Ik dank mijn ouders, dit niet alleen voor mijn financiële steun gedurende de opleiding, maar ook voor hun advies.

Transcriptie

1

2 Mededeling Deze eindverhandeling was een examen; de tijdens de verdediging vastgestelde fouten werden nadien niet gecorrigeerd. Gebruik als referentie in publicatie is toegelaten na inwinning van het advies van KHBO-promotor, vermeld op de titelbladzijde.

3 Woord vooraf Om mijn opleiding, industrieel ingenieur elektromechanica, te voltooien is het maken van een eindwerk een noodzaak. Ik deed een poging om met al mijn praktische en theoretische kennis, die ik gedurende de voorbije vijf jaren verworven heb, dit eindwerk tot een goed einde te brengen. Graag zou ik enkele mensen oprecht willen bedanken die hierbij hun steentje hebben bijgedragen. Ik dank mijn ouders, dit niet alleen voor mijn financiële steun gedurende de opleiding, maar ook voor hun advies. Mijn binnenpromotor Dumon Filip en de andere docenten van het KHBO-Oostende die mij gedurende de afgelopen vijf jaar de nodige praktische en theoretische kennis hebben toegebracht wil ik bedanken. Ook zou ik graag mijn stageplaats, AZ St.-Jan AV, bedanken. Mijn buitenpromotor Van Houtryve Stan, Laloo Dirk en het ander personeel die mij deskundig advies, steun en raad gaven. Tenslotte een woordje van dank aan de volgende bedrijven voor hun technische ondersteuning en medewerking: - Ingenium, met in het bijzonder Vandemaele Bart - Daeninck & Deweerdt - York - Deckx Een laatste dankwoord gaat naar alle vrienden en medestudenten die mij op eender welke manier hebben geholpen om dit eindwerk tot een goed einde te brengen. Dankuwel allemaal!

4 Abstract In deze verhandeling wordt een studie weergegeven van de absorptiekoelinstallatie, opgesteld in het AZ Sint-Jan AV. Deze installatie staat in voor de seizoensgebonden koeling ter vervanging van compressiekoelmachines. Bij aanvang van dit eindwerk waren nog steeds de oude compressiekoelmachines actief. Hiervan werd aan de hand van meetwaarden een Mollierdiagram opgesteld en de C.O.P. berekend. Het nieuw project, de absorptiekoelinstallatie, is een milieuvriendelijk project waarbij de koelmachines aangedreven worden met heet water verkregen uit de restwarmte door afvalverbranding van de Intercommunale voor Vuilverwijdering en -verwerking in Brugge en Ommeland (IVBO). In noodgevallen kan men terugvallen op een stand-by CV-ketelpark. De absorptiekoelmachine voert zijn warmte af via een koelwatercircuit. In dit project wordt als koelwater gebruik gemaakt van kanaalwater afkomstig uit de vaart Brugge Oostende. Voor een efficiënte werking van de koelmachines worden eisen gesteld door de fabrikant. Deze eisen worden verwerkt in de verscheidene circuits die doorheen de absorptiekoelmachine stromen. Van dit alles wordt een zeer uitvoerige studie weergegeven. Er wordt een theoretisch kristallisatiediagram van de absorptiekoelmachines opgesteld a.d.h.v. de designwaarden met daarbij een bespreking van de invloedsparameters. Door middel van metingen op deze nieuwe installatie worden ook een praktisch kristallisatiediagram opgesteld met de bijhorende bespreking ervan. De gevolgen van de verschillende ingangsparameters op de C.O.P. wordt aangetoond. Ook de werkelijke C.O.P. van deze installatie wordt bepaald aan de hand van meetwaarden. Uiteindelijk wordt de C.O.P. van de oude compressiekoelinstallatie vergeleken met die van de nieuwe absorptiekoelinstallatie.

5 Inhoudsopgave H1: COMPRESSIEKOELMACHINE VERSUS ABSORPTIEKOELMACHINE Algemeen Compressiekoelmachine Werking Rendement Beschrijving van de essentiële onderdelen van de compressiekoelmachine De compressor (van A B) De condensor (van B E) Het expansieventiel (van E F) De verdamper (van F A) Absorptiekoelmachine Werking Rendement Milieuvoordelen Aandachtspunten Beschrijving van de absorptiekringloop Bemerkingen H2: SITUATIE IN HET AZ ST.-JAN AV Inleiding De verschillende ijswater-verbruikers Luchtbehandelingsgroepen De inblaasgroepen (IG) (zie fig. 2.1) De extractiegroepen (EG) (zie fig. 2.2) Koeling van medisch apparatuur De rol van het IVBO-water circuit Het stand-by CV-ketelpark Beschrijving van het CV-water circuit Beschrijving van het circuit van warm sanitair water... 20

6 H3: DE WESTINGHOUSE CENTRIFUGAALKOELINSTALLATIE Inleiding Hydraulisch schema Algemeen Elke koelmachine is hoofdzakelijk samengesteld uit De compressor De condensor De verdamper De complete installatie ziet er derhalve uit als volgt De koelwaterinstallatie Twee kringen van vier koeltorens Drie condensors De koelwaterpompen De koelwaterleidingen Temperatuursregeling van het vertrekwater naar de condensor Een flow-switch Een cascade-regeling van de koeltorens Een niveauregeling met hoog- en laag peil beveiliging Beveiligingen tegen vorstgevaar in de koeltorens Beveiliging van verzacht watertoevoer naar koeltoren Het ijswatercircuit Drie verdampers van de koelmachines Twee ijswaterpompen Stalen ijswaterleidingen Een flow switch Temperatuursregeling van het ijswater Zeven uitzettingsvaten met veiligheidsventielen Hydrofoorgroep bestaande uit: Een wachttank van l Pompgroep Horizontale hydrofort charlatteketel Pneumatische regeling Opstellen van een log p-h diagram van de installatie Doel... 32

7 Principeschets Werkwijze Meetresultaten Temperatuurmetingen Drukmetingen Opmerkingen Mollierdiagram Bepalen van alle nodige parameters van de punten A, B, E en F Thermodynamische tabellen Tabel Bepalen van de parameters van punt A Reeds gekend Bepalen van de verdampertemperatuur (tv) horend bij de verdamperdruk (pv) Bepalen van de nuttige oververhitting SH (= superheat) Bepalen van de enthalpie h A Bepalen de entropie S A Bepalen van het specifiek volume υ A : Bepalen van de parameters van punt B Reeds gekend Bepalen van de condensortemperatuur (tc) horend bij de condensordruk (pc) Bepalen van de oververhitting θ aan de perszijde Bepalen van de enthalpie h B Bepalen van de entropie s B Bepalen van de parameters van punt E Reeds gekend Bepalen van de onderkoeling SC (= subcool) Bepalen van de enthalpie h E Bepalen van de parameters van punt F Reeds gekend Bepalen van de enthalphie h F Bepalen van de koudefactor ε en de c.o.p. van de installatie Doel... 46

8 Bepalen van de hoeveelheid warmte opgenomen door de verdamper, q Bepalen van het massadebiet van het koelmiddel (freon 12), m& Bepalen van het condensorvermogen, Pcond Bepalen van het elektrisch vermogen, Pelektr Bepalen van de koudefactor ε H4: OMSCHRIJVING VAN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Inleiding Absorptiekoelkringloop van de York absorptiekoelmachine Inleiding Verdamper Absorber Generator Condensor Hoofdbestanddelen Hogedrukgedeelte Lagedrukgedeelte Pekelpomp (LiBr) Koudemiddelpomp (water) Pekelwarmtewisselaar Ontluchtsysteem Breekschijf Het computerbedieningspaneel van de York absorptiekoelmachine H5: BESPREKING VAN HET HEETWATERCIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Inleiding Principe Hoofdcomponenten Het maximum toegelaten heet water debiet door de generator Productie heet water d.m.v. IVBO Principeschets Hoofdcomponenten Warmtewisselaars... 61

9 Primaire circuit van warmtewisselaar met IVBO water Continue regeling van de heet water hoeveelheid naar de warmtewisselaars Secundair circuit van warmtewisselaar met heet-water circuit door koelmachines Afstelling van maximum generatordebiet i.f.v. het aantal actieve koelmachines Bij werking van één koelmachine Bij werking van twee koelmachines Bij werking van drie koelmachines Productie heet water d.m.v. een stookketel uit de stookplaats Principeschets Hoofdcomponenten Afstelling van maximum generatordebiet i.f.v. het aantal actieve koelmachines Bij werking van één koelmachine Bij werking van twee koelmachines Bij werking van drie koelmachines Ingebouwde Capaciteitsregeling per koelmachine Werking % capaciteit % capaciteit % capaciteit Functie van de regelkraan net voor de mengkraan (=Samson-klep) Beide koelmachines hebben een gelijke capaciteit Beide koelmachines hebben een verschillende capaciteit Voorbeeld 1: koelmachine 1 (0% capaciteit) en koelmachine 2 (100% capaciteit) Voorbeeld 2: koelmachine 1 (20% capaciteit) en koelmachine 2 (100% capaciteit) Cascade regeling van de koelmachines Energiemeters... 79

10 H6: BESPREKING VAN HET KOELWATER-CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Inleiding Principe Doel Principeschets + hoofdcomponenten Watervangconstructie met twee automatische fijnroosters Pompstation Algemeen Natte kelder Droge pompkelder Technisch gebouw koeling Controlemeting van het kanaalwater-debiet Onderverdeling in drie deelcircuits Mengregeling van de intredetemperatuur van het koelwater in de absorber Mengregeling van de loostemperatuur van het koelwater Functie van de in serie werkende circulatiepompen Beschrijving Verklaring waarom voor extra in serie opgestelde frequentiegestuurde pompen gekozen wordt Alternatieven Ingebouwd borstelreining-systeem Werking Detectie van verstopte pijpleidingen Nog enkele niet besproken beveiligingen Flow-switch Analoge drukverschilmeter Overstortventiel Leidingen spoelen Loosconstructie Zuurstof gehalte in te lozen water... 97

11 H7: BESPREKING VAN HET GEKOELD WATER-CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Inleiding Principe Principeschets + hoofdcompenenten Principeschets Hoofdcompenten Het maximum toegelaten ijswater debiet door de verdamper Werking Opstart van de frequentiegestuurde pompen Opstart van de absorptiekoelmachine en de secundaire pomp net voor de verdamper Regeling van de ijswaterhoeveelheid naar de verbruikers koelvraag-debiet < V & = 275m³/h koelvraag-debiet = V & = 275m³/h V & = 688m³/h > koelvraagdebiet >V & = 275m³/h V & = 1100m³/h > koelvraagdebiet >V & = 688m³/h koelvraagdebiet >V & = 1100m³/h Stilleggen van het ijswatercircuit Uitschakelen van de frequentiegestuurde pompen Uitschakelen van de secundaire ijswaterpomp Energiemeter Nog enkele niet besproken beveiligingen en opmerkingen Liquid flow switch Drukverschilmeter Tichelmann H8: DESIGNWAARDEN EN BEDRIJFSLIMIETEN VAN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Designwaarden van de York absorptiekoelmachine Designtemperaturen van het water in de verschillende deelcircuits doorheen de absorptiekoelmachine De design werkingstemperaturen in de verschillende compartimenten van de

12 koelmachine bepalen we als volgt De design-werkingstemperaturen van het koelmiddel en koudemiddel in de koelmachine Bedrijfslimieten van de York absorptiekoelmachine Bedrijfslimieten van het water in de verschillende deelcircuits doorheen de absorptiekoelmachine Bedrijfslimieten van het koelmiddel en koudemiddel in de koelmachine H9: OPSTELLEN VAN HET KRISTALLISATIEDIAGRAM VAN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Doel Inleiding Kristallisatielijn Hoofdoorzaken voor kristallisatie Te sterke LiBr-concentratie van de naar de absorber terugkerende oplossing Te lage temperatuur van de verdunde oplossing Het stoppen van de machine, zonder zijn zogenaamde verdunningsperiode Het aanwezig zijn van te veel niet-condenseerbare gassen Signalisatie van kristallisatie Koel- en koudemiddelstand bij 25% koellast Koel- en koudemiddelstand bij 100% koellast Afregelen van de koel- en koudemiddel kringloop bij vollast Voorkomen van kristallisatie Overstortventiel in verdamper Stabilisatieventiel gestuurd door vlotterschakelaar en thermostaat Ontluchtsysteem Dekristallisatie-inrichting Effect van te lage koelwatertemperatuur op de kringloop Effect van de belasting op de kringloop Opstellen van het kristallisatiediagram bij vollast a.d.h.v. de designwaarden De designwaarden Kristallisatiediagram Opstellen werkingsdiagram Traject van de zoutoplossing

13 Traject van de koelstof (=water) Algemeen Samenvattende tabel Opstellen van het kristallisatiediagram bij vollast a.d.h.v. de meetwaarden De meetwaarden Kristallisatiediagram Bespreking H10: OPSTELLEN VAN EEN T-S DIAGRAM Inleiding Voorstelling Cyclus van de koelstof (water) Bepalen van alle nodige parameters van de punten 5, 6, 7 en Condensatie: Expansie: Verdamping: Pomp: Samenvattende tabel Cyclus van het absorptiemiddel (LiBr + H2O oplossing) Bepalen van alle nodige parameters van de punten 1, 2, 3 en Generator: Expansie: Absorber: Pomp: Samenvattende tabel Opmerking H11: BEPALEN VAN DE C.O.P. + INVLOED VAN DE INGANGSPARAMETERS Doel Visgraatdiagram Bepalen van de koudefactor van Carnotε ab, C bij de designwaarden Invloedsparameters op de koudefactor van Carnot ε ab, C Effect van de generatortemperatuur op de koudefactor van Carnot ε ab, C

14 Maximum generatortemperatuur Minimum generatortemperatuur Besluit Effect van de condensortemperatuur op de koudefactor van Carnot ε ab, C Lage condensortemperatuur Besluit Effect van de verdampertemperatuur op de koudefactor van Carnot ε ab, C Maximum verdampertemperatuur Minimum verdampertemperatuur Besluit Samenvattende tabel Bepalen van de koudefactor van de werkelijke machineε t Bepalen van de koudefactor van de werkelijke machine ε t a.d.h.v. meetwaarden Bepalen van het verdampervermogen P v Tabel met meetwaarden Berekening % koeling Bepalen van het generatorvermogen P g Tabel met meetwaarden Berekening De werkelijke koudefactor ε t Berekening Vergelijking met theorie Opstellen van de warmtebalans a.d.h.v. meetwaarden Warmtebalans Bepalen van het absorbervermogen P a + condensorvermogen P C Tabel met meetwaarden Berekening Toegevoerde warmte Afgevoerde warmte De fout

15 11.8. Bepalen van het totaal rendement van Carnot ηc, t a.d.h.v. meetwaarden H12: VERGELIJKING ABSORPTIEKOELINSTALLATIE MET COMPRESSIE- KOELINSTALLATIE Vergelijking van de koudefactor ε t Voordelige milieu-aspecten bij absorptiekoelinstallatie Probleemstelling Demonstratieproject energietechnologieën: subsidiëring Ozonvriendelijk koel- en koudemiddel Elektrische energie Energiefactuur in geval van compressiekoelmachines Energiefactuur in geval van nieuwe absorptiekoelmachines Absorptiekoelinstallatie uitbreiden met een warmtekrachtkoppeling (WKK) Warmte-energie Heet water kosten bij absorptiekoelinstallatie Werking op stookplaats Kanaalwaterkosten bij absorptiekoelinstallatie Factuur verpompen kanaalwater Extra kosten Voordelen van de absorptiekoelinstallatie t.o.v. compressiekoelmachine Nadelen van de absorptiekoelinstallatie t.o.v. compressiekoelmachine

16 Lijst met illustraties H1: COMPRESSIEKOELMACHINE VERSUS ABSORPTIEKOELMACHINE... 1 Fig Maximale dampspanning als functie van de temperatuur... 2 Fig Principeschema compressiemachine... 3 Fig Essentiële onderdelen compressiemachine... 4 Fig Log p-h diagram compressiekoelmachine... 5 Fig Principewerking van de verdamper en absorber... 9 Fig Fig Fig H2: SITUATIE IN HET AZ ST.-JAN AV Fig Luchtbehandeling: inblaasgroep Fig Luchtbehandeling: extractiegroep H3: DE WESTINGHOUSE CENTRIFUGAALKOELINSTALLATIE Fig De acht koeltorens geplaatst op de 15 e verdieping van het beddenhuis - vleugel DE Fig Fig Principeschets van de complete Westinghouse koelinstallatie zoals die ontworpen is Fig Vereenvoudigde principeschets van de Westinghouse koelinstallatie Fig Een koelproces voorgesteld in een Mollierdiagram H4: OMSCHRIJVING VAN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Fig Koudemiddel- en koelmiddelkringlopen Fig Vooraanzicht en hoofdonderdelen YIA absorptiekoelmachine H5: BESPREKING VAN HET HEETWATERCIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Fig Principeschets van de productie van heet water d.m.v. IVBO Fig De twee actieve warmtewisselaars... 61

17 Fig Continue regeling van de heet water hoeveelheid naar de warmtewisselaars i.f.v. de capaciteitsregeling van elke koelmachine (Principeweergave voor één actieve warmtewisselaar) Fig Debiet in secundair circuit bij werking van één koelmachine bij vollast Fig Debiet in secundair circuit bij werking van twee koelmachines bij vollast Fig Principeschets van de productie van heet water d.m.v. een stookketel uit stookplaats Fig Debiet in secundair circuit bij werking van één koelmachine bij vollast Fig Debiet in secundair circuit bij werking van twee koelmachines bij vollast Fig Debiet in secundair circuit bij werking van drie koelmachines bij vollast Fig Capaciteitsregeling bij 100% capaciteit Fig Capaciteitsregeling bij 80% capaciteit Fig Capaciteitsregeling bij 0% capaciteit Fig Beide koelmachines werkend bij gelijke capaciteit Fig Voorbeeld 1: beide koelmachines werkend bij verschillende capaciteit (zonder regelkraan) Fig Voorbeeld 1: beide koelmachines werkend bij verschillende capaciteit (met regelkraan) Fig Voorbeeld 2: beide koelmachines werkend bij verschillende capaciteit (met regelkraan) H6: BESPREKING VAN HET KOELWATER-CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Fig Principeschets van het koelwatercircuit Fig Watervangconstructie met twee automatische fijnroosters Fig Droge pompkelder Fig Mengregeling van de intredetemperatuur van het koelwater in de absorber Fig Mengregeling van de loostemperatuur van het koelwater Fig Principeschets van het ingebouwd borstelreiniging-systeem Fig Borstelreiniging-systeem in de absorber Fig Loosconstructie... 96

18 H7: BESPREKING VAN HET GEKOELD WATER-CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Fig Principeschets van het gekoeld water circuit Fig Drie parallelle frequentiegestuurde pompen Fig Opstart van de drie parallelle frequentiegestuurde pompen Fig Aansluitingen ijswaterleidingen aan koelmachine Fig Koelvraag-debiet < debiet geleverd door secundaire pomp voor verdamper Fig Koelvraag-debiet = debiet geleverd door secundaire pomp voor verdamper Fig Koelvraag-debiet > debiet geleverd door secundaire pomp voor verdamper Fig Uitschakelen van de frequentiegestuurde pompen H9: OPSTELLEN VAN HET KRISTALLISATIEDIAGRAM VAN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE Fig Gevoeligste plaats voor kristallisatie: koudste deel van warmtewisselaar Fig Kristallisatie door te sterke LiBr-concentratie van generator Fig Kristallisatie door te lage temp. Van verdunde oplossing Fig Koel- en koudemiddelstand bij 25% koellast Fig Koel- en koudemiddelstand bij 100% koellast Fig Dekristallisatie-inrichting H10: OPSTELLEN VAN EEN T-S DIAGRAM Fig Fig T-s diagram

19 Bijlagen Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 : Hydraulisch schema Westinghouse compressiekoelinstallatie : De Westinghouse koelkringloop uitgezet op het log p h diagram van freon 12 : Kristallisatiediagram bij vollast opgesteld a.d.h.v. designwaarden : Kristallisatiediagram opgesteld a.d.h.v. meetwaarden Tegen achterflap: Hydraulisch schema York absorptiekoelinstallatie

20 Lijst van de gebruikte verkortingen en symbolen h P : enthalpieverschil : drukval T : temperatuursverschil a.d.h.v. bv. ca. c.o.p. CV d.m.v. ε ε t : aan de hand van : bijvoorbeeld : circa : Coëfficiënt Of Performance : Centrale Verwarming : door middel van : koudefactor : koudefactor van de werkelijke absorptiekoelmachine ε ab,c : koudefactor van Carnot van de absorptiekoelmachine ε comp : koudefactor van de kringloop werkend als compressor ε motor : koudefactor van de kringloop werkend als motor c w EG Fig. h h A h B h E h F H 2 -gas H 2 O IG i.p.v. IVBO LiBr m& : specifieke warmtecapaciteit van water : Extractiegroep : figuur : enthalpie (= totale warmte-inhoud per kg koelmiddel) : enthalpie in punt A : enthalpie in punt B : enthalpie in punt E : enthalpie in punt F : waterstofgas : water : Inblaasgroep : in plaats van : Intercommunale voor Vuilverwijdering en -verwerking in Brugge en Ommeland : Lithiumbromide : massadebiet van het koelmiddel

21 m.a.w. m.b.v. MRI : met andere woorden : met betrekking van : Magnetic Resonantie Imaging η C,t : totaal rendement van Carnot ηm,mot nl. NMR p P C p A pc Pcond Pelektr p F p L p H P a P C P g : motor-compressor rendement : namelijk : Nuclear Magnetic Resonantie : druk : condensorvermogen : druk in het punt A : condensordruk : condensorvermogen : elektrisch vermogen : druk in het punt F : lage druk : hoge druk : absorptievermogen : condensorvermogen : generatorvermogen P k : koelvermogen P v ρ w pijs verdamp-in pijs verdamp-uit pkoel cond-in pkoel cond-uit pv q2 resp. s A s B s E : verdampervermogen : dichtheid van water : druk van het ijswater dat de verdamper binnenstroomt : druk van het ijswater dat de verdamper uitstroomt : druk van het koelwater dat de condensor binnenstroomt : druk van het koelwater dat de condensor uitstroomt : verdamperdruk : de hoeveelheid warmte opgenomen door de verdamper : respectievelijk : entropie in punt A : entropie in punt B : entropie in punt E

22 s F SC SH T t A t B t E t F te T a T c T g T 0 t.e.m. t.o.v. tijs verdamp-in tijs verdamp-uit tkoel cond-in tkoel cond-uit tp tv tz V & W : entropie in punt F : subcool : super heat : temperatuur : temperatuur in het punt A : temperatuur in het punt B : temperatuur in het punt E : temperatuur in het punt F : temperatuur juist voor de expansie : absorbertemperatuur : condensortemperatuur : generatortemperatuur : verdampertemperatuur : tot en met : ten opzichte van : temperatuur van het ijswater dat de verdamper binnenstroomt : temperatuur van het ijswater dat de verdamper uitstroomt : temperatuur van het koelwater dat de condensor binnenstroomt : temperatuur van het koelwater dat de condensor uitstroomt : perstemperatuur (= temperatuur juist na de compressor) : temperatuur in de verdamper : aanzuigtemperatuur (= temperatuur juist voor de compressor) : volumedebiet : arbeid

23 Inleiding Wanneer er over een koelmachine wordt gesproken, gaat het in verreweg de meeste gevallen om een compressiekoelmachine die gebaseerd is op een zogenaamd mechanischkoelsysteem. De absorptiekoelmachine is een apparaat waarin een zogenaamd chemischkoelsysteem is ondergebracht. Doordat deze wijze van koelen zeldzaam is, leek het interessant om dit onderwerp dieper te gaan bestuderen. Dit eindwerk geeft dan ook een studie weer van de complete absorptiekoelinstallatie van het AZ Sint-Jan AV, die bij aanvang van mijn thesis in opbouw was. Deze uiterst milieuvriendelijke installatie dient ter vervanging van oude compressiekoelmachines die freon 12 bevatten. Er wordt een vergelijk met de oude installatie gedaan en de invloedsparameters op de C.O.P. van de absorptiekoelinstallatie wordt belicht. De werkwijze ziet er als volgt uit: - Metingen oude compressiekoelinstallatie - Informatie inwinnen over absorptiekoeling in een brede context + bestuderen ervan - Studie van de situatie in het ziekenhuis qua ijswaterverbruik, verwarmen van het ziekenhuis, opwekken van warm sanitair water, - Studie van alle deelcircuits doorheen de koelmachine en de regeling ervan zoals in het AZ Sint-Jan AV. - De invloedsparameters belichten en de beperkingen, zwakke schakels aanhalen.

24 H1: COMPRESSIEKOELMACHINE VERSUS ABSORPTIEKOELMACHINE 1.1. Algemeen Wordt er over waterkoelmachines gesproken, dan denkt men in eerste instantie aan koelmachines met zuiger-, schroef- of centrifugaalcompressoren. De compressiekoelmachines werken tegenwoordig op een HFC of ammoniak als koelmiddel. Zoals bekend stijgt het kookpunt (verdampingspunt) van een vloeistof naarmate de druk hoger wordt. Bij een waterkoelmachine werkende met HFK R407C ligt de verdampingstemperatuur op ongeveer 2 C, hetgeen overeenkomt met een druk van ongeveer 595 kpa absoluut. In de absorptiekoelmachine is het koelmiddel geen HFK maar water. Zoals bekend kookt water onder atmosferische omstandigheden bij 100 C. Om het water nu bij 2 C te laten koken dient de druk sterk verlaagd te worden. Met andere woorden de absorptiekoelmachine zal dus onder vacuüm moeten werken om het koelmiddel te laten verdampen. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 1

25 Fig. 1.1: maximale dampspanning als functie van de temperatuur Fig. 1.1 geeft aan dat bij 2 C de verdampingsdruk 660 Pascal absoluut is. Dit betekent dat er een grote onderdruk in de koelmachine moet heersen alvorens het koelmiddel kan gaan verdampen. Om deze onderdruk te bereiken, is de absorptiekoelmachine voorzien van een ontluchtingspomp (vacuümpomp) die tevens tijdens bedrijf van de koelmachine de niet condenseerbare gassen vanuit een verzameltank afpompt naar de atmosfeer Compressiekoelmachine Werking Gewoonlijk wordt koude geproduceerd door het verdampen van een koelmiddel, dat door een compressor wordt aangezogen. De compressor brengt het gasvormige koelmiddel op zo'n hoge druk, dat het in een condensor weer vloeibaar wordt bij een Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 2

26 hogere temperatuur. Het vloeibare koelmiddel stroomt dan door een expansieventiel (smoorventiel), waardoor het weer op lage druk wordt gebracht. Hierdoor verdampt een deel van de vloeistof waardoor de temperatuur daalt. Het vloeistof/damp mengsel gaat dan naar de verdamper, waarop de kringloop opnieuw begint. Fig. 1.2: principeschema compressiemachine Rendement Er is kracht nodig om de compressor aan te drijven. Die kracht kan geleverd worden door een elektromotor. De benodigde energie is afhankelijk van het verschil tussen de temperatuur in de verdamper en die in de condensor en in mindere mate ook van het type compressor. De verhouding tussen benodigde kracht (elektriciteit) en geleverde koude (thermische energie) noemt men de c.o.p. (coëfficiënt of performance). Deze c.o.p. bedraagt voor koelmachines met luchtgekoelde condensors voor airconditioning meestal 2 tot 3; dat wil zeggen, dat met 1 kwh elektriciteit 2 tot 3 kwh koude wordt Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 3

27 geproduceerd. Met een watergekoelde condensor wordt een hogere waarde van 4 á 5 gehaald. Dit is te danken aan het kleinere verschil in temperatuur tussen verdamper en condensor. Voor invriezen is, door het grote temperatuurverschil, veel meer kracht nodig en is de c.o.p. dus beduidend slechter Beschrijving van de essentiële onderdelen van de compressiekoelmachine. Fig. 1.3: essentiële onderdelen compressiemachine Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 4

28 Fig. 1.4: log p-h diagram compressiekoelmachine De compressor (van A B) De compressor verplaatst dampvormig koelmiddel van het lage druk- naar het hoge drukgedeelte van het koelcircuit. Daarbij wordt de damp nagenoeg isentropisch gecomprimeerd, waardoor de temperatuur stijgt, en men dus na de compressor met oververhitte damp te maken heeft. De druk en de temperatuur moeten voldoende hoog zijn, zodat in de condensor de condensatiewarmte zou kunnen worden afgevoerd De condensor (van B E) De condensor is een warmtewisselaar waar de oververhittingswarmte en de condensatiewarmte van het koelmiddel wordt afgevoerd naar de omgevingslucht. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 5

29 Het expansieventiel (van E F) Vóór het expansieventiel heeft men gewoonlijk ondergekoeld vloeibaar koelmiddel. In het expansieventiel gebeurt de overgang van het koelmiddel op hoge druk naar koelmiddel op lage druk. Bij deze expansie daalt de druk, zodat bij constant blijvende enthalpie er een deel van het koelmiddel reeds verdampt. Dit gedeelte noemt men flash-gas De verdamper (van F A) De verdamper is in zijn geheel geplaatst in de ruimte die op een lagere temperatuur moet worden gebracht. Aan die ruimte wordt warmte onttrokken, waardoor het koelmiddel verdampt. De hoeveelheid warmte die de verdamper opneemt, hangt af van het contactoppervlak, de warmtetransmissiecoëfficiënt en het temperatuurverschil tussen het koelmiddel en het te koelen medium. De opgenomen warmtehoeveelheid noemt men het koelvermogen van de verdamper. De maximale warmtehoeveelheid die kan worden opgenomen door de verdamper daarentegen noemt men de koelcapaciteit Absorptiekoelmachine Werking Bij absorptiekoelmachines wordt gebruik gemaakt van het effect, dat een vloeistof bij verdamping warmte opneemt en bij condenseren op een hogere temperatuur weer afgeeft. Maar het bijzondere is, dat men bij de absorptiekoeling geen compressor nodig heeft! Er wordt gewerkt met chemische aantrekkingskrachten, absorptie, en met warmte als energiebron. De meeste absorptiekoelmachines werken met water en het zout Lithium Bromide. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 6

30 Rendement In een absorptiekoelinstallatie wordt energie direct in de vorm van warmte aan de koudecyclus toegevoerd. Hoewel het energetisch rendement (=de verhouding tussen warmteverbruik en koudeproductie) van een absorptiemachine lager is dan dat van een compressie-installatie, wordt dit nadeel gecompenseerd door de mogelijkheid om restwarmte te kunnen benutten. Absorptiekoelmachines worden geleverd voor diverse vormen van warmtetoevoer: CV water, heet water van 120 tot 140 C, stoom, hete uitlaatgassen van een gasturbine of een oven of direct gestookt met een gas- of oliebrander. Een direct gestookte absorptiekoelmachine of een tweetraps unit op stoom haalt een c.o.p. van ca. 1,2; bij toevoer van c.v.-water op 90 C is dit gewoonlijk slechts 0, Milieuvoordelen Met absorptiekoeling kan een interessante besparing op energieverbruik worden bereikt als er afvalwarmte of een brandbaar gas, dat anders afgefakkeld moet worden, beschikbaar is. Een op aardgas gestookte absorptiekoelmachine levert in het algemeen geen besparing op t.o.v. een watergekoelde compressorkoelmachine. Het milieuvriendelijke koelmiddel in een absorptiekoelmachine is gunstig, maar dit voordeel wordt minder relevant door de ontwikkeling van milieuvriendelijkere koelmiddelen voor compressiekoelmachines. Absorptiekoelmachines kunnen in principe ook als warmtepomp werken en dan veel energie in de verwarming besparen. De bereikbare temperaturen voor warmtelevering zijn over het algemeen echter beperkt Aandachtspunten De absorptiekoelmachine met lithiumbromide is beperkt in het toepassingsgebied. De laagst bereikbare koudwatertemperatuur is 4,5 C want anders onstaat kristallisatie. Dat is prima voor airconditioning en koudwatersystemen in de industrie, maar niet voor invriezen, koelcellen en ijswatersystemen. Hiervoor zijn de slechts in kleine Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 7

31 aantallen gebouwde absorptiekoelmachines op ammoniak wel geschikt, hierbij kan men tot -50 C gaan. Afgezien van enkele kleine, gasgestookte modellen werken de meeste absorptiekoelmachines met koelwater om de warmte in condensor en absorber af te voeren. Als het koelwater met een koeltoren teruggekoeld moet worden, moet rekening gehouden worden met het waterverbruik door verdamping in de koeltoren. Het goed regelen van de temperatuur van het water uit de koeltoren is van wezenlijk belang bij absorptiekoelmachines op Lithium Bromide. Een te lage temperatuur levert het risico op, dat het zout in de absorber gaat kristalliseren. De normale temperatuur van het koeltorenwater is ca. 28 C Beschrijving van de absorptiekringloop De lage druk, die nodig is om water bij lage temperatuur te laten koken, kan op eenvoudige manier binnen kleine grenzen worden gehandhaafd door gebruik te maken van een absorbent. Dit absorbent, bv. een zout, heeft het vermogen in zich om water aan te trekken als de waterdampdruk boven een bepaalde waarde stijgt. Als voorbeeld kunnen we een zoutstrooier nemen. Wordt deze in een vochtige omgeving geplaatst, dan neemt deze vocht op, hetgeen tot uiting komt in het niet meer strooibaar zijn van het zout. De hoeveelheid waterdamp die door het zout wordt opgenomen, neemt toe met het vochtgehalte van de omringende lucht. De zoutoplossing die in een absorptiekoelmachine wordt gebruikt is Lithium Bromide. Lithium Bromide neemt in geconcentreerde oplossing een bepaalde hoeveelheid waterdamp op. Het voordeel van een zoutoplossing in water is dat deze gemakkelijk te verpompen is, waardoor absorberen en afstaan van de waterdamp in de verschillende compartimenten van de koelmachine op eenvoudiger wijze kunnen plaatsvinden. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 8

32 De kringloop van een absorptiekoelmachine is gebaseerd op twee principes: - De LiBr-oplossing is in staat waterdamp te absorberen. - Het koelmiddel (water) zal koken door warmtetoevoer van het gekoeld watercircuit. Dit koken zal alleen plaatsvinden als in de verdamper een hoog vacuüm (lage druk) wordt gehandhaafd. De twee principes zijn in een absorptiekoelmachine toegepast ter verkrijging van de benodigde koeling. Fig. 1.5: principewerking van de verdamper en absorber In fig. 1.5 is in principe de werking van de verdamper en absorber weergegeven. In het rechter compartiment (de verdamper) komt het koelmiddel (water) aan de kook door warmte, die onttrokken wordt aan het te koelen water. De waterdamp wordt afgezogen en geabsorbeerd door de zoutoplossing. Bij het absorberen komt warmte vrij die wordt afgevoerd door het koelwater. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 9

33 Om een betere verdamping van het koelmiddel te verkrijgen, wordt dit rondgepompt en via sproeipijpen verneveld. (zie fig.1.6) Fig. 1.6 Door het continu toestromen van waterdamp zal de concentratie van de Lithium Bromide oplossing dalen en daardoor ook het absorptievermogen. Om het proces in de absorber in stand te houden moet het opgenomen water weer worden afgestaan. Dit vindt plaats in de generator. Hiervoor is een pompje aangebracht die continu een hoeveelheid verdunde oplossing naar de generator pompt. In de generator wordt, door warmtetoevoer, de LiBr-oplossing geconcentreerd door uitdampen van het water (zie fig. 1.7) Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 10

34 Fig. 1.7 De uitgedampte waterdamp moet weer worden gecondenseerd, hetgeen in de condensor gebeurt, waarna het water opnieuw teruggevoerd wordt naar de verdamper, fig. 1.8 Het uitkoken van water en het condenseren van de waterdamp in de condensor gebeurt op een hoger drukniveau, (6,5 kpa absoluut), zodat de temperatuur waarbij de waterdamp condenseert hoger is en deze dus gemakkelijk kan worden afgegeven aan het koelwater. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 11

35 Fig. 1.8 Hier zijn de vier compartimenten weergegeven. Het water (al dan niet in dampvorm) doorloopt alle compartimenten, terwijl de Lithium Bromide oplossing alleen tussen de absorber en generator verplaatst wordt. De combinatie van absorber en generator is te vergelijken met de compressor van een compressie koelmachine. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 12

36 1.4. Bemerkingen - De c.o.p. van een absorptiekoelmachine is beduidend lager dan die van een gewone compressiekoelmachine. Je bent dus genoodzaakt om veel meer energie in de machine te stoppen om een zelfde hoeveelheid koude te produceren. Een absorptiekoelmachine is dus enkel voordeliger wanneer men als primaire energie (=warmte) restwarmte kan benutten. - De geluidsemissie van een absorptie-installatie is aanzienlijk lager dan die van een compressiemachine. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 13

37 H2: SITUATIE IN HET AZ St. JAN AV 2.1. Inleiding In dit hoofdstuk wordt duidelijk gemaakt waarvoor het geproduceerde ijswater van de permanente en seizoensgebonden koelmachines gebruikt wordt. Zowel de rol van het IVBO water en het hiervoor in stand-by CV ketelpark komen aan bod. Eveneens de wijze waarop men het ziekenhuis verwarmt alsook hoe men deze voorziet van warm sanitair water worden in dit hoofdstuk besproken De verschillende ijswater verbruikers Luchtbehandelingsgroepen 90% van het geproduceerde ijswater wordt gebruikt voor de werking van de inblaasgroepen (IG). Deze bevatten een koelbatterij waardoor een ijswatercircuit, afkomstig van de koelmachines, stroomt. De lucht die door deze koelbatterij geblazen wordt, wisselt warmte uit met dit ijswatercircuit waardoor de lucht gekoeld wordt. In het ziekenhuis zijn twee soorten luchtbehandelingsgroepen, nl.: de inblaasgroepen (IG) en de extractiegroepen (EG). Hieronder worden beide groepen kort beschreven. Voor de werking van de extractiegroepen is geen ijswater nodig De inblaasgroepen (IG) (zie fig. 2.1) Deze inblaasgroepen hebben twee functies: - Koelen van ruimtes - Regelen van de luchtvochtigheid in de ruimtes. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 14

38 De lucht kan worden ontvochtigd door deze te koelen a.d.h.v. een koelbatterij. Om de gekoelde en dus ontvochtigde lucht op de gewenste temperatuur te brengen wordt deze terug verwarmd a.d.h.v. een naverwarmingsbatterij. De luchtvochtigheid wordt geregeld omdat het in vele lokalen een noodzaak is een relatieve vochtigheid van 50 à 55% te bereiken. Indien deze relatieve vochtigheid te laag is zou men te maken hebben met statische elektriciteit door wrijving, wanneer deze te hoog zou zijn heeft men te maken met overslag. De inblaasgroepen (IG) nemen buitenlucht of in bepaalde gevallen menglucht. Deze lucht wordt gefilterd, verwarmd, soms bevochtigd, soms gekoeld en naverwarmd. Bijgevolg bestaan deze toestellen uit een fijnfiltersectie, een voorverwarmingsbatterij, soms een bevochtigingssectie, soms een koelbatterij, een naverwarmingsbatterij en een ventilator. De naverwarming voor de patiëntenkamers van het beddenhuis gebeurt door een thermostaat gestuurde sanivent in de venstertablet. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 15

39 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 16

40 De extractiegroepen (EG) (zie fig. 2.2) De extractiegroepen (EG) zuigen de verwerkte lucht uit de betrokken lokalen. In de meeste gevallen wordt deze extractielucht naar buiten geblazen. In sommige gevallen wordt de warmte ervan gerecupereerd en in andere gevallen wordt er een deel van herbehandeld en terug ingeblazen met een hoeveelheid verse lucht. Fig. 2.2: luchtbehandeling: extractiegroep Koeling van medisch apparatuur Het overige geproduceerde ijswater wordt gebruikt voor de rechtstreekse koeling van medisch apparatuur. De warmtewisselaars bevatten een primair circuit met geproduceerd ijswater afkomstig van de koelmachines dat warmte uitwisselt met een secundair circuit dat water of olie bevat. Dit secundaire circuit koelt dan het medisch apparatuur. Vooral in de dienst radiologie zijn er een aantal 20 kw machines die nood hebben aan koeling, zoals: - Scanners - MRI (Magnetic Resonantie Imaging) - NMR (Nuclear Magnetic Resonantie) - Lineaire versnellers - Centrale sterilisatie. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 17

41 Bij de centrale sterilisatie wordt het ijswater gebruikt voor de koeling van het water in de waterringpomp, dat instaat voor het vacuüm trekken van de sterilisator. In de sterilisator wordt stoom geblazen. Deze ruimte wordt dan vacuüm getrokken, dit tot de sterilisator enkel nog stoom bevat. Op die manier worden alle aanwezige microben op de geneeskundige instrumenten vernietigd. Indien het water van de waterringpomp niet zou worden gekoeld, zou dit water gaan condenseren waardoor je de sterilisator onmogelijk vacuüm kan krijgen. De lineaire versnellers, scanners, MRI en NMR worden rechtstreeks gekoeld met ijswater. Wanneer we dit niet zouden doen dan zou alle ontwikkelde warmte in de lokalen terecht komen. Bij deze toestellen worden volgende onderdelen gekoeld: - De heliumcompressor - De spoelen waar hoge stromen doorgestuurd worden om het constant magnetisch veld te onderhouden. - De afgegeven warmte van de röntgenstralen De rol van het IVBO water circuit De nieuwe York absorptiekoelinstallatie (zie hoofdstuk 4) wordt aangedreven door heet water. Dit heet water is afkomstig van de restwarmte van de IVBO. Het circuit met IVBO water moet gescheiden blijven van het heet water circuit dat doorheen de koelmachine stroomt. Dit wordt verwezenlijkt door in het technisch gebouw koeling, (gebouw waar absorptiekoelmachines staan) drie warmtewisselaars, waarvan 1 reserve, te plaatsen die ervoor zorgt dat de warmte van het IVBO water uit het primaire circuit uitgewisseld wordt met het secundaire water circuit dat door de koelmachines stroomt. Daarnaast wordt het IVBO water ook gebruikt om het CV water circuit en onrechtstreeks ook het circuit van warm sanitair water op te warmen aan de hand van warmtewisselaars die in de stookplaats opgesteld staan. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 18

42 2.4. Het stand-by CV ketelpark De CV ketelinstallatie bestaat uit drie gas aangedreven stookketels die terug te vinden zijn in de stookplaats. Wanneer de warmtetoevoer van IVBO stil ligt wordt het CV water circuit (en het circuit van warm sanitair water) verwarmd aan de hand van twee stookketels die deel uit maken van het CV ketelpark. In het project absorptiekoeling is bij uitvoering een hydraulische aansluiting voorzien via ondergrondse afstandsleidingen van gebouw koeling naar het gebouw van de stookplaats om de absorptiekoeling aan te sluiten op één stookketel uit het CV ketelpark van het ziekenhuis, in het geval dat de warmtetoevoer van IVBO uit ligt. 1600kW Voor kw absorptiekoeling is. 3koelmachines kw 0,7 warmtevermogen nodig. Met een ketelpark van 3 x kw kan hier aan het betreffende CV vermogen ruimschoots voldaan worden. Het warmwaterregime van de absorptiekoelmachine is ontworpen voor condities van C. Lagere aanvoertemperaturen van warm water zijn ook gangbaar, maar leiden tot capaciteitsverlies aan koeling voor de absorptiekoelmachines. Volgens gegevens van York (= leverancier absorptiekoeling) gelden volgende capaciteiten voor een koelmachine van kw: - Aanvoer 105 C: kw koeling = 100% - Aanvoer 100 C: kw koeling = 90% - Aanvoer 90 C: kw koeling = 69% - Aanvoer 80 C: 750 kw koeling = 47% (= minimum aanvoertemperatuur) 2.5. Beschrijving van het CV water circuit Zoals eerder vermeld, wordt het CV water circuit verwarmd d.m.v. IVBO water die zijn warmte via drie parallelle warmtewisselaars overbrengt naar het secundaire CV water circuit. Hierna wordt dit secundaire circuit opgesplitst in 3 verschillende Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 19

43 deelcircuits, waarvan één dient om het circuit van warm sanitair water op te warmen. De twee overige dienen voor het CV water, waarvan één circuit het beddenhuis van CV water voorziet en het andere het technisch blok, de geriatrie en de therapie. Het deelcircuit dat instaat voor de verwarming van het circuit van warm sanitair water bevat twee circulatiepompen waarvan één reserve. De twee andere deelcircuits voor CV water bevatten elk drie circulatiepompen met telkens een verschillende capaciteit. Hiervan zijn twee reservepompen en één actieve. De pomp met de zwaarste capaciteit wordt ingezet in de wintermaanden. In de zomermaanden wordt beroep gedaan op die met de lichtste capaciteit. De verschillende CV water verbruikers zijn: - Verwarmingsbatterijen luchtgroepen - Radiatorkringen - Warm water productie 2.6. Beschrijving van het circuit van warm sanitair water Logischer wijze is het CV water circuit gescheiden van het circuit van warm sanitair water, dit aan de hand van warmtewisselaars. Dit secundaire circuit bevat op zijn beurt vijf boilers, elk onder een verschillende druk. De boilers onder de hoogste druk voorzien de hoogste verdiepingen van warm sanitair water, dit omdat er hoogte overwonnen moet worden. De boilers voor de lagere verdiepingen hebben een lagere druk. Hier hoeft geen hoogte overwonnen te worden. Op deze manier wordt er voor gezorgd dat de apparaten op deze lagere verdiepingen niet onderhevig zijn aan een te hoge druk waaraan ze stuk kunnen gaan. Gezien de kans op legionella groot is bij watertemperaturen tussen de 20 C en de 50 C wordt ervoor gezorgd men ervoor dat de minimum retourtemperatuur van het sanitair water steeds 60 C bedraagt. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 20

44 H3: DE WESTINGHOUSE CENTRIFUGAALKOELINSTALLATIE 3.1. Inleiding In het AZ-Sint-Jan zijn verscheidene koelmachines terug te vinden. Er zijn twee Mc Quay en drie Cliref compressiekoelmachines die instaan voor permanente koeling in het ziekenhuis. Voor de seizoensgebonden koeling maakt men nog steeds gebruik van drie Westinghouse compressiekoelmachines. Doordat deze laatstgenoemde koelmachines freon 12 bevatten, is het een noodzaak deze te vervangen. Freon 12 is één van de CFK s die verboden werd omwille van de negatieve gevolgen voor het milieu. Een mogelijke oplossing voor dit probleem is de koelstof (freon 12) vervangen door een andere niet verboden koelstof. Dit zou de goedkoopste oplossing zijn maar omdat deze machines verouderd zijn, werd besloten om deze kost niet meer te doen en zou het ziekenhuis voorzien worden van een compleet nieuw koelsysteem, de absorptiekoeling. In de beginperiode van mijn eindwerk waren de Westinghouse compressiekoelmachines nog steeds in gebruik. De bouw van de absorptiekoelinstallatie was wel reeds in een ver gevorderd stadium. 27 jaar geleden werd een ontwerp gemaakt van een seizoensgebonden koelcircuit dat bestond uit acht koeltorens, drie circulatiepompen en drie Westinghouse koelmachines, waarvan twee actieve en één reserve. Een complete beschrijving van deze installatie vind je terug in punt 3.3 t.e.m. punt 3.9. Dit ontwerp werd dan ook praktisch gerealiseerd maar uiteindelijk bleek de elektrische installatie van het ziekenhuis onvoldoende krachtig te zijn om twee Westinghouse koelmachines tegelijk te voorzien van stroom. Finaal wordt slechts één Westinghouse koelmachine gebruikt, aangesloten op vier van de acht koeltorens. De overige vier koeltorens worden gebruikt voor de koeling van de twee Mc Quay koelmachines, die instaan voor de permanente koeling. Opdat de absorptiekoelmachines gekoeld worden met kanaalwater, zal er geen nood meer Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 21

45 zijn aan die koeltorens waardoor deze dan ook zullen worden afgebroken. De twee Mc Quay koelmachines zullen dan worden gekoeld met luchtcondensors. In dit hoofdstuk vind je een beschrijving van de compressiekoelinstallatie, voorzien van drie Westinghouse koelmachines, zoals hij ontworpen is. Uiteindelijk wordt maar één koelmachine gebruikt en dienen twee koelmachines als reserve Hydraulisch schema Zie bijlage Algemeen De productie van het ijswater gebeurt in de kelder van het therapieblok waar drie centrifugaalkoelmachines opgesteld staan. Deze zijn van het merk Westinghouse en van het type PE 460 W. Teneinde een constante ijswatervertrektemperatuur te bekomen, gebeurt de schakeling van de machines in serie aan verdamperzijde. De watercondensoren zijn in parallel geschakeld. De normale conditie is deze waarbij twee machines in serie geschakeld zijn, waarbij de derde als reserve kan aangewend worden. Bij ontwerp van deze installatie was het evenwel zo dat voldoende capaciteit zou bekomen worden met één koelmachine Elke koelmachine is hoofdzakelijk samengesteld uit: De compressor Deze is in dit geval van het centrifugaal type. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 22

46 De condensor In de condensor, die deel uitmaakt van de koelmachine, gebeurt het volgende: - Het gas (freon 12) dat op grote druk gebracht is in de compressor wordt in de warmtewisselaar (condensor) afgekoeld door koelwater dat op nagenoeg constante temperatuur aangevoerd wordt en het gas condenseert. - Bij deze toestandverandering (van gas naar vloeistof) komt een grote hoeveelheid warmte vrij. Deze warmte wordt opgenomen door het koelwater (zie punt 3.6) De verdamper In de verdamper die eveneens deel uitmaakt van de koelmachine gebeurt het volgende: - Freon in vloeibare toestand wordt in deze warmtewisselaar (verdamper) opgewarmd door het binnenkomende ijswater, en verdampt. - Bij deze toestandverandering (van vloeistof naar gas) dient een grote hoeveelheid warmte toegevoerd te worden. - Deze warmte wordt onttrokken aan het ijswater dat afkoelt (zie punt 3.7) 3.5. De complete installatie ziet er derhalve uit als volgt: - In de koelbatterijen, geplaatst in de luchtbehandelingsgroepen van het technisch blok en het beddenhuis, wordt de lucht gekoeld door ijswater afkomstig van de koelgroepen. - Dit ijswater wordt in deze batterij opgewarmd. - Het opgewarmde ijswater wordt gekoeld in de verdamper van de koelmachine en kan terug gebruikt worden om de lucht te koelen. - In de verdamper van de koelgroep wordt freon verdampt. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 23

47 - Deze gasvormige freon wordt door de compressor aangezogen en op hoge druk gebracht. - Dit gas wordt in de condensor gekoeld door het koelwater - Dit koelwater neemt de warmte toegevoerd in de verdamper en de compressor op. - In de koeltoren wordt het water terug gekoeld De koelwaterinstallatie Deze bestaat uit: Twee kringen van vier koeltorens Zoals hoger vermeld hebben de koeltorens als functie het koelwater, dat opgewarmd wordt in de condensor van de koelmachine, terug af te koelen om te herbruiken. De hoeveelheid af te voeren warmte bestaat uit de waarde van het frigorisch vermogen van de verdamper (het eigenlijk koelvermogen) vermeerderd met de warmte afkomstig van de motor van de koelmachine. Hoe gebeurt nu deze terugkoeling van het water? Bovenaan in de koeltoren wordt het water door middel van sproeiers verdeeld over de volledige uitwisseloppervlakte van de koeltoren, terwijl lucht aangezogen wordt van onder naar boven. In de vulmaterie van de koeltoren ontstaat een intiem contact tussen water en lucht zodat de lucht volledig verzadigd wordt en er een hoeveelheid water verdampt. Deze verdampingswarmte wordt onttrokken aan het water en zorgt voor de afkoeling. Uit hetgeen voorafgaat blijkt dat de terugkoeling van het water gepaard gaat met een klein verbruik aan water dat verdampt. Het warme water komt aldus aan de bovenzijde van de koeltoren binnen, terwijl het afgekoelde water in de bak van de koeltoren terecht komt waar het terug kan aangezogen worden. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 24

48 Elke koeltoren is voorzien van een waterniveauregeling (zie punt 3.6.8). De capaciteit van één kring van vier koeltorens is ruim voldoende voor het afvoeren van de warmte van één koelmachine. e Fig De acht koeltorens geplaatst op de 15 verdieping van het beddenhuis vleugel DE Drie condensors De twee kringen van vier koeltorens staan in verbinding met de drie condensors van de koelmachine. Hier gebeurt de opwarming van het koelwater. Het debiet dat door de condensor gestuurd wordt, is quasi constant. De temperatuur van het vertrekwater wordt geregeld. (zie punt 3.6.5). Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 25

49 De koelwaterpompen Per kring van vier koeltorens is een koelwaterpomp geplaatst en één in reserve. Deze pompen zorgen voor het koelwatertransport tussen condensors (geplaatst in de kelder therapieblok) en de koeltorens geplaatst op de 15 e verdieping van het beddenhuis vleugel DE De koelwaterleidingen De koelwaterleidingen die de verbinding maken tussen koeltorens en condensors zijn vervaardigd uit glasvezel versterkte polyester. De leidingen geplaatst op de 15 e verdieping zijn dubbelwandig en geïsoleerd Temperatuursregeling van het vertrekwater naar de condensor. Teneinde een goede temperatuurregeling te bekomen van het water, dat toegevoerd wordt naar de condensoren, is per kring van vier koeltorens een driewegklep geplaatst van het merk Samson. De opstelling van: pomp, driewegklep, temperatuursvoeler, condensor en koeltoren is weergegeven op fig. 3.2 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 26

50 Fig. 3.2 De regeling gebeurt pneumatisch. De driewegklep wordt gestuurd door een temperatuurvoeler geplaatst op de watertoevoerleiding naar de condensor (zie fig. 3.2). Is de temperatuur van het water lager dan de ingestelde waarde van de voeler dan wordt meer water genomen via de by-pass. Bij stijgende temperatuur wordt meer water genomen afkomstig van de koeltorens Een flow-switch Een flow-switch geplaatst in de koelwaterleiding van iedere koelmachine verhindert het opstarten van de overeenkomstige koelmachine wanneer er onvoldoende circulatie van koelwater is. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 27

51 Een cascade-regeling van de koeltorens Elke groep van vier koeltorens voorzien van een stappenregelaar bestaande uit: - Een voeler FK-T 30 geplaatst op de koelwaterleidingen boven de compressoren in de koelcentrale van het therapieblok - Een regelpaneel RDK 9 - Een stappenschakelaar type SE 4DV Het voelelement is aangesloten op de regelaar RDK9. Wanneer de temperatuur stijgt in de koelwaterleiding wordt een groter signaal aan de regelaar doorgegeven. Het uitgangssignaal van deze regelaar dient nu als ingangsignaal voor de stappenregelaar SE 4DV. Deze stappenregelaar laat nu trapsgewijs de koeltorenventilatoren draaien volgens de ingestelde temperatuurwaarde op de regelaar RDK9 en de gevoelde temperatuur door de dompelvoeler. De temperatuur wordt ingesteld op de regelaar RDK9. Samengevat wil dit zeggen: wanneer de koelwatertemperatuur lager is dan de ingestelde waarde werkt geen enkel koeltorenventilator. Bij stijgende temperatuur gaat de eerste ventilator werken, en bij verder stijgende temperatuur worden progressief de volgende koeltoren ventilatoren ingeschakeld. Bij dalende temperatuur heeft het omgekeerde verschijnsel plaats Een niveauregeling met hoog- en laag peil beveiliging. Iedere koeltoren is voorzien van een niveau regeling bestaande uit: - Drie elektroden: * één voor de massa * één voor starten van de vulling * één voor stoppen van de vulling - Niveau regelaar opgesteld in de kastjes die zich in de ruimte van de koeltorens bevinden. - Magnetisch ventiel op de watertoevoer. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 28

52 Wanneer het waterpeil beneden de elektrode, voor het starten van de vulling, komt, wordt er in de regelaar contact gesloten waardoor het magnetisch ventiel sturing krijgt en open gaat. Het waterpeil stijgt tot aan de bovenste elektrode waardoor het contact opnieuw opengaat en het magneetventiel opnieuw sluit. Elke groep van vier koeltorens is onderling verbonden door een evenwichtsleiding waardoor het water in alle vier de koeltorens op hetzelfde peil gehouden wordt. In één van de vier koeltorens is een mechanische vlotter voorzien als veiligheid voor het geval de magneetventielen niet werken. In één koeltoren is een supplementaire elektrode voorzien voor beveiliging tegen een te laag peil. In een andere koeltoren is een supplementaire elektrode voorzien voor de beveiliging tegen een te hoog peil. Deze beide veiligheden zijn aangesloten op een claxon opgesteld in de koelcentrale van het therapieblok. Bij werking van laag of hoog peil wordt dit eveneens gesignaleerd via het controlecentrum Beveiligingen tegen vorstgevaar in de koeltorens. Per koeltoren is een elektrische anti-vries beveiliging voorzien bestaande uit: - weerstand opgesteld in de waterbak met ingebouwde thermostaat van het merk Honeywell met voeler opgesteld in de waterbak. Wanneer de temperatuur van het koelwater daalt beneden de 10 C laat de Honeywell thermostaat de eventuele werking van de verwarmingsweerstand toe. Wanneer de temperatuur verder daalt tot beneden 3 C, wordt de verwarmingsweerstand ingeschakeld. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 29

53 Beveiliging van verzacht watertoevoer naar koeltoren Deze bestaat uit: - Een ruimtethermostaat geplaatst in de koeltoren (instelling +5 C). - Een aantal verwarmingsdraden rond de leidingen gewikkeld. Wanneer de ruimtetemperatuur beneden 5 C daalt worden de verwarmingsdraden ingeschakeld. Als de temperatuur van het verzacht water echter boven de ingestelde waarde stijgt, wordt de stroomtoevoer naar de verwarmingsdraden onderbroken Het ijswatercircuit Dit bestaat uit: Drie verdampers van de koelmachines. Deze zorgen voor de koeling van het ijswater die bekomen wordt door verdamping van het koelmiddel waarbij de nodige warmte hiervoor onttrokken wordt aan het ijswater Twee ijswaterpompen De twee ijswaterpompen vervoeren het ijswater van de verdamper naar de verschillende onderstations Stalen ijswaterleidingen De stalen ijswaterleidingen maken de verbinding tussen de verschillende elementen. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 30

54 Een flow switch Een flow switch geplaatst in de ijswaterleiding van iedere koelmachine verhindert het opstarten van de overeenkomstige koelmachine wanneer er onvoldoende circulatie van ijswater is Temperatuursregeling van het ijswater. Deze bestaat uit: - Voeler opgesteld in het ijswatercircuit - Elektronische regelaar voorzien in het bedieningsbord van elke koelgroep. De regeling van de ijswatertemperatuur gebeurt door middel van de ingebouwde capaciteitsregeling die proportioneel werkt van 10% tot 100% Zeven uitzettingsvaten met veiligheidsventielen Hydrofoorgroep bestaande uit: Een wachttank van l De wachttank van l is aangesloten op het stadswater en is voorzien van: - Een constant peil: het peil in de wachttank wordt quasi constant gehouden door een systeem van elektroden die bij te laag waterpeil het magnetisch ventiel open sturen en bij hoog peil het ventiel terug sluiten. - Een elektronische laagniveau voeler die bij een te laag peil een alarmsignaal doorgeeft aan een claxon en die tezelfdertijd verhindert dat de hydrofoorgroep in werking treedt. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 31

55 - Een peilglas aan de buitenzijde van de tank die toelaat het waterpeil in de tank na te zien. - Een overloop met zichtbare overloop naar de kelderput Pompgroep De pompgroep wordt gestuurd door een drukschakelaar opgesteld op het ijswatercircuit, die de druk in de ijswaterleiding tussen bepaalde grenzen constant houdt. Een tweede drukschakelaar dient als beveiliging; schakelt de hydrofoorgroep uit en geeft een signaal door aan de claxon Horizontale hydrofort charlatteketel Het luchtkussen van deze ketel is aangesloten op het persluchtcircuit en wordt dus automatisch op druk gehouden Pneumatische regeling De pneumatische regeling van de twee driegwegkleppen alsook de ketel van de hydrofoorgroep zijn aangesloten op de compressoren van het lot 20b die zich in de koelcentrale van het therapie blok bevinden Opstellen van een log p h diagram van de installatie Doel De waarden van temperaturen en drukken opmeten om de doorlopen Westinghouse compressiekoelkringloop in een logaritmisch druk enthalpie diagram te plaatsen. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 32

56 Principeschets Figuur 3.3. geeft de drie Westinghouse koelinstallaties weer met het bijhorende ijswater- en koelwatercircuit. De installatie is zo ontworpen dat twee koelmachines actief zijn en er één dient als reserve. Teneinde een constante ijswatervertrektemperatuur te bekomen gebeurt de schakeling van de machines in serie aan verdamperzijde. De watercondensoren zijn in parallel geschakeld. Aangezien slechts 1 koelmachine van deze installatie actief is (reden zie punt 3.1. inleiding ) kan de installatie van figuur 3.3. herleid worden naar een eenvoudigere, equivalente schets zoals in figuur 3.4. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 33

57 Deze pg. Is gereserveerd voor figuur 3.3 Fig. 3.3: principeschets van de complete Westinghouse koelinstallatie zoals hij ontworpen is zie apart word document. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 34

58 Deze pg. Is gereserveerd voor figuur 3.4 Figuur 3.4. Vereenvoudigde principeschets van de Westinghouse koelinstallatie zie apart word document. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 35

59 Werkwijze Om de volledige cyclus te kunnen tekenen in het log p h diagram moet het volgende bekend zijn: - De verdampingstemperatuur (tv) of de verdampingsdruk (pv) - De condensatietemperatuur (tc) of de condensatiedruk (pc) - De aanzuigtemperatuur (tz) of de oververhitting van het zuiggas (SH) - De vloeistoftemperatuur voor expansie (te) of de nakoeling van de vloeistof (SC) - De perstemperatuur (tp) indien we veronderstellen dat de compressie niet isentropisch is Fig 3.5: een koelproces voorgesteld in een Mollierdiagram Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 36

60 We meten in de installatie de verdamperdruk (pv = p L ) en de condensordruk (pv = p H ) op, alsook de temperatuur juist voor en na de compressor respectievelijk tz en tp in de punten A en B (figuur 3.5). Vóór de expansie in punt E kan worden nagekeken d.m.v. een temperatuurmeting (te) indien de koelvloeistof al dan niet onderkoeld is. Na het expansieventiel wordt toestand F bekomen die niet meetbaar is. De waarde van de temperatuur onmiddellijk na de verdamper (tv) wordt eveneens opgemeten. Door alle meetwaarden uit te zetten in een logaritmisch druk enthalpie diagram voor de gebruikte soort koelmiddel (R 12), bekomen we het verloop van het koelkringproces Meetresultaten Onderstaande meetwaarden zijn opgemeten op vrijdag 27 augustus 2004 om 13u40. De buitentemperatuur was op dit ogenblik 16.1 C Temperatuurmetingen temperatuur van de koelvloeistof (freon 12) symbool graden Fahrenheit [ F] graden Celcius [ C] voor compressor tz 5.6 C na compressor tp 60.5 C voor expansie te 95 F 35 C na verdamper tv 42 F 5.6 C Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 37

61 temperatuur van het koelwater symbool graden Fahrenheit [ F] graden Celcius [ C] condensor in (=koeltoren uit) tkoel cond_in 24.5 C condensor uit (= koeltoren in) tkoel cond_uit 26 C temperatuur van het ijswater symbool graden Fahrenheit [ F] graden Celcius [ C] verdamper in tijs verdamp_in 9.5 C verdamper uit tijs verdamp_uit 8.5 C Drukmetingen druk van de koelvloeistof (freon 12) symbool [psi] [bar] verdamperdruk (= lage druk) pv (= p L ) 38psi 2.62 bar condensordruk (= hoge druk) pc (= p H ) 110psi 7.58 bar druk van het koelwater symbool [psi] [bar] condensor in (= koeltoren uit) pkoel cond_in 7.2 bar condensor uit (= koeltoren in) pkoel cond_uit 6.7 bar Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 38

62 druk van het ijswater symbool [psi] [bar] verdamper in pijs verdamp_in 7.65 bar verdamper uit pijs verdamp_uit 7.25 bar Opmerkingen - Niet alle meetwaarden zijn onder dezelfde gunstige omstandigheden opgemeten. De meeste tabelwaarden waren afleesbaar van een ingebouwde manometer of thermometer. De zuig- en persleiding van de compressor waren moeilijk te bereiken en bovendien geïsoleerd. De temperatuur van de koelvloeistof (freon 12) voor en na de compressor, respectievelijk tz en tp, zijn, nadat de isolatie rond de leidingen werd verwijderd, opgemeten aan de hand van een infra-rood-thermometer. Dit resulteert in minder nauwkeurige meetresultaten voor tp en tz, die essentiële waarden zijn om het verloop van de Westinghouse compressiekoelinstallatie uit te zetten op het Mollierdiagram voor freon Mollierdiagram De meetwaarden uitgezet op het Mollierdiagram voor freon 12 geven het verloop weer van de Westinghouse compressiekoelinstallatie. Zie bijlage 2 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 39

63 3.11. Bepalen van alle nodige parameters van de punten A, B, E en F - Zie figuur Zie Westinghouse koelkringloop uitgezet op het Mollierdiagram (zie bijlage 2) Thermodynamische tabellen We kunnen alle nodige parameters (enthalpie h, entropie s, specifiek volume υ, druk p en temperatuur t) aflezen uit de grafiek opgesteld in punt Om nauwkeuriger te werken kan men gebruik maken van de thermodynamische tabellen om de corresponderende enthalpie-, entropie-, waarden af te lezen Tabel Aan de hand van de meetwaarden uit punt , het opgestelde log p h diagram (zie bijlage) en de thermodynamische tabellen kunnen we nu onderstaande tabel invullen: punt druk p [bar] temperatuur t [ C] enthalpie h [kj/kg] entropie s [kj/(kg.k)] specifiek volume υ [dm³/kg] toestand A 3,63325 (gemeten) 5,6 (gemeten) 353,980 1, ,558 oververhitte damp B 8,59325 (gemeten) 60,5 (gemeten) 384,232 1,5998 oververhitte damp E 8,59325 (gemeten) 35 (gemeten) 233,497 onderkoelde vloeistof F 3,63325 (gemeten) 5,08 233,497 vloeistof / damp Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 40

64 Bepalen van de parameters van punt A Reeds gekend - pv = p A = p F = 3,63325 bar (gemeten) - tz = t A = 5,6 C (gemeten) Bepalen van de verdampertemperatuur (tv) horend bij de verdamperdruk (pv) De druk in de verdamper hebben we opgemeten en is dus gekend, pv = 3,63325 bar. Uit de tabellen state of saturation kunnen we de daar bijhorende waarde van de verdampertemperatuur gaan interpoleren. We bekomen: tv = 5,083 C. druk pv [bar] temperatuur tv [ C] 3, ,63325 (gemeten) 5,083 3, Bepalen van de nuttige oververhitting SH (= superheat) SH = tz tv SH = 5,6 C 5,083 C SH = 0, C Hieruit kunnen we ook bevestigen dat de toestand van het punt A oververhitte damp is. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 41

65 Bepalen van de enthalpie h A Om de enthalpie waarde van het punt A te bepalen wordt gebruik gemaakt van de tabellen superheat vapour, aangezien dit punt in het damp gebied ligt. We weten dat de druk in de verdamper dezelfde is als die van punt A, pv = p A = 3,63325 bar en dat we een nuttige oververhitting hebben, SH = θ = 0,517 C. Aan de hand van deze gegevens kan de exacte waarde van de enthalpie in het punt A uit de thermodynamische tabel worden geïnterpoleerd. We bekomen: h A = 353,98 kj/kg. druk pv [bar] θ = 0 C enthalpie h A [kj/kg] θ = 0,517 C = SH θ = 5 C 3, , ,35 3,63325 (gemeten) 353, ,98 356,95 3, , , Bepalen de entropie s A De entropie van het punt A wordt uit dezelfde tabel als de enthalpie van dit punt geïnterpoleerd. We bekomen: s A = 1,5535 kj/(kg.k) bij een druk, p A = 3,63325 bar, en een nuttige oververhitting, SH = θ = 0,517 C. druk pv [bar] θ = 0 C entropie s A [kj/(kg.k)] θ = 0,517 C = SH θ = 5 C 3,7394 1, ,5636 3,63325 (gemeten) 1, ,5535 1,5640 3,5105 1, ,5645 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 42

66 Bepalen van het specifiek volume υ A : Het specifiek volume van het punt A wordt uit dezelfde tabel als de enthalpie en de entropie van dit punt geïnterpoleerd. We bekomen: υ A = 47,558 dm³/kg bij een druk, p A = 3,63325 bar, en een nuttige oververhitting, SH = θ = 0,517 C. druk pv [bar] θ = 0 C specifiek volume υ A [dm³/kg] θ = 0,517 C = SH θ = 5 C 3, , ,286 3,63325 (gemeten) 47, ,558 48,651 3, , , Bepalen van de parameters van punt B Reeds gekend: - pc = p B = p E = 8, bar (gemeten) - tp = t B = 60,5 C (gemeten) Bepalen van de condensortemperatuur (tc) horend bij de condensordruk (pc) De druk in de condensor hebben we opgemeten en is dus gekend, pc = 8,59325 bar. Uit de tabellen state of saturation kunnen we de daar bijhorende waarde van de condensortemperatuur gaan interpoleren. We bekomen: tc = 35,550 C. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 43

67 druk pc [bar] temperatuur tc [ C] 8, ,59325 (gemeten) 35,550 8, Bepalen van de oververhitting θ aan de perszijde θ = tp tc θ = 60,5 C 35,550 C θ = 24,950 C Bepalen van de enthalpie h B Om de enthalpie waarde van het punt B te bepalen wordt gebruik gemaakt van de tabellen superheat vapour, aangezien dit punt in het damp gebied ligt. We weten dat de druk in de condensor dezelfde is als die van punt B, pc = p B = 8,59325 bar en dat we een oververhitting θ = 24,950 C hebben. Aan de hand van deze gegevens kan de exacte waarde van de enthalpie in het punt B uit de thermodynamische tabel worden geïnterpoleerd. We bekomen: h B = 384,23 kj/kg. druk pc [bar] θ = 20 C enthalpie h B [kj/kg] θ = 24,95 C θ = 30 C 8, ,80 388,14 8,59325 (gemeten) 380,60 384,23 387,93 8, ,94 387,23 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 44

68 Bepalen van de entropie s B De entropie van het punt B wordt uit dezelfde tabel als de enthalpie van dit punt geïnterpoleerd. We bekomen: s B = 1,5998 kj/(kg.k) bij een druk, p B = 8,59325 bar, en een oververhitting θ = 24,95 C. druk pc [bar] θ = 20 C entropie s B [kj/(kg.k)] θ = 24,95 C θ = 30 C 8,6911 1,5888 1,6108 8,59325 (gemeten) 1,5889 1,5998 1,6109 8,2601 1,5893 1, Bepalen van de parameters van punt E Reeds gekend: - pc = p B = p E = 8,59325 bar (gemeten) - tc = 35,550 C (berekend) - te = 35 C (gemeten) Bepalen van de onderkoeling SC (= subcool): SC = tc te SC = 35,550 C 35 C SC = 0,550 C Hieruit kunnen we ook bevestigen dat de toestand van het punt E onderkoelde vloeistof is. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 45

69 Bepalen van de enthalpie h E De enthalpie van het punt E is dezelfde als die van het snijpunt van de expansielijn (= verticale lijn) van de koelkringloop en de verzadigde vloeistoflijn van het Mollierdiagram. Vandaar dat we de enthalpie van het punt E zullen opzoeken in de tabellen state of saturation. Ook de temperatuur is in beide punten dezelfde, nl. te = 35 en we weten eveneens dat het punt E in het vloeistof-gebied ligt. Met deze gegevens kunnen we de enthalpie van het punt E aflezen, h E = 233,497 kj/kg Bepalen van de parameters van punt F Reeds gekend - pv = p A = p F = 3,63325 bar (gemeten) - tv = t F = 5,083 C (berekend) Bepalen van de enthalpie h F De enthalpie van het punt F is dezelfde als die van punt E, h F 233,497 kj/kg Bepalen van de koudefactor ε en de c.o.p. van de installatie Doel Aan de hand van de opgestelde tabel in punt , de koudefactor en de c.o.p. van de installatie bepalen als we weten dat het koelvermogen P k van één Westinghouse koelmachine 1600 kw is. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 46

70 Bepalen van de hoeveelheid warmte opgenomen door de verdamper, q2: q2 = h A - h F q2 = 353, ,497 q2 = 120,483 kj/kg Bepalen van het massadebiet van het koelmiddel (freon 12), m& : Koelvermogen: P k = m. & h P m& k = h m & = ,483 m & = 13,28 kg s Bepalen van het condensorvermogen, Pcond: P cond = m.(h & B - h E ) P cond = 13,28. (384, ,497) P cond = 2001,74 kw Bepalen van het elektrisch vermogen, Pelektr: P elektr P elektr Pelektr = = ( P P ) cond η m, mot ( 2001, ) k 0,6 = 669,57 kw Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 47

71 Bepalen van de koudefactor ε ε = P P k elektr ε = ,57 ε = 2,39 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 48

72 H4: OMSCHRIJVING VAN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE 4.1. Inleiding Voor de seizoensgebonden koeling is men bezig met de bouw van een compleet nieuw koelsysteem, de absorptiekoeling. De productie van het ijswater gebeurt in het technisch gebouw koeling waar twee absorptiekoelmachines opgesteld staan. Deze zijn van het merk York en van het type YIA 6C4. Er is plaats en er zijn leidingen voorzien voor een derde koelmachine. In dit hoofdstuk zullen we de York absorptiekoelmachine van naderbij gaan bekijken Absorptiekoelkringloop van de York absorptiekoelmachine Inleiding Elke absorptiekoelmachine is in principe opgebouwd uit (zie figuur 4.1): - een vloeistofpomp (1) - een generator (2) - een condensor (3) - een verdamper (4) - een absorber (5) Het gebruikte koudemiddel is water en het koelmiddel is water met Lithiumbromide (een zoutoplossing). De absorptiekoelmachines gebruiken heetwater als energiebron, hebben één generator en worden eentrapsabsorptiekoelmachines genoemd. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 49

73 In de lagedrukzijde (gevormd door de verdamper en de absorber) heerst een onderdruk van ca. 6mm Hg (= 799,9 Pa) ongeveer éénhonderdste van de atmosferische druk wat een betrekkelijk hoog vacuüm is. Het koudemiddel (water) kookt daaronder bij een temperatuur die lager is dan die van de te koelen vloeistof. De absorptiekoelmachine is daardoor geschikt voor airconditioning en proceskoeling Verdamper Het koudemiddel (water) wordt van bovenaf op de verdamper (4) gesproeid, neemt de proceswarmte uit het gekoeldwater (= ijswater) op en verdampt Absorber De koudemiddeldamp stroomt naar beneden en wordt door de versproeide lithiumbromideoplossing geabsorbeerd. Lithiumbromide, neemt, als alle zouten, gretig vocht op, wat het versproeien nog versneld. Het aldus ontstane mengsel bestaat uit veel water en weinig lithiumbromide, heet zwakke oplossing en verzamelt zich onderin de absorber (5). Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 50

74 Deze pg. Is gereserveerd voor figuur 4.1 Figuur 4.1. Koudemiddel- en koelmiddelkringlopen zie apart word document. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 51

75 Generator De vloeistofpomp (1) pompt de zwakke oplossing door de pekelwarmtewisselaar waar de oplossing de warmte van de hete, sterke oplossing afkomstig uit de generator (een kookvat) opneemt. De warmtewisselaar verbetert de efficiëntie van de koelkringloop doordat er thans in de generator minder heetwater nodig is om de zwakke oplossing op de vereiste temperatuur te brengen. De zwakke oplossing stroomt naar de hogedrukzijde (de generator en condensor) waar een absolute druk van ca. 70mm Hg (= 9332,6 Pa) heerst, ofwel ongeveer slechts nog ééntiende van de atmosferische druk. De zwakke oplossing wordt over de heetwatervoerende pijpen van de generator gevoerd, waar het water uitdampt en er een sterke oplossing ontstaat. Naargelang het benodigde koelvermogen wordt de hoeveelheid heetwater naar generator geregeld met een regelventiel. De sterke oplossing stroomt terug naar het lagedrukgedeelte de absorber waar opnieuw waterdamp wordt geabsorbeerd. Hiermee is de koelmiddelkringloop gesloten Condensor Het water dat in de generator uit de zwakke oplossing is verdampt, stijgt naar de condensor (3), waar het koelwater dat door de pijpenbundel stroomt er de warmte uit opneemt. De damp condenseert dus en stroomt als water naar het lagedrukgedeelte terug en wordt opnieuw over de pijpen van de verdamper gesproeid. Hiermee is ook de koudemiddelkringloop gesloten. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 52

76 4.3. Hoofdbestanddelen Fig. 4.2: Vooraanzicht en hoofdonderdelen YIA absorptiekoelmachine Hogedrukgedeelte Het hogedrukgedeelte is een ketel met daarin twee warmtewisselaars, de generator en de condensor. De machine werkt met heetwater van 115 C Lagedrukgedeelte Het lagedrukgedeelte, eveneens een ketel, is onder het hogedrukgedeelte gemonteerd. Ook het lagedrukgedeelte heeft twee warmtewisselaars, de verdamper en de absorber. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 53

77 De verdamper is een pijpenbundel met: - een koudemiddelverzamelaar - een koudemiddelverdeler - een sproeier De te koelen vloeistof (water) stroomt door de pijpen en wordt door het verdampen van het koudemiddelcondensaat uit de condensor gekoeld. Het vloeibare koudemiddel wordt naar de verdampersproeileiding gepompt, versproeid en druppelt over de verdamperpijpenbundel in de koudemiddelverzamelaar terug. De absorber is een pijpenbundel met: - een oplossingsverdeelleiding - een sproeier De bodem van de absorber dient als verzamelaar voor de lithiumbromideoplossing. Het koelwater stroomt door de absorberpijpen en koelt de versproeide tussenoplossing, wat de absorptie van de waterdamp bevordert Pekelpomp (LiBr) De pekelpomp is onder de onderste ketel het lagedrukgedeelte gemonteerd Koudemiddelpomp (water) De koudemiddelpomp perst het koudemiddel door de sproeiers in de verdamper. De pomp is onder het lagedrukgedeelte gemonteerd. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 54

78 Pekelwarmtewisselaar De onder het lagedrukgedeelte aangebracht pekelwarmtewisselaar vergroot de efficiëntie van de koelkringloop door de warmte van de hete, geconcentreerde oplossing over te brengen op de betrekkelijk koele, zwakke oplossing die naar de generator wordt gepompt. De zwakke oplossing treedt dus voorverwarmd de generator, en de geconcentreerde oplossing voorgekoeld de absorber binnen Ontluchtsysteem Dit wordt uitvoerig besproken in punt Breekschijf De breekschijf beschermt de machine tegen ontoelaatbaar hoge drukstoten in het heetwatercircuit die breuk van een warmtewisselaarpijp in de generator ten gevolge zou kunnen hebben. In dat geval zou het koelcircuit, dat op onderdruk is berekend, aan de druk van het heetwatercircuit bloot komen te staan met alle gevolgen van dien. De generator is aan de koudemiddelzijde berekend op een breekschijf die bij 0,5 bar overdruk bezwijkt Het computerbedieningspaneel van de York absorptiekoelmachine Het computerbedieningspaneel is uitgevoerd met: - 1M-pekelpompstarter - 2M-koudemiddelpompstarter - 3M-ontluchtpompstarter Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 55

79 De volgende informatie is af te lezen op het display: - intrede/uittrede gekoeld watertemperatuur - intrede/uittrede condensor watertemperatuur - intrede heetwatertemperatuur - koelmiddel- en oplossingstemperatuur - interne drukken - positie capaciteitsregeling in procenten - bedrijfsuren - aantal starts - aantal automatische ontluchtingen Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 56

80 H5: BESPREKING VAN HET HEET WATER CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE 5.1. Inleiding De koelmachines staan opgesteld in het technisch gebouw koeling. Er lopen verscheidene circuits doorheen een absorptiekoelmachine: - heet water circuit - koelwatercircuit - gekoeld water circuit Het hydraulisch schema van de gehele installatie is terug te vinden achteraan het eindwerk (tegen achterflap). In dit hoofdstuk wordt het heet water circuit van nader bij bekeken Principe Een absorptiekoelmachine wordt aangedreven d.m.v. heet water door de generator te sturen. De absorber bevat een zwakke lithiumbromide-oplossing. Deze oplossing is een oplosmiddel dat verzadigd is met het koudemiddel (=water). Deze wordt doorgepompt naar de generator waardoor een heet water circuit loopt. Dit hete water zorgt ervoor dat het koudemiddel (=water) terug uit de verzadigde lithiumbromide-oplossing gedreven wordt waardoor we terug een sterke lithiumbromide-oplossing verkrijgen die dan terug gestuurd wordt naar de absorber. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 57

81 5.3. Hoofdcomponenten Het heet water circuit bestaat hoofdzakelijk uit: - Heet water afkomstig van IVBO of - Heet water afkomstig van de stookcentrale - Capaciteitsregeling per koelmachine (zie punt 5.7) In normale omstandigheden wordt dit heet water verkregen door afvalwarmte van IVBO. Wanneer deze warmtebron om één of andere redenen buiten werking is, kan men terugvallen op warmte opgewekt d.m.v. een stookketel uit de stookplaats van het AZ Sint-Jan AV. De capaciteitsregeling per koelmachine wordt verwezenlijkt door de hoeveelheid heetwater door de absorptiekoelmachine te regelen. Bij vollast gaat het maximum toegelaten debiet door de generator Het maximum toegelaten heet water debiet door de generator Elke koelmachine heeft bij vollast een generatorvermogen van P = 2347kW. Hieruit kunnen we het gevraagde constante, maximum debiet door de generator gaan bepalen: - P = m&. c. T waaruit: w P m& = (1) c. T w - ρ 2 3 w = 1000, , t + ( 0, ). t + 0, t 0, t Bij 100 C wordt dit: 4 Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 58

82 ρ ρ 2 w( 100 C ) = 1000, , ( 0, ). 100 w( 100 C ) = + 3 0, ,797 kg/m³ 0, m& ρ w = V& waaruit: m V& & = (2) ρ w - Uit (1) en (2): P V& 1 =. ρ c. T V & = w w met: ρ w = 958,797 kg/m³ P = 2347 kw. cw = 4,18 kj/kg.k T = ( ) = 10 C ,797 4,18.10 = 0,058561m³/s V & = 0, = 210,82 m³/h We nemen als maximaal debiet: V & 200 m³/h Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 59

83 5.5. Productie heet water d.m.v. IVBO Principeschets: Fig. 5.1: Principeschets van de productie van heet water d.m.v. IVBO Hoofdcomponenten: - Per koelmachine een warmtewisselaar, die primair IVBO-circuit scheiden van secundair heet water circuit door de absorptiekoelmachines. Er staan er twee opgesteld en er is plaats voorzien voor een derde. - Primair IVBO-circuit: continue regeling van de heet water hoeveelheid naar de warmtewisselaars i.f.v. de nodige warmtehoeveelheid in het secundaire circuit (= afhankelijk van de capaciteitsregeling van elke koelmachine). - Secundaire heet water circuit door de absorptiekoelmachines: afstelling van het nodige heet water debiet, afhankelijk van het aantal actieve koelmachines, in het secundaire circuit bij vollast condities (= 100% capaciteit) van de actieve koelmachines. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 60

84 Warmtewisselaars Het circuit met IVBO water afkomstig van de restwarmte, ontstaan door afvalverbranding, moet gescheiden blijven van het heet water circuit dat doorheen de koelmachine stroomt. Dit wordt verwezenlijkt door in het technisch gebouw koeling (gebouw waar absorptiekoelmachines staan) twee warmtewisselaars, en er is plaats voorzien voor een derde, te plaatsen die ervoor zorgen dat de warmte van het IVBO water uit het primaire circuit uitgewisseld wordt met een secundair water circuit dat door de verschillende koelmachines stroomt. Fig. 5.2: De twee actieve warmtewisselaars. Per koelmachine staat een warmtewisselaar in, met allen een gezamenlijk secundair circuit. Een andere optie is per koelmachine een apart secundair circuit voorzien. Het nadeel van deze werkwijze is dat het heet water circuit afkomstig van de stookplaats dan moet aangesloten worden op drie verschillende secundaire circuits terwijl deze nu slechts op één secundair circuit hoeft aangesloten te worden. Om er voor te zorgen dat het IVBO-water door elke warmtewisselaar eenzelfde weerstand ondervindt, worden deze circuits volgens het Tichelmann systeem geschakeld. (De te doorlopen afstand is in elk circuit dezelfde) Voor elke warmtewisselaar is een filter gemonteerd tussen twee afsluitkranen. Net na de warmtewisselaar is nog een afsluitkraan voorzien. Dit maakt service en onderhoud mogelijk aan filter en warmtewisselaar. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 61

85 Primaire circuit van warmtewisselaar met IVBO water I.V.B.O. heeft in de Brugse regio verschillende verbruikers van hun oververhit water. AZ Sint-Jan AV is er daar één van. Elke verbruiker kan afzonderlijk afgesloten worden van dit hoofd-i.v.b.o.-circuit door middel van twee afsluitkranen in vertrek- en terugloopleiding. De maximum gemiddelde vertrektemperatuur van het oververhit water is 115 C, de maximum druk bedraagt 14 bar. De teruglooptemperatuur van het oververhit water in dit primaire circuit bedraagt ongeveer 97 C. In het ziekenhuis stroomt het IVBO-water afkomstig van de absorptiekoelcentrale door naar de stookplaats van het ziekenhuis om het sanitair water op te warmen. Dit is mogelijk doordat voor het opwarmen van het sanitair water geen zo n hoge temperaturen vereist zijn in vergelijking met de koelmachines. Er kan opgemerkt worden dat het IVBO water in de stookplaats een variabele temperatuur heeft, afhankelijk van de belasting van de koelmachines Continue regeling van de heet water hoeveelheid naar de warmtewisselaars Er staan twee actieve koelmachines opgesteld. Elke koelmachine benut een afgeregelde, afhankelijk van de capaciteit van die koelmachine, hoeveelheid heet water uit het secundaire circuit (circuit na de warmtewisselaar). Deze regeling wordt nader besproken in punt 5.7. Dit secundaire circuit wordt d.m.v. een warmtewisselaar opgewarmd. Het debiet in het primaire circuit (circuit voor de warmtewisselaar), afkomstig van IVBO, wordt vervolgens afgestemd op de nood aan warmte om dit secundair circuit op te warmen. Dit primaire circuit is dus ook capaciteitgeregeld maar is dan wel afhankelijk van de capaciteit van alle actieve koelmachines. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 62

86 Fig. 5.3: Continue regeling van de heet water hoeveelheid naar de warmtewisselaars i.f.v. de capaciteitsregeling van elke koelmachine. (Principeweergave voor één actieve warmtewisselaar) Om het nodige te leveren IVBO-water in het primaire circuit af te stemmen, is tussen de vertrek- en terugloopleiding in het primaire circuit een bypass met gemotoriseerde regelventiel (1) aanwezig. Deze regelkraan (1) wordt gestuurd a.d.h.v. twee parallelle gemotoriseerde regelventielen (2) en (3), gemonteerd na elke warmtewisselaar. Regelkraan (3) is in een leiding geplaatst met kleinere diameter, dit om de warmtevraag voldoende te kunnen fijnregelen. Er wordt hier met twee regelkranen gewerkt omdat: Hoe kleiner de regelklep hoe beter de fijnregeling ervan, maar hoe groter de doorgangsweerstand en dus het energieverlies. Bij een grotere regelklep zou de Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 63

87 doorgangsweerstand kleiner zijn maar zou de fijnregeling onvoldoende nauwkeurig zijn. Daardoor wordt er geopteerd voor de uitvoering van 2 kleinere regelkranen. Wanneer twee koelmachines in werking zijn, zal ook de tweede warmtewisselaar warmte uitwisselen met het secundaire circuit. Op dit ogenblik wordt regelkraan (1) gestuurd door vier regelkranen, twee per warmtewisselaar. Wanneer de koelmachines uitgeschakeld zijn en er m.a.w. geen warmtevraag is, zal nagenoeg al het IVBO-water via de bypass met regelkraan (1) terugstromen naar IVBO. Er zal nog een zeer kleine hoeveelheid doorgelaten worden die dan via regelkraan (3) stroomt zodat de temperatuur van het secundaire circuit niet volledig terugvalt naar kamertemperatuur. Bij de opstart van de koelmachine is dan direct heet water beschikbaar Secundair circuit van warmtewisselaar met heet-water circuit door koelmachines Zoals eerder vermeld is per koelmachine een warmtewisselaar opgesteld. In hun secundair circuit is per warmtewisselaar het volgende voorzien: - Circulatiepomp (V & = 206m³/h) met ervoor een vuilafscheider en erna een terugslagklep, dit alles geplaatst tussen twee aflsuitkranen om service en onderhoud mogelijk te maken. Deze pomp zorgt ervoor dat er een constant heet water debiet door generator gaat, wat een eis is van de fabrikant. - Om waterslag tegen te gaan wordt een windketel geplaatst in de persleiding. Indien deze windketel niet aanwezig is, zou de persleiding vacuüm gezogen worden bij het stilvallen van de circulatiepomp. - Regelventiel: stelt debiet van de circulatiepomp af en zorgt ervoor dat debiet door generator constant is. Op dit secundaire circuit is het heet water circuit afkomstig van de stookplaats aangesloten. D.m.v. afsluitkranen kan een eenvoudige omschakeling gedaan worden van heet water geproduceerd door de IVBO-warmtewisselaars naar het stand-by heet water circuit geproduceerd in de stookplaats. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 64

88 Afstelling van maximum generatordebiet i.f.v. het aantal actieve koelmachines. Zoals in punt 5.4. berekend is per koelmachine het maximum toegelaten debiet heet water door de generator gelijk aan V & = 200m³/h. In dit secundaire heet water circuit is dan ook een regeling voorzien waarbij ervoor gezorgd wordt dat dit berekend debiet niet overschreden wordt op het ogenblik dat de koelmachine bij vollast (=100% capaciteit) werkt. Wanneer er twee koelmachines in werking zijn zal het maximum debiet in dit secundair circuit dubbel zo groot zijn, aangezien dan twee generatoren gevoed moeten worden met heet water Bij werking van één koelmachine Wanneer er slechts één koelmachine in werking is, zal één circulatiepomp met een volumedebiet van V & = 206m³/h, afgeregeld door middel van een regelkraan op een constant volumedebiet V & = 200m³/h, instaan. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 65

89 Fig. 5.4: Debiet in secundair circuit bij werking van één koelmachine bij vollast Bij werking van twee koelmachines Wanneer er nu twee koelmachines werken, moet elke generator bij vollast een volumedebiet ontvangen van V & = 200m³/h. Hierdoor zal het debiet in het secundaire circuit dubbel zo groot zijn (V & = 400m³/h). Om dit te verwezenlijken worden twee circulatiepompen geactiveerd, per koelmachine één, met elk een volumedebiet van V & = 206m³/h, afgesteld door middel van een regelkraan op V & = 200m³/h. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 66

90 Fig. 5.5: Debiet in secundair circuit bij werking van twee koelmachines bij vollast Bij werking van drie koelmachines Indien men drie koelmachines zou plaatsen, zou nog een extra circulatiepomp moeten geplaatst worden. Zo kan in het secundaire circuit een debiet van V & = 600m³/h bekomen worden die dan drie generatoren kan voeden. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 67

91 5.6. Productie heet water d.m.v. een stookketel uit de stookplaats Principeschets: Fig. 5.6: Principeschets van de productie van heet water d.m.v. een stookketel uit stookplaats Hoofdcomponenten - Stookketel van het merk YGNIS WA met een vermogen van kcal/h. - Ingebouwde afstelling van het maximaal toegelaten generator debiet i.f.v. het aantal actieve koelmachines Afstelling van maximum generatordebiet i.f.v. het aantal actieve koelmachines. Zoals in punt 5.4. berekend is per koelmachine het maximum toegelaten debiet heet water door de generator gelijk aan V & = 200m³/h. In het heet water circuit afkomstig van de stookplaats is eveneens een regeling voorzien waarbij ervoor gezorgd wordt dat dit berekend debiet niet overschreden wordt op het ogenblik dat de koelmachine bij vollast (=100% capaciteit) werkt. Wanneer er twee koelmachines in werking zijn zal Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 68

92 het maximum debiet naar de koelmachines dubbel zo groot zijn ( V & = 400 m³/h), aangezien dan twee generatoren gevoed moeten worden met heet water. Bij drie koelmachines loopt dit debiet op tot V & = 600 m³/h. Er staan twee circulatiepompen opgesteld met elk een debiet van V & = 310m³/h. In totaal kunnen ze een debiet leveren van V & = 620m³/h, die voldoende is om drie koelmachines werkend bij vollast te voorzien van het nodige heet water Bij werking van één koelmachine Wanneer er slechts één koelmachine in werking is, mag het debiet heet water naar de koelmachine niet meer dan V & = 200m³/h bedragen (zie punt 5.4). Dit wordt verwezenlijkt door één circulatiepomp met een debiet van V & = 310m³/h aan te sturen. De bypass tussen vertrek- en terugloopleiding voorzien van een regelventiel zal dan zodanig ingesteld worden dat een debiet vanv & = 110m³/h via de bypass terug naar de stookketel gestuurd wordt. De overige 200m³/h gaan dan zoals gewenst richting koelmachine. Fig. 5.7: Debiet in secundair circuit bij werking van één koelmachine bij vollast. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 69

93 Bij werking van twee koelmachines Bij twee werkende koelmachines wensen we een debiet van V & = 400m³/h richting koelmachines. Hiervoor zullen twee circulatiepompen instaan, waardoor we een totaal debiet hebben van 620m³/h. De bypass tussen vertrek- en terugloopleiding voorzien van een regelventiel zal dan zodanig ingesteld worden dat een debiet vanv & = 220m³/h via de bypass terug naar de stookketel gestuurd wordt. De overige 400m³/h gaan dan zoals gewenst richting koelmachine. Fig. 5.8: Debiet in secundair circuit bij werking van twee koelmachines bij vollast. Er wordt hier wel een continu energieverlies gecreëerd doordat er voortdurend veel meer debiet verpompt wordt dan nodig. Bij een frequentiegestuurde pomp zou dit niet het geval zijn, maar deze zijn dan ook veel duurder in aankoop en de fabrikant, York, eist een constant debiet heet water door de koelmachine Bij werking van drie koelmachines Hier wensen we een debiet van V & = 600m³/h richting koelmachines. Hiervoor zullen twee circulatiepompen instaan, waardoor we een totaal debiet hebben van 620m³/h. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 70

94 De bypass tussen vertrek- en terugloopleiding voorzien van een regelventiel zal dan zodanig ingesteld worden dat een debiet vanv & = 20m³/h via de bypass terug naar de stookketel gestuurd wordt. De overige 600m³/h gaan dan zoals gewenst richting koelmachine. Fig. 5.9: Debiet in secundair circuit bij werking van drie koelmachines bij vollast Ingebouwde Capaciteitsregeling per koelmachine Werking Met behulp van een regelklep in de heetwaterleiding naar de generator kan op eenvoudige wijze de koelcapaciteit van de koelmachine worden aangepast aan de koelvraag. Dit is een betrouwbaar en algemeen toegepast systeem met echter als nadeel een, bij lagere belastingen van de machine, stijgende energieconsumptie. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 71

95 % capaciteit Wanneer de absorptiekoelmachine bij vollast werkt zal de mengkraan van het merk Samson zodanig afgesteld worden dat alle geleverde debiet heet water, afkomstig van de IVBO-warmtewisselaars of de stookplaats (V & = 200m³/h), door de koelmachine zal stromen. Fig. 5.10: Capaciteitsregeling bij 100% capaciteit % capaciteit Bij dalende koelvraag zal de capaciteit van de koelmachine dalen. De mengkraan zal bij 80% capaciteit een volumedebiet van V & = 160m³/h door koelmachine sturen en het overige debiet van V & = 40m³/h zal via een bypass teruggevoerd worden naar de retour van het heetwater circuit. Fig. 5.11: Capaciteitsregeling bij 80% capaciteit Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 72

96 % capaciteit Wanneer de capaciteit van de koelmachine terugvalt op 0%, zal alle debiet V & = 200m³/h terugstromen naar de retour via de bypass. Er stroomt dan geen heet water meer door de koelmachine. Op dat ogenblik zal de koelmachine uitgeschakeld worden. Fig. 5.12: Capaciteitsregeling bij 0% capaciteit Functie van de regelkraan net voor de mengkraan (=Samson-klep) Wanneer voorbeeld twee koelmachines nood hebben aan heet water, zal deze regelkraan ervoor zorgen dat de weerstand in de kring naar koelmachine 1 dezelfde is als die in de kring naar koelmachine 2. Wanneer beide koelmachines op een zelfde capaciteit werken is deze regelkraan niet van toepassing (zie punt ). Het is pas wanneer de twee koelmachines op een verschillende capaciteit werken dat er extra weerstand moet ontwikkeld worden aan de hand van dat regelventiel (zie punt en ). Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 73

97 Beide koelmachines hebben een gelijke capaciteit Over de generator van elke koelmachine is er steeds een drukval van P = 43kPa aanwezig. Zoals in punt vermeld stroomt bij voorbeeld 60% capaciteit, 60% van het heet water door de koelmachine, m.a.w. er is 60% van het geleverde debiet onderhevig aan een drukval van P = 43kPa. Als nu beide koelmachines op een gelijke capaciteit werken zal het heet water door beide circuits een gelijke weerstand ondervinden aangezien bij elk circuit een gelijke hoeveelheid heet water onderhevig is aan een P = 43kPa. Hierdoor zal het heet water debiet afkomstig van de IVBO-warmtewisselaars (V & = 400m³/h bij werking twee koelmachines) evenredig verdeeld worden over beide koelmachines (elk V & = 200m³/h). In onderstaande figuur is een situatie weergegeven waarbij beide koelmachines werken bij 100% capaciteit. Fig. 5.13: beide koelmachines werkend bij gelijke capaciteit Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 74

98 In bovenstaande figuur zal de kring door koelmachine 1 een drukval over de generator van P1 = 43kPa ondervinden, aangezien alle debiet door de koelmachine gaat bij 100% capaciteit. Koelmachine 2, eveneens werkend bij vollast, zal een zelfde drukval ondervinden van P2 = 43kPa. De weerstand is dus in beide kringen gelijk. Er kan gesteld worden dat wanneer beide koelmachines op éénzelfde capaciteit werken er geen nood is aan een geïntegreerde regelkraan Beide koelmachines hebben een verschillende capaciteit Wanneer beide koelmachines op een andere capaciteit werken, zal deze regelkraan wel noodzakelijk zijn. Dit zullen we aantonen aan de hand van enkele voorbeelden Voorbeeld 1: koelmachine 1 (0% capaciteit) en koelmachine 2 (100% capaciteit) Dit voorbeeld is onrealistisch want wanneer één koelmachine 0% capaciteit heeft, zal deze kring volledig afgesloten worden d.m.v. twee afsluitkranen in vertrek- en terugloopleiding. We nemen dit toch als voorbeeld omdat de probleemsituatie hiermee zeer duidelijk kan aangetoond worden. Zonder geïntegreerde regelkranen ziet de situatie er als volgt uit: Wanneer de ene koelmachine bij 0% capaciteit werkt, zal alle debiet via bypass stromen en zal er geen heet water door de koelmachine gaan. Wanneer er nu geen regelkraan in de bypass aanwezig is, zal dit debiet geen weerstand ondervinden. Het heet water dat door koelmachine 2, werkend bij vollast, stroomt, zal een weerstand P = 43kPa ondervinden aangezien alle debiet door de koelmachine moet bij 100% capaciteit. Het water zal de weg met de kortste weerstand kiezen en volledig via de bypass van koelmachine 1 wegstromen. Koelmachine twee zal dus niet gevoed worden met heet water. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 75

99 Fig. 5.14:Voorbeeld 1:beide koelmachines werkend bij verschillende capaciteit (zonder regelkraan) We hebben op bovenstaande figuur verondersteld dat het debiet afkomstig van de stookplaats constant blijft (V & = 400m³/h). In werkelijkheid zal dit bij deze situatie niet zo zijn bij afwezigheid van een regelklep. Het debiet afkomstig van de stookplaats zal 613m³/h bedragen aangezien altijd de weg met de kortste weerstand genomen wordt. Als via koelmachine 1 alles kan wegvloeien zonder weerstand (0% capaciteit zonder regelkraan) dan zal in de stookplaats ook niks terugstromen naar de stookketel via het regelventiel in de bypass ( zie punt 5.6.3). Zo wordt alle geleverde debiet door de circulatiepompen via het weerstandloos circuit via koelmachine 1 weggestuurd. M.a.w. de werkelijke situatie zal nog slechter zijn dan hier aangetoond. In het geval dat het debiet geleverd wordt d.m.v. IVBO, zal dit extra probleem niet optreden aangezien het debiet naar de koelmachine op een andere wijze geregeld wordt. (zie punt 5.5.7) Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 76

100 Met geïntegreerde regelkranen ziet de situatie er als volgt uit: Om dit nu te vermijden plaatsen we een regelkraan in de bypass die ingesteld wordt op eenzelfde drukval als die over de generator, nl. P = 43kPa. Op deze manier zal elk circuit steeds eenzelfde weerstand ondervinden onafhankelijk van de capaciteit waardoor het heet water debiet naar en van elke koelmachine V & = 200m³/h zal bedragen. Fig. 5.15: voorbeeld 1:beide koelmachines werkend bij verschillende capaciteit (met regelkraan) Voorbeeld 2: koelmachine 1 (20% capaciteit) en koelmachine 2 (100% capaciteit) Hiervoor werd reeds aangetoond dat elk circuit eenzelfde weerstand heeft waardoor in elk circuit evenveel heet water binnen- en terug buiten stroomt. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 77

101 Naargelang de capaciteit van de desbetreffende koelmachine zal dit debiet door de koelmachine of via de bypass stromen die elk een gelijke weerstand hebben. Fig. 5.16: voorbeeld 2:beide koelmachines werkend bij verschillende capaciteit (met regelkraan) Cascade regeling van de koelmachines Om een extra veiligheid in te bouwen van voorgaand probleem, wordt ervoor gezorgd dat wanneer beide koelmachines werken, ze alle twee steeds op dezelfde capaciteit werken. Dit gebeurt automatisch aangezien beide koelmachines een zelfde terugvoertemperatuur van het ijswater hebben en de capaciteitsregeling daarvan afhankelijk is. Wanneer er slechts 1 koelmachine werkt dan is het circuit van de tweede koelmachine volledig afgesloten d.m.v. twee afsluitkranen in vertrek- en terugloopleiding. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 78

102 5.8. Energiemeters Er is een algemene IVBO-energiemeter en een stookplaats-energiemeter aanwezig. Ook voor elke koelmachine is nogmaals een energiemeter geplaatst. De energiemeter is telkens gemonteerd tussen vertrek- en terugloopleiding van zowel het IVBO-circuit als van het circuit afkomstig van de stookplaats. Deze meet het debiet door en het temperatuursverschil tussen beide leidingen en geeft de waarden weer. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 79

103 H6: BESPREKING VAN HET KOELWATER-CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE 6.1. Inleiding De koelmachines staan opgesteld in het technisch gebouw koeling. Er lopen verscheidene circuits doorheen een absorptiekoelmachine: - heet water circuit - koelwatercircuit - gekoeld water circuit Het hydraulisch schema van de gehele installatie is terug te vinden achteraan het eindwerk (tegen achterflap). In dit hoofdstuk wordt het koelwater circuit van nader bij bekeken Principe Men heeft geopteerd om als koelwater gebruik te maken van kanaalwater uit het kanaal Brugge-Oostende. Het aangezogen kanaalwater stroomt de absorber van de koelmachine binnen, stroomt dan door naar de condensor, verlaat dan de koelmachine om ten slotte terug geloosd te worden in het kanaal. Tussen de watervang- en lozingsconstructie is er een afstand van 400 meter, dit om er voor te zorgen dat er een open en geen gesloten circuit zou ontstaan. Wanneer de watervang en de lozing van het water te dicht bij elkaar zouden liggen, zou het warmere geloosde water weer aangezogen worden. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 80

104 6.3. Doel Dit koelwatercircuit heeft twee taken te vervullen in de koelmachine: - Een eerste opdracht bestaat erin het absorptievermogen van de zwakke lithiumbromide-oplossing uit de absorber zo hoog mogelijk te houden. Het koudemiddel (=water) verdampt onder vacuüm vanuit de verdamper bij lage temperatuur en wordt door de lithiumbromide-oplossing dat zich in de absorber bevindt aangetrokken. (de verdamper en de condensor staan in open verbinding met elkaar). Het verdampende koudemiddel (=water) ontleent zijn verdampingswarmte aan de zwakke Lithiumbromide oplossing. Om zijn absorptievermogen zo hoog mogelijk te houden moet de lithiumbromideoplossing in de absorber gekoeld worden. Dit kan men bekomen door kanaalwater door de absorber te sturen. - De tweede taak van het koelwatercircuit wordt vervuld in het condensorgedeelte van de koelmachine. De waterdamp uit de generator wordt weer neergeslagen tot water in de condensor met behulp van het koelwater Principeschets + hoofdcomponenten Het koelwatercircuit bestaat hoofdzakelijk uit: - watervangconstructie met twee fijnroosters - pompstation met: natte kelder droge pompkelder - aansluiting aan koelmachine in het technisch gebouw koeling - loosconstructie Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 81

105 Fig. 6.1: Principeschets van het koelwatercircuit 6.5. Watervangconstructie met twee automatische fijnroosters Om te vermijden dat verontreinigingen vanuit het kanaal worden aangezogen plaatst men ter hoogte van het kanaal twee automatische fijnroosters. Dit is een systeem met roterende mesjes dat ervoor zorgt dat het vuil uit het kanaal niet voor de aanzuig stagneert. De stromingsrichting van het water in het kanaal is een bepalende parameter voor de draairichting van de mesjes. Het kanaalwater vloeit altijd van Brugge naar Oostende. Slechts enkele dagen per jaar is de stroming in omgekeerde richting (= verwaarloosbaar). Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 82

106 Fig. 6.2: Watervangconstructie met twee automatische fijnroosters Tijdens de wintermaanden of dagen dat de absorptiekoelmachine buiten werking is, worden de automatische fijnroosters dagelijks, kortstondig in werking gesteld om vuilophoping voor de roosters en het vastlopen ervan tegen te gaan pompstation Algemeen Het kanaal Brugge - Oostende staat d.m.v. ondergrondse leidingen in verbinding met het pompstation. Dit pompstation geeft onderdak aan de circulatiepompen die het kanaalwater aanzuigen en doorpompen naar het technisch gebouw koeling. Het pompstation kan men opdelen in twee delen, nl: een natte kelder en een droge pompkelder. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 83

107 Natte kelder Eenmaal het water gefilterd, komt het in de natte kelder terecht. Net na het automatisch fijnrooster zit een afsluiter. Juist voor de natte kelder bevindt zich nog een tweede afsluiter. Deze maken service en onderhoud mogelijk van deze natte kelder en de leidingen ernaartoe. Deze kelder is voorzien van een staafelektrode voor droogloopbeveiliging en laagpeil detectie Droge pompkelder In de droge pompkelder is plaats voorzien voor 5 circulatiepompen die het kanaalwater vanuit de natte kelder doorpompen naar het technisch gebouw koeling, dit is het gebouw waarin de absorptiekoelmachines zich bevinden. Momenteel zijn er 3 actieve parallelle circulatiepompen en is er nog plaats voorzien voor twee reservepompen. Deze 3 pompen zijn frequentie geregeld in functie van de druk en hebben elk een debiet van V & = 450m³/h. Deze pompen hebben als functie: - Het hoogteverschil overwinnen tussen de aansluithoogte van de koelwaterleiding aan de koelmachines en het lager gelegen kanaalwaterpeil. - de wrijvingsverliezen in de leidingen en de verliezen door bochten, te wijten aan de grote afstand van de droge pompkelder naar het technisch gebouw koeling waar de koelmachines opgesteld staan, overwinnen. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 84

108 Fig. 6.3: Droge pompkelder Voor en na elke pomp is een afsluiter gemonteerd, dit voor onderhoud van de pomp. Over elke filter aanwezig in de zuigleiding van elke pomp staat er een drukverschilmeter. A.d.h.v. een te groot drukverschil kan een vervuilde filter direct gedetecteerd worden. D.m.v. een vlotter wordt gecontroleerd of er al dan niet water in droge kelder staat. Als dit het geval zou zijn dan wordt een lenspomp gestuurd die het water uit de droge kelder overpompt naar de natte kelder. Er zijn 2 lenspompen gemonteerd waarvan één een reservepomp is. Om waterslag tegen te gaan worden er 2 windketels geplaatst in de persleiding. Indien deze windketels niet aanwezig zijn, zouden de leidingen vacuüm gezogen worden bij het stilvallen van de circulatiepompen. Die persleiding is ook voorzien van een hoge limiet pressostaat van 0-10bar, die bij overdruk de installatie uitschakelt. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 85

109 6.7. Technisch gebouw koeling Het aangezogen kanaalwater verlaat het pomphuis en vloeit via een ondergrondse persleiding naar het technisch gebouw koeling, dit is het gebouw waarin de absorptiekoelmachines onderdak vinden. In het technisch gebouw koeling zijn volgende aspecten terug te vinden in het koelwatercircuit: Controlemeting van het kanaalwater-debiet Bij het binnenkomen van de koelwaterleiding in het technisch gebouw koeling wordt het aangezogen kanaalwater-debiet geregistreerd. Eveneens bij het verlaten van het gebouw registreert een tweede meter het te lozen kanaalwater-debiet. Deze twee meetwaarden kunnen aantonen of er al dan niet water van het kanaal wordt afgetapt. Om het kanaalwater te gebruiken als koelmiddel moet er betaald worden. De rekening wordt dan ook opgesteld aan de hand van de waarden van deze debiet-meters Onderverdeling in drie deelcircuits Er staan twee absorptiekoelmachines opgesteld in het gebouw en er is plaats en leidingen voorzien voor een derde koelmachine. Bij het binnenkomen van het koelwatercircuit in het technisch gebouw koeling wordt dit circuit dan ook opgesplitst in drie deelcircuits met elk een koelmachine. Elk circuit kan volledig afgesloten worden d.m.v. twee gemotoriseerde afsluitkranen, in vertrek- en terugloopleiding. Wanneer voorbeeld koelmachine 1 in werking is dan zal het circuit van koelmachine 2 en 3 volledig afgesloten zijn om voldoende druk (weerstand) op te bouwen. Ook is in de retourleiding van elke tak een terugslagklep voorzien. Elke koelmachine is tussen twee afsluitkranen geplaatst om service en onderhoud mogelijk te maken. In verdere beschrijvingen wordt het circuit van één absorptiekoelmachine besproken. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 86

110 Mengregeling van de intredetemperatuur van het koelwater in de absorber. Fig. 6.4: Mengregeling van de intredetemperatuur van het koelwater in de absorber Zoals eerder vermeld treedt het koelwater de koelmachine binnen in de absorber. Volgens de fabrikant moet de minimum intredetemperatuur hiervan geregeld worden op 24 C. Dit verwezenlijkt men door bij de opstart van de koelmachine het koelwater in een kleiner circuit door de koelmachine te laten circuleren. Op deze manier zal de gewenste minimum intredetemperatuur van 24 C sneller bereikt worden. Dit circuit kunnen we als volgt schematisch voorstellen: Vers kanaalwater absorber condensor lozen in kanaal. driewegventiel Een circulatiepomp (debiet = 488m³/h) die meegeleverd werd met de koelmachine brengt het koelwater in dit circuit in beweging. Het is een eis van de fabrikant, York, dat er een constant debiet door de koelmachine gaat, vandaar dat deze circulatiepomp net voor de koelmachine staat en dus zijn tweede taak kan vervullen. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 87

111 Deze pomp is tussen twee afsluitkranen geplaatst om service en onderhoud aan de pomp mogelijk te maken. Op het ogenblik dat dit kleine circuit opwarmt zullen de drie parallelle frequentiegestuurde pompen uit de droge pompkelder, die in serie staan met deze circulatiepomp net voor de koelmachine, op hun laagste toerental draaien. Door de sturing van de twee bypasses met gemotoriseerde regelkranen, die normalerwijze dienen om de temperatuur van het te lozen water te regelen, voorkomt men een drukopbouw aan het driewegventiel of het voortdurend aan- en uitschakelen van de frequentiegestuurde pompen. Uiteraard mag ook de maximum intredetemperatuur van het koelwater in de absorber niet overschreden worden. Door middel van een driewegventiel zal het nodige vers aangezogen kanaalwater opgenomen worden in het klein circuit van circulerend koelwater. Op deze manier wordt de intredetemperatuur constant geregeld op 24 C. Schematisch weergegeven: (24 C) (30 C) Vers kanaalwater absorber condensor lozen in kanaal. driewegventiel Om er voor te zorgen dat er voldoende koelwater afkomstig van de condensor terugkeert naar het driewegventiel, en dus niet allemaal naar het kanaal stroomt, wordt er een reduceerventiel (TA-kraan) ingesteld op een vaste waarde geplaatst in de terugvoerleiding van het te lozen koelwater. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 88

112 Mengregeling van de loostemperatuur van het koelwater. Fig. 6.5: Mengregeling van de loostemperatuur van het koelwater Aangezien het driewegventiel vers kanaalwater opneemt, in het kleine koelwatercircuit door de koelmachine voor de mengregeling van de intredetemperatuur van het koelwater in de absorber, zal er dus ook een deel opgewarmd koelwater dit circuit moeten verlaten. Ook op de te lozen watertemperatuur staat een limiet. Omwille van het milieu mag deze niet meer dan 30 C bedragen. Wanneer deze temperatuur overschreden wordt zullen er extra kosten aangerekend worden. Het afkoelen van het koelwater afkomstig uit de condensor van de koelmachine wordt dan eveneens gekoeld door deze te mengen met vers kanaalwater. Dit gebeurt aan de hand van 2 bypasses met gemotoriseerde regelkleppen. Schematisch ziet dit er als volgt uit: Vers kanaalwater Condensor twee bypasses met gemotoriseerde regelklep lozen in kanaal (max. 30 C) Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 89

113 Om deze hoeveelheid toe te voegen vers kanaalwater te kunnen fijn-regelen wordt geopteerd voor twee kleinere bypasses, met elk een gemotoriseerde regelkraan, in plaats van één met een grote diameter Functie van de in serie werkende circulatiepompen Beschrijving: In het koelwatercircuit staan in de droge pompkelder drie actieve, parallelle circulatiepompen. Net voor de absorptiekoelmachine staat hierbij nog een extra circulatiepomp in serie. De pompen uit de pompkelder staan, zoals eerder vermeld, in om het hoogteverschil, de wrijvingsverliezen en verliezen door bochten te overwinnen. Ze werken frequentiegestuurd en regelen dus hun debiet naargelang de vraag. Er is enkel vraag wanneer: Het driewegventiel een hoeveelheid vers kanaalwater opneemt in het kleine koelwatercircuit door de koelmachine om de ingangstemperatuur van het koelwater in de absorber op een constante waarde van 24 C te houden. (zie punt ) De twee gemotoriseerde regelkranen in de bypasses een hoeveelheid vers kanaalwater vragen om het te lozen water af te koelen tot op een temperatuur die lager is dan 30 C. (zie punt ) De pomp geplaatst net voor de koelmachine, daar waar het koelwater de absorber binnengaat, staat in voor het constant koelwaterdebiet door de machine en voor de circulatie van dat koelwater in dat kleine afgezonderd koelwatercircuit door de koelmachine. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 90

114 Verklaring waarom voor extra in serie opgestelde frequentiegestuurde pompen gekozen wordt: - De watervangconstructie en loosconstructie liggen 400 meter van elkaar verwijderd. Het technisch gebouw koeling ligt net tussen deze twee constructies in. De aanzuigpompen moeten gemonteerd worden daar waar het water wordt aangezogen (in de droge pompkelder ter hoogte van de watervangconstructie). Indien we daar dan enkel die ene meegeleverde pomp zouden plaatsen, zou het debiet dat door de machine gaat te veel gaan variëren omwille van de te grote overwinnen afstand tussen pompkelder en technisch gebouw koeling (200 meter). Dit voldoet dus niet aan de eis van de fabrikant die een constant koelwaterdebiet door de machine wenst. Vandaar is het beter om enkele extra frequentiegestuurde pompen te plaatsen in de droge pompkelder. - Bij de opstart van de koelmachine circuleert er in eerste instantie enkel een hoeveelheid koelwater in een kleiner opgebouwd koelwatercircuit waardoor de minimum intredetemperatuur van 24 C sneller bereikt kan worden. Die extra frequentiegestuurde pompen vervullen dan de functie om het aangezogen kanaalwater tot aan het technisch gebouw koeling te pompen terwijl die andere pomp kan instaan voor het snel stijgen van de koelwaterintredetemperatuur. Wanneer we bij de opstart geen afzonderlijk circuit zouden afbakenen dan zou het veel te lang duren vooraleer de vereiste minimum intredetemperatuur zou bereikt worden. - Een derde argument om die extra frequentiegestuurde pompen op te nemen in het circuit is er voor zorgen dat er niet meer kanaalwater aangezogen wordt dan nodig aangezien hun debiet voortdurend aangepast wordt aan de vraag. Dit is belangrijk om de kosten laag te houden want zoals eerder vermeld worden kosten aangerekend per verpompt debiet kanaalwater. Indien we daar dan enkel die ene meegeleverde pomp zouden plaatsen, die een groter vermogen heeft dan nodig en niet frequentie gestuurd is, zou er meer kanaalwater aangezogen worden dan nodig, wat extra kosten Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 91

115 met zich meebrengt. Een alternatief om dit euvel op te lossen is het vermogen van deze pomp aanpassen door de schoepen ervan te vervangen. Maar bij latere eventuele uitbreidingen van de installatie zou de kost voor de vernieuwing van de schoepen opnieuw moeten gedaan worden. Het huidige systeem is wel bestand tegen eventuele wijzigingen aangezien de pompen frequentiegestuurd zijn Alternatieven: Als we met koeltorens zouden werken in plaats van met kanaalwater dan waren die drie extra parallelle pompen overbodig geweest, opdat we dan geen opvoerdruk nodig hebben want het waterpeil in de koeltoren zal hoger dan de aansluithoogte van de koelwaterleidingen aan de koelmachine. Ook wanneer het niveauoppervlak van het kanaalwater beduidend hoger zou liggen dan de aansluithoogte van de koelmachine, zou men geen nood hebben aan die extra pompen. De wrijvingsverliezen, te wijten aan de grote leidingafstand zou dan een factor zijn waar geen rekening mee gehouden moet worden indien men de koeltoren in de directe omgeving van het technisch gebouw koeling zou plaatsen. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 92

116 Ingebouwd borstelreiniging-systeem Fig. 6.6: Principeschets van het ingebouwd borstelreiniging-systeem Werking De absorptiekoelmachine is voorzien van een borstelreiniging-systeem. Het koelwater dat de absorber binnentreedt, gaat niet door één kanaal maar door een pijpleiding, dit om de warmteoverdracht te verhogen (groter koeloppervlak). Om verstopping van de pijpen tegen te gaan heeft men elk kanaaltje voorzien van een borsteltje. Deze borsteltjes worden meegevoerd met het stromende water. Wanneer de stroomrichting van het koelwater in de machine kortstondig wordt omgekeerd, worden de borsteltjes verplaatst, met de stroomrichting van het koelwater, naar de andere kant van het kanaaltje. Op deze manier worden de pijpen gereinigd. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 93

117 Fig. 6.7: borstelreiniging-systeem in de absorber De omkering van de stroomrichting wordt verwezenlijkt door middel van een vierwegventiel (=wisselventiel) geplaatst in het kleine afgezonderd koelwatercircuit, net voor de absorptiekoelmachine. Tijdens de borstelreiniging stroomt het koelwater van condensor naar absorber door de absorptiekoelmachine. De frequentie van de borstelreiniging zal men uit ervaring moeten bepalen. Vooraleer de borstelreiniging uit te voeren moet in eerste instantie het vermogen van de koelmachine, gedurende een kwartier, teruggebracht worden op 25% Detectie van verstopte pijpleidingen Er is een analoge drukverschilmeter geplaatst tussen het ingaand koelwater aan de absorber en het uitgaand koelwater aan de condensor. De drukstijging komt tot stand doordat de grote ingangsleiding van het koelwater aan de absorber plots door de pijpleiding in de absorber met veel kleinere doorsnede moet. Na de absorber stroomt het koelwater door een pijpleiding met nog kleinere diameter in de condensor. Doordat het een analoge drukverschilmeter is kan de waarde van het verschil afgelezen worden. De fabrikant York, geeft een theoretisch drukverschil op tussen ingang aan absorber en uitgang aan condensor van 0,8bar. Wanneer het drukverschil groter wordt dan 0,8bar kan verstopping van de Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 94

118 pijpleiding in absorber of condensor, veroorzaakt door meestromend vuil uit het kanaal, gedetecteerd worden Nog enkele niet besproken beveiligingen Flow-switch Om er voor te zorgen dat de absorptiekoelmachine niet opstart vooraleer het koelwater circuleert door de machine, wordt in de koelwaterleiding, net na het verlaten van de condensor, een liquid flow switch voorzien. Wanneer een defect optreedt bij de circulatiepompen zal de machine eveneens stilvallen. Tijdens de bosrtelreiniging stroomt het koelwater in tegengestelde richting door de machine (van condensor naar absorber), waardoor op dat moment de flowswitch overbrugd wordt Analoge drukverschilmeter Deze analoge drukverschilmeter vervult twee functies: - Eén functie is dezelfde als de hierboven vermelde flow-switch. Maar nu wordt geen debiet gecontroleerd maar het verschil in druk tussen het ingaande koelwater aan de absorber en het uitgaande koelwater aan de condensor. Een drukverschil is dus een indicatie van circulerend koelwater. - De tweede functie is de detectie van de verstopte pijpleidingen in absorber of condensor. Dit werd reeds besproken in punt Overstortventiel Na het vierwegventiel is er een overstortventiel aanwezig, die de koelwaterleiding beveiligd tegen overdruk. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 95

119 leidingen spoelen Over vertrek- en terugloopleiding van het kanaalwater is nog een derde bypass aanwezig met een grote leidingdiameter. Deze is voorzien van een afsluitkraan en dient enkel om de leidingen buiten het technisch gebouw koeling, van watervang- tot loos-constructie, te spoelen Loosconstructie Eenmaal het te lozen water het technisch gebouw koeling verlaten heeft stroomt het water via ondergrondse leidingen door naar een lozingsconstructie alvorens het in het kanaal geloosd wordt. Fig. 6.8: Loosconstructie Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 96

120 zuurstof gehalte in te lozen water Zoals eerder vermeld in punt mag de maximum loostemperatuur niet hoger dan 30 C bedragen. De maximum temperatuur wordt opgelegd zodat er voldoende zuurstof in het water aanwezig zou blijven. Door de loosconstructie trapvormig uit te voeren, wordt er extra zuurstof aan het water toegevoegd. Het water wordt tot ongeveer 6 meter boven het bodempeil van het kanaal gepompt om dan trapsgewijs het kanaal te worden ingestuurd. Het normaal-peil van het water is ongeveer 4 meter, het hoogste waterpeil iets minder dan 6meter en het laagste ongeveer 3 meter t.o.v. het bodempeil. Ter hoogte van de lozingsconstructie worden temperatuurmetingen en O 2 -metingen uitgevoerd. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 97

121 H7: BESPREKING VAN HET GEKOELD WATER-CIRCUIT DOORHEEN DE YORK ABSORPTIEKOELMACHINE 7.1. Inleiding De koelmachines staan opgesteld in het technisch gebouw koeling. Er lopen verscheidene circuits doorheen een absorptiekoelmachine: - heet water circuit - koelwatercircuit - gekoeld water circuit Het hydraulisch schema van de gehele installatie is terug te vinden achteraan het eindwerk (tegen achterflap). In dit hoofdstuk wordt het gekoeld water circuit van nader bij bekeken Principe Het doel van de absorptiekoelmachine is het leveren van ijswater. Het is dan ook logisch dat de absorptiekoelmachine voorzien is van een ijswatercircuit. Het koudemiddel (=water) verdampt onder vacuüm vanuit de verdamper bij lage temperatuur en wordt door de lithiumbromide-oplossing dat zich in de absorber bevindt aangetrokken. De ijswaterleiding loopt doorheen de verdamper van de koelmachine, waar de warmte uit het ijswater onttrokken wordt. De ontstane warmte van het verdampen van het koudemiddel wordt afgegeven aan de zwakke lithiumbromide-oplossing in de absorber. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 98

122 Het ijswater, afkomstig van de absorptiekoelmachine, verlaat het technisch gebouw koeling, via ondergrondse voorgeïsoleerde ijswaterleidingen, naar de verschillende verbruikers. De terugloopleiding is eveneens ondergronds en voorgeïsoleerd. Zowel vertrek- als terugloopleiding is voorzien van een afsluitkraan om het technisch gebouw koeling volledig te kunnen afsluiten van het ijswatercircuit naar de verbruikers. Elke verbruiker aangesloten van het hoofd-ijswatercircuit afkomstig van de absorptiekoelmachine is door middel van automatische afsluitkranen in vertrek- en terugloopleiding afgesloten. Het is pas wanneer de verbruiker nood heeft aan koelwater dat zijn afsluitkranen geopend worden Principeschets + hoofdcomponenten Principeschets Fig. 7.1.: Principeschets van het gekoeld water circuit Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 99

123 Hoofdcomponenten Het gekoeld water circuit bestaat hoofdzakelijk uit: - Drie parallelle frequentiegestuurde pompen die hun debiet regelen naargelang de vraag van de verbruikers. Fig. 7.2: Drie parallelle frequentiegestuurde pompen - Een secundaire pomp net voor de ingang van de verdamper die: zorgt voor een constant ijswater-debiet door de verdamper van de koelmachine hoofdzakelijk instaat om het buffervat (=voorraadvat) te koelen en naargelang de vraag van ijswater een verhouding zoekt tussen het afkoelen van het buffervat (=voorraadvat) van liter en het leveren van het nodige koelwater aan de verbruikers. - Ontgasser/expansievat. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 100

124 7.4. Het maximum toegelaten ijswater debiet door de verdamper Elke koelmachine heeft bij vollast een verdampervermogen van P = 1600kW. Hieruit kunnen we het gevraagde constante debiet door de verdamper gaan bepalen: - P = m&. c. T w waaruit: P m& = (1) c. T w - ρ 2 3 w = 1000, , t + ( 0, ). t + 0, t 0, t Bij 10 C wordt dit: ρ ρ 4 2 w( 10 C ) = 1000, , ( 0, ) , = 999,736 w( 10 C ) 1000 kg/m³ 0, m& ρ w = V& waaruit: m V& & = (2) ρ w - Uit (1) en (2): P V& 1 =. ρ c. T V & = w w met: ρ w = 1000 kg/m³ P = 1600kW. cw = 4,18 kj/kg.k T = ( 11 6) = 5 C ,18.5 = 0, m³/s V & = 0, = 275,598 m³/h V & 275 m³/h Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 101

125 7.5. Werking Opstart van de frequentiegestuurde pompen Wanneer de verbruikers nood hebben aan koeling, zullen in eerste instantie de frequentiegestuurde pompen in werking treden, om het warme water van bij de verbruikers te gaan halen en op deze manier voldoende capaciteit te hebben. Er zijn drie frequentiegestuurde pompen (V & = 413m³/h per pomp) in parallel geplaatst in de terugloopleiding van het ijswater, waarvan één dient als stand-by pomp. Fig. 7.3.: Opstart van de drie parallelle frequentiegestuurde pompen Opstart van de absorptiekoelmachine en de secundaire pomp net voor de verdamper Eénmaal het ijswater door de absorptiekoelmachine circuleert, mag de machine gestart worden. (Er moet ook circulatie zijn van het koelwater en heet-water door de Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 102

126 absorptiekoelmachine maar dit laten we hier nu buiten beschouwing). De secundaire pomp in het ijswatercircuit, net voor de verdamper geplaatst, start gelijktijdig op met de absorptiekoelmachine. Deze pomp zorgt voor een constant ijswaterdebiet door de verdamper van de koelmachine (= eis van fabrikant). Deze secundaire pomp wordt d.m.v. een regelklep afgesteld op het maximum toegelaten debiet door de verdamper van V & = 275m³/h (berekening zie punt 7.4). Op deze manier wordt ervoor gezorgd dat het ijswater niet te snel door de machine gaat. (hoe lager debiet, hoe groter de T ). Fig. 7.4.: Aansluitingen ijswaterleidingen aan koelmachine Wanneer deze secundaire pomp defect zou zijn kunnen in noodgeval enkel de frequentiegestuurde pompen instaan voor de ijswatercirculatie (dit is een tijdelijke oplossing want op dit moment is het debiet door koelmachine niet constant, wat nochtans geëist wordt door fabrikant). Om dan tegen te gaan dat het ijswater door die defecte pomp moet heeft men parallel over die pomp een bypass met afsluitkraan gemonteerd, waardoor het ijswater een weg kan volgen met veel kleinere weerstand. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 103

127 Regeling van de ijswaterhoeveelheid naar de verbruikers koelvraag-debiet < V & = 275m³/h Wanneer de verbruikers een debiet nodig hebben die kleiner is dan het debiet geleverd door de secundaire pomp voor de verdamper (V & = 275m³/h), dan zal enkel deze pomp debiet leveren en zullen de drie frequentiegestuurde pompen op hun laagste frequentie draaien. Het ijswater afkomstig van de koelmachine dient dan voor: - De verbruiker te voorzien van het nodige ijswater. (zwarte pijlen) - Het afkoelen van het buffervat (= voorraadvat) van liter. (blauwe pijlen) Fig. 7.5.: koelvraag-debiet < debiet geleverd door secundaire pomp voor verdamper IJswater naar verbruikers (zie zwarte pijlen op figuur 7.5.) De absorptiekoelmachine heeft als hoofddoel ijswater produceren om de verbruikers ervan te voorzien. De koelmachine levert op dit moment een groter Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 104

128 ijswaterdebiet dan nodig. Wanneer de verbruikers een voldoende ijswaterdebiet hebben zal het overige instaan voor het hieronder beschreven te koelen buffervat. Afkoelen van het buffervat (zie blauwe pijlen op figuur 7.5.) Het overige vers geproduceerd ijswater, afkomstig van de absorptiekoelmachine, dat niet naar de verbruikers gaat, zal via een buffervat (=voorraadvat) van liter terugstromen naar de ingang van de verdamper. Op deze manier wordt het ijswater in het buffervat gekoeld. Het voordeel van dit buffervat is dat de absorptiekoelmachine niet voortdurend moet aan- en uitschakelen. Door dit ijswater op te slaan wordt er een buffer ingebouwd van ongeveer 15min. We kunnen opmerken dat de aanwezige bypass over het buffervat op een verkeerde plaats gemonteerd is en dus geen functie heeft. Deze had na het buffervat gemonteerd moeten worden, dan kon hij dienen om de verbruikers enige tijd van koelwater te voorzien vanuit het buffervat, zonder de koelmachine in het circuit te betrekken. Deze kraan zal dus altijd gesloten zijn koelvraagdebiet = V & = 275m³/h Wanneer de koelvraag gelijk is aan het debiet geleverd door de secundaire pomp voor de verdamper (V & = 275m³/h), dan zal enkel deze pomp debiet leveren en zullen de drie frequentiegestuurde pompen op hun laagste frequentie draaien. Het ijswater afkomstig van de koelmachine dient dan enkel om de verbruiker te voorzien van het nodige ijswater. Op dat moment wordt het buffervat (= voorraadvat) van liter niet gekoeld aangezien het ijswater de weg zal nemen met de kleinste weerstand. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 105

129 Fig. 7.6.: koelvraag-debiet = debiet geleverd door secundaire pomp voor verdamper V & = 688m³/h > koelvraagdebiet > V & = 275m³/h Wanneer de koelvraag groter wordt dan het debiet geleverd door de secundaire pomp voor de verdamper (V & = 275m³/h), dan zal deze pomp bijgestaan worden door één frequentiegestuurde pomp (tot V & = 413m³/h). Samen leveren ze een frequentiegeregeld debiet tot een maximum volumedebiet van V & = = 688m³/h. Het ijswater afkomstig van de frequentiegestuurde pomp stroomt dan deels (V & = 275m³/h) via koelmachine (rode pijlen) en deels via het gekoelde buffervat (blauwe pijlen) naar de verbruikers. Studie van de absorptiekoelinstallatie in het AZ AV 106