Jak obniżyć koszty energii w sprężarkowni dzięki odzyskowi ciepła?
Sprężarki powietrza mogą odpowiadać za znaczną część zużycia energii elektrycznej w zakładzie przemysłowym. Jednak koszt ich eksploatacji nie musi ograniczać się wyłącznie do rachunku za prąd. Podczas sprężania powietrza powstają duże ilości ciepła, które w standardowych instalacjach są odprowadzane do otoczenia.
Odpowiednio zaprojektowany odzysk ciepła może pozwolić wykorzystać część tej energii do ogrzewania pomieszczeń lub podgrzewania wody. W połączeniu z prawidłowo dobraną sprężarką z falownikiem daje to dwie możliwości ograniczenia kosztów: zmniejszenie zużycia energii elektrycznej oraz zapotrzebowania na energię potrzebną do ogrzewania.
Jak działa odzysk ciepła ze sprężarki śrubowej?
Podczas pracy sprężarki znaczna część pobieranej energii elektrycznej ostatecznie zamienia się w ciepło, jest to około 80-93% energii zużywanej przez przemysłową sprężarkę powietrza. Odpowiednio zaprojektowany układ może umożliwić odzyskanie części tej energii i wykorzystanie jej do innych celów.
W olejowych sprężarkach śrubowych odzysk może odbywać się na dwa sposoby:
-
Odzysk do wody – poprzez wymiennik ciepła odbierający energię z gorącego oleju sprężarkowego. Uzyskane ciepło można wykorzystać np. do wstępnego podgrzewania wody technologicznej lub użytkowej.
-
Odzysk do powietrza – poprzez skierowanie ogrzanego powietrza z układu chłodzenia sprężarki do pomieszczeń wymagających ogrzewania. W okresach bez zapotrzebowania na ciepło powietrze może być odprowadzane na zewnątrz.
Wybór rozwiązania zależy od sposobu wykorzystania odzyskanej energii. Jeżeli zakład przez cały rok potrzebuje ciepłej wody, odzysk do obiegu wodnego może być korzystniejszy niż sezonowe ogrzewanie hali.
Ważne jest również rozróżnienie ilości ciepła powstającego podczas sprężania od energii, którą rzeczywiście można wykorzystać. O końcowych oszczędnościach decyduje nie tylko sprawność odzysku, ale również możliwość odbioru ciepła w czasie pracy sprężarki.
Czy warto połączyć falownik z odzyskiem ciepła?
Falownik i odzysk ciepła ograniczają różne składniki kosztów eksploatacji sprężarkowni. Pierwszy może zmniejszać pobór energii elektrycznej przez dopasowanie wydajności sprężarki do zapotrzebowania na powietrze. Drugi umożliwia wykorzystanie części energii cieplnej powstającej podczas sprężania.
W zakładach o zmiennym poborze sprężonego powietrza zastosowanie falownika może ograniczyć straty związane z pracą sprężarki przy niepełnym obciążeniu. Odzysk ciepła daje natomiast możliwość zmniejszenia ilości energii kupowanej na potrzeby ogrzewania lub podgrzewania wody.
Warto jednak pamiętać o istotnej zależności: gdy sprężarka z falownikiem zmniejsza pobór energii elektrycznej, zazwyczaj zmniejsza się również ilość ciepła dostępnego do odzyskania. Z tego względu obu korzyści nie należy obliczać niezależnie na podstawie maksymalnych deklaracji producenta i następnie ich sumować.
Nie oznacza to, że falownik jest warunkiem zastosowania odzysku ciepła. Układy odzysku można stosować także w odpowiednio przystosowanych sprężarkach stałoobrotowych.
Szerzej o zależności pomiędzy profilem zapotrzebowania na powietrze a zużyciem energii piszemy w artykule „Kompresor z falownikiem – kiedy oszczędza energię?”.
Kiedy odzysk ciepła ma sens i jak dobrać odpowiednią sprężarkę?
Największy potencjał mają instalacje, w których sprężarki pracują przez wiele godzin, a zakład równocześnie potrzebuje ciepła. Szczególnie interesujące są procesy wymagające regularnego podgrzewania wody, ponieważ umożliwiają wykorzystanie odzyskiwanej energii również poza sezonem grzewczym.
Nie w każdej sprężarkowni inwestycja będzie jednak opłacalna. Krótki czas pracy urządzeń, sezonowe zapotrzebowanie na ogrzewanie, zbyt wysoka wymagana temperatura wody czy duża odległość między sprężarką a odbiornikiem ciepła mogą ograniczać korzyści ekonomiczne. Przed doborem rozwiązania warto sprawdzić:
-
rzeczywisty pobór mocy i liczbę godzin pracy sprężarek,
-
zmienność zapotrzebowania na sprężone powietrze,
-
wymaganą temperaturę i ilość ciepłej wody,
-
możliwość wykorzystania ciepła w poszczególnych miesiącach,
-
koszt dotychczasowego źródła ogrzewania,
-
dostępne miejsce i warunki techniczne wykonania instalacji.
Jakie rozwiązania są dostępne w ofercie PNEUMA?
Przykładem sprężarek umożliwiających połączenie regulacji wydajności i odzysku ciepła są FRECON PLUS PM firmy Hertz Kompressoren. Urządzenia wykorzystują falownik oraz silnik synchroniczny z magnesami trwałymi IPM klasy IE5, a producent przewiduje możliwość zastosowania odzysku ciepła w odpowiednich konfiguracjach.
Dla instalacji wymagających większych wydajności dostępne są również dwustopniowe sprężarki IMPETUS VSD, w których producent także przewiduje opcjonalny odzysk ciepła. Z kolei sprężarki HSC-D pokazują, że możliwość odzysku energii cieplnej nie ogranicza się wyłącznie do konstrukcji zmiennoobrotowych.
Dostępność i parametry układu odzysku wymagają każdorazowo potwierdzenia dla wybranego modelu i konfiguracji urządzenia.
Przykład praktycznego wykorzystania tej technologii przedstawiliśmy również w materiale dotyczącym sprężarkowni Hertz z systemem odzysku ciepła EKOKIT.
Odpowiednio dobrana sprężarka i układ odzysku ciepła mogą więc ograniczyć koszty eksploatacji zakładu na dwa sposoby. Warunkiem jest jednak dopasowanie ich do rzeczywistego zapotrzebowania na sprężone powietrze i energię cieplną, a nie wyłącznie do parametrów katalogowych.
Planujesz modernizację sprężarkowni lub szukasz sposobu na ograniczenie kosztów energii? Skontaktuj się z nami. Pomożemy dobrać rozwiązanie uwzględniające warunki pracy sprężarek i możliwości wykorzystania ciepła odpadowego w Twoim zakładzie.