23 sierpnia - Produkty
Istota działania sprężarki jest bardzo prosta. Nie wchodząc w szczegóły techniczne, jej rolą jest skompresowanie powietrza atmosferycznego do określonej wartości i zapewnienie odpowiedniego, stałego ciśnienia wyjściowego. Niestety proces ten jest jednym z najbardziej energochłonnych, gdyż zdecydowana większość wykorzystanej do tego celu energii zamienia się w ciepło.
O jakich wartościach mówimy? Wszystko zależy od zastosowań rozwiązań technicznych i ich implementacji w konkretnych zakładach. Szacuje się, że straty związane z emisją ciepła mogą sięgać nawet 95 procent dostarczonej energii. Parametr ten jest szczególnie wysoki w przypadku urządzeń dużej mocy.
Ile tracimy, ile zyskujemy?
Ciepło to energia, a więc odzysk ciepła będzie w pewnym stopniu odzyskaniem energii wykorzystanej w procesie zasilania sprężarki powietrza. Załóżmy, że straty w takim hipotetycznym układzie sięgają nawet 95 procent. Umiejętne rozwiązanie kwestii odprowadzania ciepła pozwoli na odzyskanie nawet 85 procent tej wartości i wykorzystanie jej w dowolny sposób. Jaki? Oto konkretne przykłady.
1. Ogrzewanie hali. Ciepło odzyskane może być wykorzystane np. do ogrzewania hal przemysłowych, bądź też – jeśli zapotrzebowanie na energię jest większe – do dogrzewania pomieszczeń przemysłowych, biurowych i użytkowych. Ciepło to można rozprowadzać za pośrednictwem sieci izolowanych kanałów powietrznych, bądź też do specjalnych wymienników termicznych.
2. Ogrzewanie wody użytkowej. Za pomocą odzyskanego ciepła można ogrzewać również wodę użytkową, choć proces ten jest nieco bardziej złożony i energochłonny. Pojawia się tu konieczność zabudowania kolejnego wymiennika, który będzie ogrzewał wodę za pośrednictwem ciepłego powietrza, bądź też oleju z układu olejowego sprężarki. Rozwiązanie to jest o tyle korzystne, gdyż umożliwia odzyskiwanie energii przez cały rok, a nie tylko wtedy, gdy temperatura otoczenia spada poniżej konkretnego poziomu.
3. Ogrzewanie przemysłowe. Energię cieplną odzyskaną z układu sprężarek można też wykorzystać do różnych zastosowań przemysłowych, w tym do pracy, utrzymania, a nawet odpowiedniej konserwacji urządzeń technicznych. Ciepłem tym można – za pomocą systemu dmuchaw – osuszać np. detale produkcyjne, utrzymywać je w odpowiedniej temperaturze, a nawet podgrzewać, ułatwiając w ten sposób ich obróbkę mechaniczną i termiczną.
Zakładając, że moc jednej, hipotetycznej sprężarki wynosi około 40 kW, można za pomocą prostego rachunku obliczyć, że możemy w ten sposób odzyskać nawet 25 – 30 kW mocy, co w przełożeniu na obowiązujące cenniki i taryfikatory energii, przedkłada się na konkretne oszczędności finansowe.
Odzysk ciepła w sprężarkach – podstawowe korzyści
Zdecydowana większość inwestorów rozważających kwestię wprowadzenia zaawansowanych systemów odzysku ciepła do swoich sprężarek bierze pod uwagę wyłącznie koszty i długoterminowe zyski. Tymczasem same pieniądze – choć oczywiście są istotne – nie są jedynym czynnikiem, dla którego warto zrealizować tą inwestycję. Dlaczego zatem warto ją wdrożyć?
1. Oszczędności finansowe – to truizm, o którym już kilkakrotnie wspominaliśmy w poniższym wpisie. Niemniej na chwilę obecną odzysk ciepła ze sprężarek z wykorzystaniem najnowocześniejszych instalacji jest najbardziej wydajnym sposobem odzyskania energii, i tym samym zainwestowanych środków. Dla porównania inne procesy oszczędnościowe (uszczelnianie i kontrola przewodów, optymalizacja torów pneumatycznych, zmiany w sposobie użytkowania) przynoszą zwrot na poziomie zaledwie 15 – 20 procent (po zsumowaniu).
2. Komfort pracy– uporządkowanie bilansu cieplnego sprężarek przedkłada się na niższą temperaturę ich otoczenia, co z kolei ma kolosalny wpływ na pracowników, ich komfort pracy i – tym samym – na ich wydajność. W niektórych, skrajnych sytuacjach wiąże się to z możliwością realizacji konkretnych prac, równolegle z pracą sprężarek. Nietrudno więc zauważyć, że wprowadzenie zaawansowanych systemów odprowadzających i magazynujących ciepło może zredukować przerwy w pracy do niezbędnego minimum.
3. Efektywniejsza eksploatacja urządzeń – to kolejny, bardzo ważny czynnik, wiążący się ze zmniejszonym narażeniem sprężarek i ich otoczenia na działanie wysokich temperatur. Magazynowanie ciepła wewnątrz obudów urządzeń doprowadza do znacznie szybszego zużycia poszczególnych ich komponentów. Co więcej, niższa temperatura otoczenia bardzo korzystnie wpływa na pracę układów elektrycznych dużej mocy, tj. transformatorów, rozdzielnic a nawet systemów klimatyzacyjnych i alarmowych.
4. Redukcja pośrednich kosztów energii – systemowy odzysk ciepła z układów sprężarek pozwala na zmniejszenie kosztów energii wykorzystanej na klimatyzowanie hal, magazynów, a nawet samych sprężarek i ich otoczenia. Dotyczy to zwłaszcza upalnych miesięcy letnich, podczas których zużycie energii jest tradycyjnie najwyższe.
5. Ekologia – z punktu widzenia zwykłego przedsiębiorcy, korzyści ekologiczne są najmniej „widoczne”. Niemniej, w skali całego kraju zastosowanie zaawansowanych systemów odzysku ciepła pozwala na wygenerowanie sporych oszczędności energetycznych, wpływając jednocześnie na spadek emisji dwutlenku węgla i zmniejszenie zapotrzebowania na energię elektryczną (zwłaszcza latem).
Jak odzyskać ciepło, czyli ramowe założenia instalacji rekuperacyjnej
Ramowa instalacja rekuperacyjna odzyskująca ciepło z układów sprężarek składa się z kilku podstawowych elementów, za pomocą których ciepło z obwodu – w tym przypadku olejowego – jest przekazywane do ogrzewania wody i powietrza.
1. Filtr ssania – w większości układów jest to element wejściowy, którego zadaniem jest filtrowanie oleju ze znajdujących się w jego wnętrzu drobinek metalu.
2. Regulator ssania – jest to element, którego zadaniem jest regulowanie siły ssania, a co za tym idzie zmiana parametrów odprowadzania ciepła z oleju do wody i powietrza. Układ ten może również pełnić rolę dodatkowego zabezpieczenia w przypadku wystąpienia awarii rekuperatora.
3. Stopień sprężania – dodatkowy układ regulujący ciśnienie oleju wewnątrz obwodu rekuperacyjnego. Posiada on również wejście od strony obwodu zwrotnego, poprzez który do obwodu „wracają” cząsteczki cieczy z separatora oleju. Stopień sprężania może regulować wartość ciśnienia osobno dla obwodu podgrzewania powietrza i obwodu podgrzewania wody.
4. Zbiornik powietrzno – olejowy – to element, którego zadaniem jest przekazywanie ciepła z oleju do powietrza, za pośrednictwem procesu konwekcji, a także (w niektórych układach) kompresja powietrza w układzie. Opcjonalnie może mieć on charakter wymiennika cieplnego z wężownicą, zwiększającą powierzchnię wymiany cieplnej.
5. Separator oleju – jego zadaniem jest odseparowanie cząsteczek oleju od powietrza wypływającego ze zbiornika. Zwykle podłączony jest on do dodatkowego obwodu zwrotnego, którego wyjście znajduje się bezpośrednio w stopniu sprężania.
6. Zawory olejowe – ich rolą jest włączanie lub wyłączanie poszczególnych obwodów rekuperacyjnych. Mogą one być obsługiwane manualnie bądź na zasadach termostatyki. W tym drugim wariancie praca (zamknięcie/otwarcie) poszczególnych obwodów jest determinowane ilością emitowanego ciepła.
7. Zawory zwrotne – są one montowane w celu zwrócenia biegu oleju w przypadku zbyt niskiej wartości jego ciśnienia.
8. Wymiennik cieplny – jest to element, którego zadaniem jest wymiana cieplna pomiędzy olejem, a ogrzewaną wodą. W standardowym schemacie jest on odcinany za pomocą pojedynczego zaworu termostatycznego, podobnie zresztą jak w przypadku zbiornika olejowego i powietrznego.
Opcjonalnie w instalacji składającej się z powyższych elementów mogą znaleźć się dodatkowe filtry oleju, których zadaniem będzie efektywniejsza filtracja cieczy, a także dodatkowe chłodnice regulujące i stabilizujące temperaturę oleju. Układ ten nie wymaga dostarczenia dodatkowej energii, która ujemnie kompensowałaby zyski wynikające z rekuperacji ciepła. Przy założeniu, że temperatura wpływającego oleju wynosi około 90 stopni, układ ten może ogrzać wodę i powietrze do wartości 50 – 70 stopni Celsjusza, w zależności od ciśnienia wewnątrz instalacji.
Oszczędność energii
Choć kwestia oszczędności energii była w powyższym wpisie poruszana już niejednokrotnie, spróbujmy przeanalizować konkretne zyski (w odniesieniu do mocy urządzeń) wynikające z realizacji takiej inwestycji.
- Przy założeniu, że moc znamionowa sprężarki sięga 50 kW, dzienne oszczędności wynikające z rekuperacji ciepła wyniosą około kilkudziesięciu złotych. W przeliczeniu na cały rok, wartość zysków wyniesie aż kilkanaście tysięcy złotych.
- Jeśli założymy, że moc znamionowa sprężarek wzrośnie do wartości 75 kW, dziennie zaoszczędzimy nieco więcej, bo aż około 100 złotych. W przeliczeniu na cały rok będzie to około kilkadziesiąt tysięcy, co jest sumą porównywalną z zarobkiem netto osoby pracującej za „najniższą krajową”
- Wzrost mocy zainstalowanych sprężarek do 100 kW sprawi, że dziennie zaoszczędzimy już ponad 100 złotych. W przeliczeniu na cały rok suma naszych oszczędności będzie więc oscylować w okolicach kilkudziesięciu tysięcy złotych.
- Jeśli założymy, że wprowadzamy rekuperację na urządzeniach o mocy 150 kW, to w ciągu jednego dnia uda nam się zaoszczędzić aż około 200 złotych. W przeliczeniu na cały rok wartość oszczędności będzie więc oscylować na poziomie kilkudziesięciu tysięcy złotych.
Oczywiście należy pamiętać, że powyższe szacunki mogą być przewartościowane, np. na skutek wystąpienia różnych czynników lokalnych, mogących mieć wpływ na redukcję zwrotu inwestycyjnego. Niemniej, nawet w najbardziej pesymistycznym wariancie, odchyłek ten może wynieść maksymalnie 15 – 20 procent wyżej podanych kwot. Nawiasem mówiąc, na kompensację powyższego odchyłka mogą mieć wpływ rosnące ceny energii elektrycznej, dzięki czemu stopa zwrotu jest jeszcze bardziej korzystna.
Podsumowanie
Odzysk ciepła z układów sprężarek jest najbardziej wydajną formą zwrotu energii wykorzystanej do skądinąd energochłonnego procesu sprężania powietrza. Co ważne, korzyści wynikające z realizacji takiej inwestycji nie ograniczają się wyłącznie do pieniędzy, lecz również do ogólnie pojętej sytuacji gospodarczej i pracowniczej w przedsiębiorstwie.