Odzysk ciepła z procesów technologicznych. Cenny chłód

W wielu przypadkach mamy do czynienia z chłodzeniem ich agregatami wody lodowej z chłodniami wentylatorowymi. Ciepło odzyskiwane w procesie chłodzenia jest więc bezpowrotnie tracone i usuwane do atmosfery. O ile w okresie letnim jest to nie do uniknięcia ze względu na brak lub niewielkie zapotrzebowanie na ciepło, o tyle w okresie zimowym ciepło to może być wykorzystane do celów grzewczych.
Ważne proporcje
W zależności od proporcji bilansu ciepła i „chłodu” oraz temperatur czynnika chłodniczego istnieją możliwości wykorzystania ciepła i wytwarzania chłodu przez pompy ciepła. * Zastosowanie pomp ciepła woda/woda w połączeniu z chłodnią wentylatorową. Rozwiązanie to polega na chłodzeniu wody technologicznej w pompie ciepła i odbiór ciepła przez instalację grzewczą we współpracy z chłodnią wentylatorową. Zastosowanie pomp ciepła woda/woda z chłodnią wentylatorową zalecane jest w przypadku dużego zapotrzebowania na moc grzewczą oraz ciągły nieprzerwany proces produkcyjny. W przypadkach przerw w pracy wymagane jest dodatkowe źródło ciepła w postaci kotła elektrycznego, gazowego lub olejowego. Istnieje niebezpieczeństwo, że woda technologiczna nie będzie spełniała parametrów jakościowych. Wówczas należy ją odseparować od parownika pompy ciepła poprzez wymiennik pośredni. * Zastosowanie pomp ciepła glikol/woda w połączeniu z wymiennikiem gruntowym pionowym (sondami ziemnymi) lub poziomym (kolektor gruntowy). Rozwiązanie to polega na chłodzeniu wody technologicznej w pompie ciepła poprzez wymiennik glikol/woda i odbiór ciepła przez instalację grzewczą we współpracy z wymiennikiem gruntowym. Zastosowanie pomp ciepła glikol/woda z wymiennikiem gruntowym zalecane jest niezależnie od częstotliwości i długości cyklów pracy w trybie chłodzenia. Przerwy w procesie technologicznym nie mają tutaj wpływu na pracę systemu grzewczego, a jedynie na alternatywne lub biwalentne wykorzystanie odpowiedniego rodzaju dolnego źródła ciepła. Nie jest wymagane więc dodatkowe urządzenie grzewcze. Ze względu na stabilną temperaturę gruntu pionowy wymiennik gruntowy jest wydajniejszy od poziomego. Chłodzenie maszyn technologicznych, w zależności od wymaganej temperatury wody lodowej, możemy realizować w dwóch trybach.
Tryb chłodzenia pasywnego
tryb chłodzenia pasywnego jest to przekazywanie energii „chłodniczej” gruntu bez udziału pracy sprężarek pompy ciepła. Energia elektryczna potrzebna jest tylko do pracy pomp obiegowych, co powoduje minimalne zużycie energii w tym trybie chłodzenia. Roztwór wodny glikolu (solanka) jest kierowany z wymiennika gruntowego na wymiennik pośredni solanka/woda, gdzie odbiera ciepło z wody chłodzącej maszyny, a następnie poprzez parownik pompy ciepła wraca do dolnego źródła. Tam ulega on ponownemu schłodzeniu, oddając pobrane wcześniej ciepło do gruntu. Dzięki temu proces regeneracji dolnego źródła ulega przyspieszeniu. Osiągalna temperatura solanki z wymiennika gruntowego wynosi ok. 12oC, co powoduje, że „chłód” wytwarzany w wymienniku gruntowym może być wykorzystany w chłodzeniu niektórych maszyn technologicznych. Moc chłodnicza dolnego źródła, przy założeniu temperatury gruntu +100C i gorszego niż dla trybu grzewczego współczynnika wymiany ciepła, wyniesie szacunkowo 50% mocy grzewczej założonej dla trybu ogrzewania. W przypadku niedoboru „chłodu” istnieje możliwość automatycznego przełączenia na tryb ogrzewania aktywnego, w którym pompy ciepła spełniać będą funkcję agregatów wody lodowej.
Tryb chłodzenia aktywnego
Tryb chłodzenia aktywnego jest to wytwarzanie wody lodowej przy wykorzystaniu pompy ciepła jako agregatu wody lodowej. Tryb ten jest włączany w przypadku zbyt niskiej wydajności chłodzenia w trybie chłodzenia pasywnego. Do wejścia dolnego źródła zostaje podłączony bufor wody lodowej. Podstawową funkcją pomp ciepła w tym trybie jest wytwarzanie wody lodowej, a powstałe w efekcie tego procesu ciepło może być wykorzystane do przygotowywania c.w.u. W przypadku braku zapotrzebowania odprowadzane jest do wymiennika gruntowego. Uzyskuje się tu też efekt ogrzewania wymiennika gruntowego, co powoduje szybszy proces regeneracji cieplnej gruntu oziębionego podczas eksploatacji. To rozwiązanie jest szczególnie korzystne ekonomicznie w przypadku obiektów o dużym zapotrzebowanie na c.w.u., ponieważ w tym trybie wykorzystujemy obie strony procesu – tak grzanie, jak i chłodzenie.
Efekt ekonomiczny
Mamy tu do czynienia z obniżeniem kosztów wytwarzanej energii cieplnej w stopniu zależnym od ciągłości procesu technologicznego i proporcji zapotrzebowania mocy grzewczej do mocy chłodniczej. Najkorzystniejszy jest, oczywiście, system z wymiennikiem gruntowym pionowym, przynoszący też znaczne oszczędności kosztów chłodzenia, jednak jest on najdroższy inwestycyjnie. Dlatego przed podjęciem decyzji o wyborze systemu należy dokonać analizy techniczno-ekonomicznej w oparciu o oczekiwania w stosunku do kosztów eksploatacyjnych i możliwości finansowania. Dzięki analizie technicznej możemy dobrać odpowiedni system w zależności od zapotrzebowania na moc grzewczą i chłodniczą oraz wymaganych temperatur w obu tych trybach. Jeżeli wymagana będzie instalacja z wymiennikiem gruntowym, analiza powinna obejmować również możliwości jego wykonania (dostępna powierzchnia działki i stan jej zagospodarowania). Analiza ekonomiczna oznacza porównanie kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych systemu z pompą ciepła i bez niej. Obliczone w ten sposób różnice pozwalają na ustalenie przybliżonego czasu zwrotu inwestycji. Niepewność analizy ekonomicznej wiąże się z dokonywaniem obliczeń na podstawie cen bieżących, które w branym pod uwagę okresie mogą ulec zmianom zwłaszcza w przypadku kosztów eksploatacyjnych. Wynik analizy ekonomicznej będzie mniej korzystny w przypadku zakładów produkcyjnych już wyposażonych w systemy grzewczo-chłodnicze.
Efekt ekologiczny
Jest to efekt ograniczenia emisji szkodliwych produktów spalania do środowiska. Ma to szczególne znaczenie przy cieple produkowanym przez kotłownie węglowe zakładowe czy osiedlowe. Zgodnie z podpisanymi przez Polskę zobowiązaniami będą one musiały zostać zlikwidowane. Należy pamiętać o tym, że w związku z karnymi opłatami cena wytworzonej w takich kotłowniach energii będzie systematycznie rosnąć, co jest dodatkowym argumentem za jak najszybszym przejściem na inne źródła ciepła, mniej obciążające środowisko naturalne.
Wnioski
System grzewczo-chłodniczy z wykorzystaniem ciepła z procesów technologicznych jest systemem bardzo korzystnym pod względem ekonomicznym i ekologicznym. Oszczędności w kosztach eksploatacyjnych mogą dochodzić do 80%. Aby wybrać optymalne rozwiązanie, należy przeprowadzić analizę techniczno-ekonomiczną jak przedstawiono wyżej. Ostrzegamy przy tym przed wprowadzaniem doraźnych, nieprzemyślanych zmian, które miałyby w założeniu poprawić efektywność systemu grzewczego. Jeżeli nie będą one poprzedzone sumienną i szczegółową analizą, mogą przynieść efekty odwrotne od zamierzonych, a także zakłócić przebieg procesów produkcyjnych, co spowoduje kolejne straty finansowe.

Mirosław Kozłow Fot. z arch. firmy Hydro-Tech
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij