Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Możliwości odzysku ciepła z instalacji chłodniczej w supermarkecie
Ocena użytkowników: / 5
SłabyŚwietny 
Data dodania: 27.05.2015

Kiedy mówimy osobom spoza branży instalacyjnej lub budowlanej o naszym zawodzie, często spotykamy się z brakiem zrozumienia czym tak naprawdę się zajmujemy i jak działa chłodnictwo. Wtedy często szukamy analogii dla obiegu chłodniczego lub przykładów znanych wszystkim z życia codziennego. Tłumaczymy, że odbieramy ciepło od chłodzonego towaru i oddajemy je w skraplaczu. Wspominamy też coraz częściej, lub praktycznie zawsze o fakcie, że ciepło to można wykorzystać.

Ta ostatnia myśl skłania autora do stwierdzenia, że odzysk ciepła z instalacji chłodniczej stał się już elementem tak podstawowym jak samo chłodnictwo. Oczywiście nadal wiele instalacji nie jest wyposażonych w odzysk, niemniej jednak nie wyobrażamy sobie nowej instalacji bez chociażby rozważenia, co można zrobić z pozyskanym w procesie chłodniczym ciepłem.

 

Rozważania o odzysku ciepła należy rozpocząć od precyzyjnego określenia, w którym miejscu znajduje się ciepło do odzyskania, ile jego jest, w jakiej jest temperaturze i co można z nim zrobić.

 

W naszych rozważaniach posłużmy się przedstawionym schematem układu chłodniczego na rysunku 1. pracującym przy następujących założeniach:

  • czynnik chłodniczy: R404A;
  • sprężarka: tłokowa 196 m3/h;
  • temp. odparowania: -10°C;
  • temp. skraplania: +45°C;
  • temp. dochłodzenia: 2°C;
  • temp. przegrzania: 20°C;
  • COP: 2,19.

 

Na dzień dzisiejszy nie spotyka się instalacji odzyskujących energię inną niż ciepło skraplania. Określenie odzysk ciepła skraplania jest oczywiście uproszczeniem. W rzeczywistości pod tym terminem kryją się trzy strumienie ciepła:

  • ciepło przegrzania czynnika w stanie gazowym,
  • ciepło skraplania
  • oraz ciepło dochłodzenia skroplonego czynnika.

 

Przykładowo dla instalacji chłodniczej o mocy 100 kW pracującej w warunkach jak powyżej można uzyskać następujące ilości energii o wartościach temperatury:

  • całkowite ciepło skraplania (energia z ochłodzonego towaru + praca sprężarki): 145 kW;
  • ciepło przegrzania czynnika w stanie gazowym o temperaturze 83°C: 20 kW, co pozwala ogrzać 0,38 m3 wody od temperatury 5°C do 50°C w ciągu godziny (9 m3 w ciągu doby). Uwzględniając sprawność wymiennika 75% oraz całkowity czas pracy sprężarek w ciągu doby 50% daje to 3,4 m3 wody na dobę lub 1231 m3/rok;
  • ciepło skraplania czynnika w temperaturze 45°C: 105 kW; 
  • ciepło dochłodzenia czynnika od temperatury 45°C do temperatury 43°C: 20 kW.

 

Energia pochodząca z ciepła skraplania oraz dochłodzenia pozwala na ogrzanie 3,6 m3 wody od temperatury 5°C do 35°C w ciągu godziny (86 m3 w ciągu doby). Uwzględniając sprawność wymiennika 75% oraz całkowity czas pracy sprężarek w ciągu doby 50% daje to 32 m3 wody na dobę lub 11 680 m3/rok.

 

Po zapoznaniu się z powyższymi wynikami nasuwają się następujące wnioski: dostępne ciepło można podzielić na to wysokotemperaturowe, którego niestety jest niewiele oraz na niskotemperaturowe, którego jest dostępna znaczna ilość.

 

W obiektach handlowych temperaturę ciepłej wody użytkowej utrzymuje się w okolicach 50°C oraz 60°C dla C.O. (czasem 90°C). Oznacza to, że bezpośrednio do ogrzania wody wykorzystać można jedynie ciepło przegrzania. Całą resztę dostępnej energii należy traktować jako wstępne podgrzanie wody, która nadal musi być dogrzana przez inne źródło ciepła (np. kocioł).

 

Jak już autor wspominał we wcześniejszym artykule, większość obiektów handlowych z instalacjami chłodniczymi (sklepy spożywcze, hipermarkety itd.) posiada taką proporcję wielkości instalacji chłodniczej do zapotrzebowania w wodę użytkową, że wykorzystanie jedynie ciepła przegrzania pozwala na zaspokojenie całego zapotrzebowania w ciepłą wodę użytkową.

 

 

2015 05 64 1

Rys. 1. Schemat ogólny obiegu chłodniczego

 

 

Ile zatem możemy zaoszczędzić

 

Podliczmy w kilku wariantach, jakie oszczędności ekonomiczne oraz ekologiczne wynikają z ogrzania wody użytkowej ciepłem odpadowym z chłodnictwa przy założeniach:

  • Dla energii elektrycznej:
    • 1 kWh = 0,3 zł;
    • Biorąc pod uwagę, że energia elektryczna w Polsce w większości powstaje poprzez spalanie węgla brunatnego 1 kWh = 1 kg CO2;
  • Dla gazu ziemnego:
    • Energetyczność 1 m³ gazu ziemnego = ok. 10,5 kWh/m³;
    • Koszt (przy cenie 1 m3 =2 pln) = 15 350 zł/rok;
    • Emisja CO2 (przy spalaniu gazu = ok. 0,2 kg/kWh) = 12 894 kg CO2/rok;
  • Dla oleju opałowego:
    • Energetyczność 1 kg oleju opałowego = ok. 11,9 kWh/kg;
    • Koszt (przy cenie 1 dm3 = 2,8 zł) = 24 077 zł/rok;
    • Emisja CO2 (przy spalaniu oleju = ok. 0,26 kg/kWh) = 16 762 kg CO2/rok.

 

Wyniki obliczeń przedstawione zostały w tabeli 1.

 

 

2015 05 65 1

 

 

Rozwiązaniem kompromisowym jest wykorzystanie wody o temperaturze 35°C do ogrzewania pomieszczeń poprzez ogrzewanie podłogowe. Jest to bardzo efektywna energetycznie metoda, która bez dodatkowych nakładów energii (gaz, energia elektryczna, inne paliwa) pozwala wykorzystać całość dostępnego ciepła. Analogicznie więc 125 kW ciepła o temperaturze 35°C pozwoli ogrzać obiekt o kubaturze około 3000 m3.

 

Niestety odzysk ciepła z instalacji chłodniczej nie ma samych zalet. Istnieją ślepe uliczki, którymi niekiedy podążają klienci, a za nimi instalatorzy.

 

Przykładem takiej sytuacji jest chociażby wymuszone utrzymywanie podwyższonej temperatury skraplania (ciśnienia) w celu ogrzania wody do jak najwyższej temperatury. Jak wiemy, mimo iż wydajność instalacji chłodniczej oblicza się dla temperatury skraplania 45°C, to w rzeczywistości są to warunki najcięższe i przez znaczną większość czasu instalacja chłodnicza skrapla przy temperaturach niższych – załóżmy 32°C. Oczywiście obniżenie temperatury skraplania jest bardzo korzystne ze względu na zmniejszenie czasu pracy sprężarek oraz na zwiększenie COP. Sztuczne podwyższanie temperatury skraplania nie jest korzystne ekonomicznie.

 

Odzysk ciepła należy projektować tak, aby możliwie mało wpływał na podstawowe funkcje instalacji chłodniczej. Ze względu na niskie COP – bliskie 1 – oraz niewielkie ilości ciepła, odzysk ciepła z instalacji mroźniczej jest bardzo mało opłacalny. Przy COP 1 wydajność jest taka sama jak przy ogrzewaniu grzałką elektryczną, co nie pozostawia miejsca na zwrot finansowy inwestycji.

 

Jak wcześniej wspomniano odzysk ciepła należy projektować tak, aby nie miał negatywnego działania na układ chłodniczy. Na rysunku 2. przedstawiony został przykładowy sposób podłączenia wymiennika do odzysku ciepła.

 

 

2015 05 65 2

Rys. 2. Schemat automatyki odzysku ciepła

 

 

Powyższy schemat stworzony jest zgodnie z wytycznymi producentów automatyki, jednak doposażony w dwa elementy, które poprawiają działanie.

 

Poza zwykle stosowanymi elementami automatyki dla bezpieczeństwa na linii by-passu do wymiennika ciepła warto stosować zawór elektromagnetyczny NC (A), który otwiera się w momencie zamknięcia zaworu głównego. Ta dodatkowa funkcja zabezpiecza przed niekontrolowanym powrotem czynnika chłodniczego (w postaci gazu lub cieczy) do sprężarki, a także przed zbieraniem się czynnika chłodniczego w wymienniku ciepła. Takie zjawisko z jednej strony powodowałoby znaczne zmiany poziomu czynnika w zbiorniku między włączeniem a wyłączeniem odzysku oraz uderzenia cieczowe, które mogą uszkodzić rurociągi.

 

(...)

 

Jaki wybrać wymiennik

 

(...)

 

Wymiennik płytowy

 

(...)

 

Wymiennik płaszczowo-rurowy

 

(...)

 

Podsumowanie

 

Słowem zakończenia, odzysk ciepła jest bardzo dobrą i prostą do realizacji metodą na oszczędność finansową oraz ekologiczną. Większość inwestorów wymaga zwrotu takiej inwestycji w ciągu 4 lat. Obliczenie czy jest to osiągalne – jak pokazano powyżej – jest bardzo proste. Poza finansowym niewykorzystanym handlowo i marketingowo pozostaje potencjał ekologiczny. Warto zwracać klientowi uwagę, że zmniejszenie produkcji CO2 dostaje niejako za darmo i może to wykorzystać w swoich kampaniach reklamowych.

 

 

Maurycy SZWAJKAJZER

kierownik serwisu, projektant oraz kierownik projektu,
Szwajkajzer Engineering

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.