Spätné získavanie odvádzaného tepla pri skrutkových kompresoroch.
Pri výrobe stlačeného vzduchu narastá v procese stláčania jeho teplota. Výsledná teplota závisí od konštrukcie kompresora, teploty vzduchu na vstupe a výsledného tlaku. Za účelom ekonomickej prevádzky kompresora a získania kvalitného tlakového vzduchu je nutné chladiť kompresor počas stláčania vzduchu buď vzduchom nasatým z kompresorovne alebo zvonka, čo je výhodnejšie, alebo chladiacou vodou.
Chladiaci ohriaty vzduch sa ventilátorom dopravuje opäť von, čím sa všetka, vzduchu odovzdaná energia, odvádza nevyužitá.
Stúpajúce náklady na energiu nútia výrobcov a aj prevádzkovateľov kompresorov vyvíjať a používať výkonné zariadenia na spätné získanie tepla, ktoré sa dá využiť na vyhrievanie priestorov a prípravu kurenárskej alebo úžitkovej vody. Aby sme vedeli odhadnúť možnosti spätného získavania tepla pri kompresoroch, musíme poznať základy termodynamiky, t.j. ako sa premieňa v kompresore prijatá elektrická energia na teplo. Energia, ktorú dopravuje ohriaty chladiaci vzduch alebo voda, obsahuje asi 95 % elektrickej energie, ktorú sme priviedli do kompresora.
Len asi 4 % energie zostávajú ako zvyškové teplo v stlačenom vzduchu a sú odvádzané do tlakovej siete. Zvyšné 1 % sú straty energie sálaním do okolitého prostredia. Aj motor premieňa elektrickú energiu na teplo, takže treba brať do úvahy aj príkon motora. Pomer príkonu a výkonu je jeho účinnosť, ktorá sa pohybuje v hraniciach 80-92 %. Takže napríklad pri 45 kW motore tvorí dodatočná strata energie ďaľších cca. 5 kW.
Vykurovanie priestoru (miestností, hál).
Aby sme mohli využiť teplo, ktoré obsahuje chladiaci vzduch, vyžaduje si to stavebné úpravy, ktoré sa môžu líšiť v závislosti od miestnych podmienok. V prvom rade treba prúd chladiaceho vzduchu viesť priamo do kompresora, opäť ho zachytiť a odviesť. K tomu je prispôsobený protihlukový kryt skrutkového kompresora, ku ktorému je možné napojiť vzduchotechnické kanály na vstup a výstup vzduchu, aby sa dal teplý vzduch privádzať v zime do vykurovanej miestnosti a v lete odvádzať do okolia – mimo budovu. Pri tomto vykurovaní by sa však chladiaci vzduch nemal používať na vykurovanie tých miestností, ktoré sú príliš vzdialené od kompresorovne. Dlhým transportom sa totiž väčšina tepla vzduchu o teplote 50 – 60 OC stratí alebo treba používať tepelne izolované potrubia alebo kanály.
Ohrev úžitkovej a kurenárskej vody.
Ak chceme efektívnejšie využiť odpadové teplo ako v predchádzajúcom prípade, alebo ho dopravovať na väčšie vzdialenosti, sú pre skrutkové kompresory so vstrekom oleja najvhodnejšie doskové výmenníky tepla na ohrev kurenárskej vody alebo bezpečnostné výmenníky tepla na ohrev úžitkovej vody – zväzok rúr s dvojitými stenami.
U vodou chladených bezolejových kompresorov je horeuvedená rekuperácia taktiež možná, treba ju ale riešiť na základe miestnych potrieb a špecifík.Uvedené výmenníky pracujú nezávisle od typu chladiaceho systému, nakoľko vodnému alebo vzdušnému chladeniu oleja sa predradí rekuperačný predchladič a tým sa vlastne dostaneme do chladiaceho okruhu skrutkového kompresora. Zariadenia sú okrem toho pripravené aj na priame vykurovanie miestností. Po inštalácii zodpovedajúceho potrubného systému a regulačných prvkov (napr. termostaty, ventily, atď.), je umožnené prepínanie na ohrev vody alebo teplovzdušné vykurovanie.
Koľko energie možno ušetriť?
Pri zisťovaní nákladov, ktoré je možné ušetriť, musíme brať do úvahy, že využívanie odpadového tepla je závislé od doby prevádzky kompresora pri plnom výkone, nakoľko len v takomto prípade sa produkuje využiteľné odpadové teplo.
Množstvo tepla, ktoré je obsiahnuté v chladiacom médiu, je možné vypočítať podľa základných zákonov termodynamiky alebo podľa tabuliek – viď tabuľky (obr.6 a 7).
Pohon[kW] |
Využiteľný výkon [kW] |
Množstvo tepla [kJ/h] |
Množstvo teplého vzduchu [m3/h] |
Ekvivalent vyk. olej [l/h] |
|
5,5 7,5 11 15 |
6,47 8,72 12,29 16,29 |
23292 31392 44259 58629 |
1350 1350 1700 2000 |
0,65 0,87 1,23 1,63 |
|
18,5 22 30 37 |
19,86 23,35 31,84 39,27 |
71492 84067 114637 141385 |
3100 3450 4500 5500 |
1,99 2,34 3,18 3,93 |
|
45 55 65 |
47,77 57,73 68,23 |
171955 207845 245635 |
6500 8000 8600 |
4,78 5,77 6,82 |
|
75 + 4 90 + 4 110 + 4 |
86,69 102,78 125,91 |
312093 370006 453291 |
9200 11500 15000 |
8,67 10,28 12,59 |
|
132 + 5,5 160 + 11 |
151,44 180,04 |
544184 648144 |
20000 34000 |
15,14 18,0 |
|
200 + 15 250 + 18,5 |
226,09 280,75 |
813924 1010700 |
38500 45000 |
22,6 28,1 |
Tab. č.6
|
Pohon [kW] |
Odvádzaný výkon [kW/h] |
Množstvo tepla [MJ/h] |
Množstvo vody pri |
Ušetrenie nákladov pri 1000 Bh [DM] |
||
|
Δt 25 K 313→338 K [m3/h] |
Δt 35 K 293→328 K [m3/h] |
Δt 50 K 293→343 K [m3/h] |
||||
|
11,0 |
8,9 |
32,0 |
0,305 |
0,217 |
0,152 |
449,- |
|
15,0 |
12,3 |
44,2 |
0,420 |
0,300 |
0,210 |
620,- |
|
18,5 |
14,8 |
53,2 |
0,509 |
0,363 |
0,255 |
746,- |
|
22,0 |
17,7 |
63,7 |
0,609 |
0,435 |
0,305 |
894,- |
|
30,0 |
24,4 |
87,8 |
0,835 |
0,596 |
0,417 |
1232,- |
|
37,0 |
30,3 |
109,0 |
1,040 |
0,743 |
0,520 |
1530,- |
|
45,0 |
37,7 |
135,7 |
1,295 |
0,925 |
0,647 |
1905,- |
|
55,0 |
45,5 |
163,8 |
1,565 |
1,118 |
0,782 |
2300,- |
|
65,0 |
54,9 |
197,6 |
1,885 |
1,346 |
0,942 |
2770,- |
|
75,0 |
63,1 |
227,1 |
2,170 |
1,550 |
1,085 |
3187,- |
|
90,0 |
74,0 |
266,4 |
2,545 |
1,818 |
1,272 |
3740,- |
|
110,0 |
90,0 |
324,0 |
3,095 |
2,210 |
1,547 |
4547,- |
|
132,0 |
110,5 |
397,0 |
3,800 |
2,714 |
1,900 |
5570,- |
|
160,0 |
133,5 |
480,6 |
4,590 |
3,278 |
2,295 |
6745,- |
|
200,0 |
168,3 |
605,8 |
5,790 |
4,136 |
2,895 |
8500,- |
|
250,0 |
208,9 |
752,0 |
7,180 |
5,128 |
3,590 |
10550,- |
Tab. č. 7
Hodnoty uvedené v tabuľke sú množstvá využiteľného výkonu, ktoré vznikajú pri prevádzkovaní nami dodávaných skrutkových kompresorov (BOGE, HAFI) za plného zaťaženia.
Záverom môžeme konštatovať, že rozhodnutie, či využívať odpadové teplo vzniknuté pri výrobe stlačeného vzduchu, príp. akým efektívnym spôsobom, je podmienené miestnymi podmienkami, t.j. veľkosťou inštalovaných kompresorov, času amortizácie zariadení a času využitia kompresorov v plnej záťaži.
zdroj. Ulrich Bierbaum (Boge Kompressoren GmbH): Druckluft – Kompendium
