft. Dabei ist die Senkung des Temperaturniveaus in den Verteilernetzen ein wesentlicher Ansatz, welcher, insbesondere für bestehende Fernwärmesysteme, durch den Einsatz von Absorptionswärmetauschern bewerkstelligt werden kann. Diese ersetzen die klassischen Wärmeübertrager in den Übergabestationen, indem sie Wärme zwischen primärem und sekundärem Verteilungsnetz auf effiziente Art und Weise transferieren. Im Gegensatz zu einem Plattenwärmetauscher kann der Rücklauf des Primärnetzes unter die Rücklauftemperatur des Sekundärnetzes unterkühlt werden, wodurch die Übertragungsleistung und Lieferkapazität gesteigert und die Wärmeverluste des Gesamtsystems gesenkt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde analysiert, welchen Einfluss die Senkung der primären Vorlauftemperatur auf die Unterkühlungsleistung hat. Die Messergebnisse, welche über 100 Messpunkte umfassen, zeigen, dass ein zuverlässiger Betrieb eines Absorptionswärmetauschers auch mit reduzierter Primärvorlauftemperatur möglich ist. Allgemein lässt sich sagen, dass die Unterkühlungsleistung wesentlich von den Faktoren Volumenstromverhältnis zwischen Sekundärnetz und Primärstrom, sowie Volumenstromverhältnis des Sekundärstromes zwischen Wärmetauscher und Wärmepumpe beeinflusst wird. Hierbei ist besonders die Betreibscharakteristik des ext. Wärmetauschers miteinzubeziehen. Zusammenfassend ist aus energetischer und exergetischer Sicht ein Absorptionswärmetauscher einem klassischen Wärmetauscher vorzuziehen.

For climate and environmental protection, the further development of the current heating and cooling supply is an elementary step towards a sustainable future. The reduction of the temperature level in the distribution networks is an essential approach, which can be applied, especially for existing district heating systems, through the use of absorption heat exchangers. These replace the classic heat exchangers in the transfer stations by efficiently transferring heat between the primary and secondary distribution networks. In contrast to a plate heat exchanger, the return of the primary network can be subcooled below the return temperature of the secondary network, thus increasing the transfer capacity and delivery capacity and reducing the heat losses of the overall system. This research analysed the influence of the reduction of the primary flow temperature on the subcooling temperature difference between the primary and secondary network. The measurement results, which include over 100 measurement points, show that an absorption heat exchanger can reliably be operated as a classic heat exchanger. In general, it can be said that the subcooling performance is significantly influenced by the factors volume-flow-ratio between secondary network and primary flow, as well as volume-flow-ratio of the secondary flow between heat exchanger and heat pump. The operating characteristics of the external heat exchanger in particular must be taken into account here. In summary, from an energetic and exergetic point of view, an absorption heat exchanger is preferable to a classic heat exchanger.