Ciepło odpadowe ze sprężarki: co można z nim zrobić?

Podczas procesu sprężania sprężarka generuje nie tylko sprężone powietrze. Jednym z produktów ubocznych jest ciepło. Nawet najbardziej wydajne sprężarki przekształcają dużą część energii elektrycznej w ciepło:  

Około 94% energii elektrycznej dostarczanej do sprężarki (mocy na wale) przekształca się w ciepło, które musi zostać usunięte przez jej układ chłodzenia. Ogromna ilość wytwarzanego ciepła rodzi interesujące pytanie: czy to ciepło można ponownie wykorzystać w innych częściach przedsiębiorstwa?

Tak. Gdy firma potrzebuje ciepła do ogrzewania pomieszczeń, ciepłej wody użytkowej lub procesów przemysłowych, ciepło odpadowe ze sprężarki można wykorzystać w sposób produktywny. Poprzez odzyskiwanie tej energii przedsiębiorstwa mogą zmniejszyć swoje uzależnienie od konwencjonalnych źródeł energii opartych na paliwach kopalnych, takich jak kotły gazowe, jednocześnie obniżając koszty energii i emisję CO₂.

Skąd pochodzi ciepło?

Sprężanie powietrza generuje ciepło, które sprężarka musi usunąć, aby mogła działać niezawodnie. Odbywa się to poprzez chłodzenie olejem, wodą, powietrzem lub ich kombinacją, w zależności od rodzaju sprężarki. Bez ponownego wykorzystania to ciepło zazwyczaj jest odprowadzane do środowiska. Dzięki systemowi odzysku ciepła część tego ciepła jest wychwytywana i wykorzystywana w sposób produktywny.

W zależności od instalacji i zastosowania, znacząca część uwolnionego ciepła może zostać ponownie wykorzystana. Dokumentacja techniczna często odnosi się do odzysku około 75% do 90% dostępnego ciepła sprężania. Dokładny procent zależy od typu sprężarki, godzin operacyjnych, zapotrzebowania na ciepło oraz metody użytej do przenoszenia ciepła. 

Dwie praktyczne formy odzysku ciepła

Zazwyczaj istnieją dwa sposoby ponownego wykorzystania ciepła ze sprężarki:

1. Wykorzystanie ciepłego powietrza chłodzącego do ogrzewania pomieszczeń.
2. Przepływ wody chłodzącej przez wymiennik ciepła.

Oba rozwiązania mają swoje zalety i zastosowania. 

W tym układzie ciepłe powietrze chłodzące z pomieszczenia sprężarek jest przekierowywane przez kanały powietrzne do innego obszaru. Na przykład do warsztatu, magazynu, hali produkcyjnej lub pomieszczenia technicznego. Latem ciepło jest odprowadzane na zewnątrz. Zimą ciepłe powietrze może być przekierowane do wnętrza budynku, co pomaga zmniejszyć zapotrzebowanie na konwencjonalne ogrzewanie. 

To rozwiązanie jest szczególnie atrakcyjne, gdy:

• Sprężarka pracuje przez wiele godzin
• Zapotrzebowanie na ciepło znajduje się blisko pomieszczenia sprężarek
• Ciepło jest głównie potrzebne w chłodniejszych miesiącach
• Kanały powietrzne można zainstalować praktycznie i efektywnie
• Pomieszczenie nadaje się do ogrzewania ciepłym powietrzem

Jedną z głównych zalet jest to, że ta aplikacja może być stosunkowo prosta. Koncepcja jest jasna: ciepłe powietrze, które w przeciwnym razie byłoby wydmuchiwane na zewnątrz, jest kierowane do miejsca, gdzie potrzebne jest ciepło. 

Istnieją jednak pewne kwestie do rozważenia. Ciepłe powietrze jest mniej odpowiednie do transportu na duże odległości niż gorąca woda. Układ sterowania musi być również odpowiednio zaprojektowany, aby sprężarka mogła zawsze odprowadzać swoje ciepło, a ogrzewane pomieszczenie nie stało się zbyt ciepłe. 

Za pomocą wymiennika ciepła ciepło powstałe w procesie sprężania jest przekazywane do wody. Zimna woda przepływa przez wymiennik ciepła umieszczony w sprężarce lub w module odzyskiwania energii. Uwolnione ciepło jest absorbowane przez wodę, która następnie może być wykorzystana w instalacji grzewczej lub procesowej klienta. Aby zilustrować zasadę działania wymiany ciepła, zimna woda przepływa obok wymiennika ciepła i pochłania ciepło. 

Możliwe zastosowania obejmują:

• Wspieranie systemu centralnego ogrzewania
• Ogrzewanie podłogowe
• Ciepła woda użytkowa
• Ogrzewanie procesowe
• Podgrzewanie
• Kąpiele odtłuszczające
• Procesy czyszczenia
• Osuszanie lub uzdatnianie powietrza

Jedną z kluczowych zalet odzysku ciepła na bazie wody jest to, że ciepło może być przechowywane, kontrolowane i transportowane skuteczniej niż ciepłe powietrze. W rezultacie to rozwiązanie jest często bardziej atrakcyjne, gdy ciepło nie jest potrzebne bezpośrednio obok pomieszczenia sprężarek lub gdy istnieje konkretne zastosowanie procesowe. Jednak takie podejście wymaga dokładniejszej oceny technicznej. Odpowiednie rozwiązanie zależy od czynników takich jak:

• Dostępne ciepło sprężania
• Godziny pracy sprężarki
• Wielkość sprężarki większa niż 15 kW
• Wymagana temperatura wody
• Odległość do zapotrzebowania na ciepło
• Straty w rurach
• Istniejąca instalacja grzewcza
• Okres zwrotu inwestycji

Odzysk ciepła za pomocą wymiennika ciepła nie jest więc rozwiązaniem uniwersalnym. Zazwyczaj jest to rozwiązanie dostosowane do indywidualnych potrzeb. 

Odzysk ciepła to nie tylko ponowne wykorzystanie energii. Może on również pozytywnie wpływać na warunki panujące w pomieszczeniu sprężarki. Gdy ciepło powstałe podczas sprężania jest skuteczniej usuwane, temperatura w pomieszczeniu sprężarki może się obniżyć. Jest to korzystne, ponieważ zbyt ciepłe pomieszczenie sprężarki zwiększa ryzyko awarii i może negatywnie wpływać na wydajność sprężarki. Chłodniejsze powietrze zasysane do sprężarki pomaga jej lepiej pracować. Ciepłe powietrze wymaga więcej energii do sprężenia. Dobrze wentylowane pomieszczenie sprężarki oraz skuteczna strategia usuwania ciepła mogą zatem poprawić niezawodność, wydajność i żywotność Twojej instalacji. 

Z tego powodu odzysk ciepła to nie tylko kwestia zrównoważonego rozwoju. Ma on również wpływ na serwisowanie, niezawodność operacyjną oraz całkowity koszt posiadania.

Odzysk ciepła staje się szczególnie atrakcyjny, gdy spełnione są trzy warunki: 

1. Dostępna jest wystarczająca ilość ciepła: sprężarka pracująca przez wiele godzin generuje znacznie więcej użytecznego ciepła niż sprężarka działająca tylko okazjonalnie. 
2. Istnieje wyraźne zapotrzebowanie na ciepło: ciepło musi być wykorzystane w sposób sensowny. Na przykład w budynku, procesie produkcyjnym lub systemie ogrzewania. 
3. Integracja techniczna ma sens: odległość, wymagana temperatura, rurociągi oraz elementy kontrolne muszą być kompatybilne. Im krótsza i prostsza droga między źródłem ciepła a zapotrzebowaniem na ciepło, tym większe prawdopodobieństwo oszczędnego rozwiązania. Dlatego warto oceniać odzysk ciepła w naturalnych punktach decyzyjnych. Na przykład podczas wymiany sprężarki, remontu pomieszczenia sprężarki, modernizacji biur, rozbudowy produkcji lub modyfikacji systemu grzewczego. W tych momentach integrację można często wdrożyć bardziej inteligentnie i oszczędnie.