Tepelná čerpadla snižují náklady v průmyslu
Nástup tepelných čerpadel do energetického hospodářství průmyslových podniků je nezadržitelný. Snižují spotřebu energií i tam, kde to jinak nejde.
Nejčastější představa o funkci tepelných čerpadel je ta, že získávají teplo z venkovního prostředí a získanou energii předávají do objektu pro vytápění a přípravu teplé vody. Možnosti tepelných čerpadel jsou však mnohem větší. To se projevuje v růstu zájmu o jejich uplatnění v průmyslových procesech i ve velké energetice. S růstem cen energií přibývají aplikace, o které až donedávna nebyl zájem. Několik konkrétních příkladů dokumentují tepelná čerpadla českého výrobce Master Therm.
Využití tepla, které se jeví jako zbytečné
Při poctivé analýze toků tepelné energie ve výrobních procesech lze objevit řadu míst, ve kterých se vyskytuje odpadní teplo. To v některých případech samovolně uniká do okolí a zvyšuje teplotní zátěž pracovního prostředí. V mnoha dalších procesech je nezbytné odpadní teplo odvádět, tzn. aktivně chladit.
Běžnou zvyklostí je instalace vzduchových nebo vodních chladičů, které teplonosnou látku ochladí a teplo předají bez dalšího využití do venkovního prostředí – nejčastěji do vzduchu, případně do vody v přírodních tocích.
Právě na využití odpadního tepla jsou zaměřeny průmyslové aplikace společnosti MasterTherm. Pomocí tepelných čerpadel vlastní výroby zajišťují na jedné straně chlazení výrobních technologií a na straně druhé zpětně získané odpadní teplo využívají pro technologické ohřevy, pro potřeby vytápění, nebo pro ohřev teplé vody.
Teplo z chlazení kalicích vakuových pecí
Tvrdost ocelových nástrojů se zvyšuje kalením. To je proces, při kterém se zvýší teplota nástroje až na více než tisíc stupňů, poté se nástroje relativně rychle ochladí a při tom dojde ke změně struktury oceli a zvýší se její tvrdost. I navazující postupy jsou velmi náročné na spotřebu tepla, ať už se jedná o popouštění, nitridování a podobně.
V liberecké kalírně společnosti Bodycote k tomu využívají několik vakuových kalicích a popouštěcích pecí. Vnější plášť pecí je chlazen vodou z chladícího systému o výkonu mnoha stovek kilowat. Část energie z chladícího okruhu nově využívá kaskáda tří tepelných čerpadel Master Therm AquaMaster 120Z s celkovým chladicím výkonem 177 kW. Teplá strana tepelných čerpadel zajišťuje vytápění výrobních hal, vytápění kanceláří v administrativní části objektu a celoroční přípravu teplé vody.
Bodycote
Galvamet
Vzhledem k velmi příznivé teplotě primárního tepla pracují tepelná čerpala v optimálním režimu s teplotním spádem na vstupu 25/20 °C a na výstupu 40/50 °C. Topný výkon je za těchto podmínek 219 kW, průměrný topný faktor COP 5,2, tedy s elektrickým příkonem jen 42,1 kW.
Obdobné využití tepla z kalicích pecí lze nalézt například i v kalírně společnosti Galvamet, Vsetín. Také zde tepelná čerpadla využívají teplo z chladícího okruhu pecních zařízení a zajištují veškerou spotřebu tepla a teplé vody v celém objektu.
Chlazení spalin a směsi plynu se vzduchem do plynových kogenerací
Mnoho tepláren v současnosti přechází z uhlí na zemní plyn. Instalují se moderní plynové kotle a v čím dál větším rozsahu i kogenerační jednotky pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny. V obou případech se vyskytuje potenciál k energeticky výhodnému uplatnění tepelných čerpadel.
Na výstupu spalin kotlů v teplárenském provozu se často instaluje vodní dochlazovač spalin – kondenzační spalinový výměník Dochlazením spalin v se získává dodatečné (tzv. spalné) teplo plynu nad rámec jeho výhřevnosti. S čím nižší teplotou dochlazovač pracuje, tím vyšší je zisk spalného tepla. Právě pro dochlazování spalinových výměníků je možné použít tepelné čerpadlo a významně zvýšit stupeň kondenzace vodních par a tím až několikanásobně zvětšit zisk tepla z výměníku.
ČEZ Energo
I samotný provoz kogeneračních jednotek v sobě skrývá zajímavý potenciál pro využití tepelných čerpadel. Stlačenou směs plynu a vzduchu je nutné před přivedením do motoru jednotky chladit. Chladiče, tzv. intercoolery, se běžně chladí pomocí suchých chladičů a teplo je odváděno do okolního vzduchu.
V rámci společnosti ČEZ Energo je v provozu již více než 20 instalací, ve kterých jsou instalována tepelná čerpadla Master Therm typu voda-voda. Jejich primární strana ochlazuje intercooler a sekundární strana vrací zpětně získané teplo z chlazení plnící směsi je vraceno zpět do zpátečky topné vody.
V jednom konkrétním případě, s pomocí elektrického příkonu 56 kW potřebného pro pohon kompresorů tepelných čerpadel, se nově generuje a do zpátečky vrací až 308 kW tepla, které by jinak bylo nutné do centrálního systému zásobování dodat z kotlů na zemní plyn. To přináší značný ekonomický a energetický přínos a velkou úsporu CO2.
Tepelná čerpadla v potravinářském průmyslu a HORECA
Kuchyně
Zpracování a skladování potravin vyžaduje na jedné straně mnoho chladu a na druhé tepla. Typickým příkladem přebytku tepla je provoz velkokuchyní. Jídlo se připravuje vařením, smažením, pečením, a při tom se do prostoru kuchyně uvolňuje velké množství tepelné energie.
Kuchyně vyžadují poměrně velký přívod čerstvého venkovního vzduchu a s odpadním vzduchem se odvádí přebytečné teplo. Rekuperaci odváděného tepla pomocí výměníku vzduch/vzduch ve vzduchotechnické jednotce lze využít zpravidla jen v chladných dnech a po zbytek roku je přebytečné teplo vypouštěno do venkovního prostředí bez využití. Přitom kuchyně vykazují velkou spotřebu teplé vody.
Pro její přípravu jsou využitelná invertorová tepelná čerpadla Master Therm AQ90 voda-voda, jak dokazuje příklad jejich kombinace s větrací jednotkou ATREA osazenou výměníkem vzduch-voda. A když je tepla více, lze ho využít i k vytápění okolních místností.
POEX
Jiným příkladem souběžné potřeby tepla a chladu je výroba cukrovinek s čokoládovou polevou. Polevu je třeba udržovat v teplém tekutém stavu a hotové výrobky se musí ochladit. Protože teploty obou technologických procesů jsou příznivé pro využití tepelného čerpadla, jeho využitím je možné zajistit chlazení a odpadní teplo vrátit pro ohřev čokolády.
Tento způsob je využit ve společnosti POEX Velké Meziříčí, kde tepelná čerpadla Master Therm voda-voda jedním příkonem kompresorů chladí výkonem až 86 kW sklad surovin a na druhé straně ohřívají horkou čokoládu a připravují teplou vodu.
Shrnutí
V průmyslu je mnoho příležitostí k úsporám energie. Ne vždy jsou tak ekonomicky významné, aby bylo smysluplné je využít. V některých případech provozní technologové mohou mít i obavy, že instalování chlazení a zpětného využití tepla s pomocí tepelných čerpadel může výrobní technologie negativně ovlivnit.
Jak ukazují příklady Master Therm, pokud se propojí znalosti a zkušenosti výrobce tepelných čerpadel s potřebami výrobních technologií, obavy jsou zbytečné, neoprávněné.
Jak zdůrazňují v Master Thermu, část vyráběných tepelných čerpadel navrhují právě pro konkrétní provozní podmínky v průmyslu. A to Master Therm zásadně odlišuje od masové produkce.
Master Therm je český výrobce tepelných čerpadel vzduch-voda, země-voda, voda-voda s certifikací EHPA a registrací pro dotace. Tepelná čerpadla s tradicí od roku 1994 pro rodinné i bytové domy a průmyslové objekty všech velikostí. Výroba, projekt, ...