Jak ocenić możliwość odzysku ciepła z agregatu chłodniczego?

Odzysk ciepła · 10 min czytania

Agregat chłodniczy nie usuwa ciepła — pobiera je z chłodzonego medium, a następnie przekazuje do otoczenia przez skraplacz. Ilość ciepła oddawanego po stronie skraplacza jest większa od mocy chłodniczej urządzenia, ponieważ obejmuje również energię elektryczną doprowadzoną do sprężarek.

Oznacza to, że pracujący agregat może być źródłem znacznej ilości energii cieplnej. Nie każdą jej część można jednak odzyskać przy wymaganej temperaturze i wykorzystać w sposób ekonomicznie uzasadniony.

Ile ciepła oddaje agregat chłodniczy?

W uproszczeniu:

moc cieplna skraplacza = moc chłodnicza agregatu + moc pobierana przez sprężarki

Jeżeli agregat osiąga rzeczywistą moc chłodniczą 350 kW, a sprężarki pobierają łącznie 90 kW energii elektrycznej, po stronie skraplacza należy odprowadzić około:

350 kW + 90 kW = 440 kW ciepła

Rzeczywista moc zmienia się wraz z obciążeniem urządzenia, temperaturą parowania i skraplania, pracą sprężarek, wentylatorów, pomp oraz pozostałych elementów agregatu.

Moc nominalna nie oznacza stałej ilości ciepła

Do analizy nie należy przyjmować wyłącznie mocy z tabliczki znamionowej. Należy ustalić liczbę godzin pracy, stopień obciążenia, liczbę pracujących sprężarek, temperaturę parowania i skraplania, temperatury chłodzonego medium, sezonowe zmiany zapotrzebowania na chłód, okresy jednoczesnego zapotrzebowania na ciepło oraz ilość pobieranej energii.

Układ odzysku należy dobierać do rzeczywistego profilu pracy, a nie wyłącznie do wartości maksymalnej.

Na jakim poziomie temperatury można odzyskiwać ciepło?

Odzysk ciepła przegrzania par czynnika

Wymiennik montowany jest na przewodzie tłocznym sprężarki. Dostępna jest wtedy woda o wyższej temperaturze, ale ilość odzyskiwanej energii stanowi tylko część całkowitego ciepła oddawanego przez agregat.

Odzysk ciepła skraplania

Można odzyskać większą ilość energii, ale poziom temperatury wody jest związany z temperaturą i ciśnieniem skraplania.

Podnoszenie temperatury skraplania wyłącznie w celu otrzymania cieplejszej wody może zwiększać pobór energii elektrycznej, zmniejszać wydajność chłodniczą, pogarszać COP lub EER, zwiększać obciążenie sprężarek i skracać trwałość urządzenia.

Ile wody można podgrzać mocą 100 kW?

Orientacyjny przepływ wody można obliczyć ze wzoru:

V = Q / (1,163 × ΔT)

gdzie:

• V — przepływ wody w m³/h,
• Q — odzyskiwana moc cieplna w kW,
• ΔT — różnica temperatury wody w K.

Tabela obliczeniowa dla 100 kW

Dla 300 kW wartości z tabeli należy orientacyjnie pomnożyć przez trzy. Wyniki nie uwzględniają strat ciepła, zmian obciążenia agregatu, sprawności wymiennika ani okresów braku zapotrzebowania na wodę.

Najpierw należy znaleźć odbiorcę ciepła

Należy określić przeznaczenie ciepła, wymaganą temperaturę, godzinowe i dobowe zapotrzebowanie, jednoczesność z pracą agregatu, potrzebę magazynowania, sposób odprowadzenia nadmiaru oraz koszt obecnego źródła energii.

Odzyskane ciepło można wykorzystać do przygotowania wody technologicznej, wstępnego podgrzewania ciepłej wody użytkowej, wody do mycia, ogrzewania pomieszczeń, zasilania nagrzewnic, podgrzewania wody basenowej albo wspomagania procesów technologicznych.

Czy potrzebny jest zbiornik magazynujący?

Jeżeli produkcja ciepła i jego zużycie nie występują jednocześnie, konieczny może być zbiornik akumulacyjny. Ilość energii możliwej do zgromadzenia w wodzie można orientacyjnie określić:

E = 1,163 × V × ΔT

Przykładowo zbiornik 6 m³ pracujący od 40°C do 65°C może teoretycznie zgromadzić:

1,163 × 6 × 25 = około 174 kWh energii cieplnej

Rzeczywista ilość energii użytecznej będzie mniejsza ze względu na straty, rozwarstwienie wody, minimalną temperaturę wymaganą przez odbiorcę oraz sposób sterowania.

Jakie elementy może zawierać instalacja odzysku?

• wymiennik ciepła czynnika chłodniczego,
• wymiennik pośredni woda–woda albo woda–glikol,
• pompy obiegowe,
• zbiornik buforowy lub akumulacyjny,
• zawór trójdrogowy,
• naczynie wzbiorcze i zawór bezpieczeństwa,
• odpowietrzniki,
• czujniki temperatury, ciśnienia i przepływu,
• zabezpieczenia przed brakiem przepływu,
• układ odprowadzania nadmiaru ciepła,
• automatykę sterującą i rejestrującą parametry.

W zależności od parametrów dobieramy wymienniki płytowe lub płaszczowo-rurowe.

Układ odzysku nie może zakłócać pracy agregatu

Instalacja odzysku musi utrzymywać wymagane ciśnienie skraplania, prawidłowy powrót oleju, dopuszczalne spadki ciśnienia oraz możliwość pracy bez odbioru ciepła. Należy uwzględnić pracę przy częściowym obciążeniu, przełączanie pomiędzy odzyskiem a podstawowym skraplaczem i zachowanie fabrycznych zabezpieczeń agregatu.

Jakie pomiary należy wykonać?

• temperaturę i ciśnienie parowania oraz skraplania,
• temperaturę czynnika na tłoczeniu,
• przegrzanie i dochłodzenie,
• pobór mocy, liczbę i czas pracy sprężarek,
• temperaturę i przepływ chłodzonej wody lub glikolu,
• temperaturę wody przeznaczonej do podgrzania,
• godzinowe i dobowe zużycie ciepłej wody,
• profil zapotrzebowania na ciepło.

Pomiary powinny obejmować reprezentatywny okres pracy instalacji.

Kolejność oceny możliwości odzysku

1. Zebranie dokumentacji agregatu i instalacji.
2. Ustalenie rzeczywistych parametrów oraz czasu pracy urządzenia.
3. Określenie dostępnej mocy i poziomów temperatury.
4. Ustalenie zapotrzebowania odbiorców ciepła.
5. Porównanie czasu produkcji i zużycia energii.
6. Określenie wymaganej pojemności magazynowania.
7. Dobór wymienników, pomp, armatury i automatyki.
8. Ocena wpływu rozwiązania na pracę agregatu.
9. Obliczenie spodziewanych oszczędności i kosztu realizacji.
10. Przygotowanie koncepcji albo projektu technicznego.

Jakie informacje przesłać do wstępnej oceny?

• producenta, typ i moc agregatu,
• rodzaj czynnika chłodniczego,
• schemat obiegu chłodniczego,
• temperatury i przepływy chłodzonego medium,
• informacje o liczbie i czasie pracy sprężarek,
• pobór mocy urządzenia,
• wymagane temperatury odbiorników ciepła,
• godzinowe i dobowe zapotrzebowanie na podgrzewaną wodę,
• zdjęcia agregatu i miejsca planowanej instalacji,
• numer telefonu osoby odpowiedzialnej za instalację.

Materiał ma charakter ogólny i edukacyjny. Nie zastępuje indywidualnego bilansu energetycznego, obliczeń chłodniczych, dokumentacji producenta ani projektu technicznego.