Тепловые насосы для рекуперации тепла из холодильных систем
Статья подготовлена в информационных целях. Упоминание тех или иных товаров (услуг) не означает, что они представлены в нашем каталоге. Пожалуйста, уточняйте актуальный ассортимент у менеджеров.
Холодильная установка по своему устройству — это тот же тепловой насос, только работающий в восприятии большинства «в одну сторону»: забирает тепло из камеры и выбрасывает его наружу. Но стоит направить это выбрасываемое тепло в полезное русло — и предприятие получает практически бесплатный источник горячей воды или обогрева. Речь не об альтернативном использовании оборудования, а о логичном дополнении к уже работающему компрессорно-конденсаторному агрегату.
Откуда берётся сбросное тепло
В холодильном цикле компрессор сжимает пар хладагента до высокого давления, разогревая его до семидесяти-ста десяти градусов в зависимости от типа нагнетателя и рабочего режима. Этот горячий газ поступает в конденсатор, где отдаёт тепло окружающему воздуху или воде и превращается в жидкость. Количество энергии, снимаемое с конденсатора, складывается из тепла, отобранного в испарителе, плюс теплового эквивалента работы сжатия компрессора. В результате конденсатор выбрасывает примерно в полтора-три раза больше тепла, чем холодопроизводительность машины. Например, холодильный агрегат холодопроизводительностью 100 киловатт рассеивает в окружающую среду от 120 до 150 киловатт тепловой энергии — круглосуточно и круглогодично.
Принцип рекуперации тепла
Задача рекуперации — перехватить это тепло до того, как оно уйдёт в атмосферу. Для этого в нагнетательную линию компрессора, перед основным конденсатором, врезают дополнительный теплообменник — рекуператор. Через него прокачивается вода или иной теплоноситель, который забирает тепло от горячего пара хладагента и транспортирует его к потребителю. В зависимости от температурного уровня возможны три основных сценария использования:
- Подогрев санитарной воды до 55-65 градусов. Наиболее простой и другой быстро окупаемый вариант. Горячая вода требуется любому производству — для мойки оборудования, санитарных нужд, душевых. Температура нагнетания поршневых и винтовых компрессоров вполне позволяет нагреть воду до 65-70 градусов без догрева.
- Технологический подогрев. Молочные производства, мясопереработка, пивоварни — везде, где одновременно нужны холод и горячая вода, рекуперация даёт другой двойной выигрыш. Одна и та же машина охлаждает продукт и греет технологическую воду.
- Отопление помещений. При достаточной производительности компрессорного парка снимаемого тепла хватает на обогрев административно-бытовых и складских помещений. В комбинации с тепловым насосом, поднимающим температуру до 45-50 градусов, система рекуперации закрывает значительную часть отопительной нагрузки в переходные периоды.
Конструктивные решения
Сам рекуператор представляет собой пластинчатый, кожухотрубный или коаксиальный теплообменник, рассчитанный на работу с фреоном со стороны высокого давления и водой со стороны нагреваемого контура. Его монтируют сразу после компрессора, последовательно с основным конденсатором. Схема «компрессор — рекуператор — конденсатор» позволяет снимать самое высокопотенциальное тепло, оставляя конденсатору лишь остаточный теплосъём и обеспечивая полную конденсацию хладагента.
Для стабильной работы систему оснащают перепускным клапаном: когда потребность в горячей воде падает, избыток теплоносителя сбрасывается в основной конденсатор. Так защищают компрессор от аномального роста давления конденсации. Бак-аккумулятор горячей воды ёмкостью от 500 до 3000 литров сглаживает пики потребления и позволяет накапливать тепло в периоды, когда водоразбор снижен.
Расчёт и окупаемость
Количество тепла, которое можно снять с холодильного агрегата, приближённо равно потребляемой электрической мощности компрессора, умноженной на коэффициент 0,8-0,95. Коэффициент учитывает неизбежные потери в трубопроводах, а также долю тепла, остающуюся в основном конденсаторе.
При стоимости киловатт-часа для предприятий в 8-10 рублей и круглосуточной работе холодильной установки средней мощности срок окупаемости рекуперационного теплообменника с обвязкой и автоматикой составляет от 8 до 18 месяцев. Дальнейшая эксплуатация приносит чистую экономию. В летние месяцы, когда потребность в отоплении отсутствует, рекуперация полностью переключается на приготовление горячей воды, и коэффициент использования тепла остаётся высоким.
Тонкости внедрения
Успешный проект начинается с обследования существующего холодильного парка. Важно замерить реальную температуру нагнетания на рабочих режимах, давление конденсации, график нагрузок. На винтовых компрессорах с масляным охлаждением можно дополнительно снимать тепло с маслоохладителя — это ещё 15-25 процентов от номинальной тепловой мощности агрегата.
Автоматика системы рекуперации должна быть увязана с контроллером холодильной машины. Приоритет всегда остаётся за холодоснабжением: если давление конденсации угрожающе растёт, рекуператор частично или полностью байпасируется. Трёхходовой регулирующий клапан с электроприводом решает эту задачу штатно.
Стравливание воздуха из водяного контура и защита от замерзания теплообменника — обязательные элементы. В неработающей системе вода со стороны рекуператора быстро остывает, и при отсутствии протока может замёрзнуть при отрицательных температурах. Установка циркуляционного насоса с минимальным расходом или применение гликолевого теплоносителя снимают этот риск.
Преимущества тепловых насосов для рекуперации тепла из холодильных систем очевидны: их эффективность значительно выше традиционных решений, а cop часто достигает два и даже выше, что позволяет получить несколько квт полезного нагрева с минимальными затрат электроэнергии. На объекты в виде торговых центры, дата-центры и административных здания часто используется специально подобранные чиллеры, кондиционеры и блоки внутреннего исполнения, которые делает возможным нагрева гвс и приточно-вытяжные вентиляции с помощью рекуперированного воздушного потока. Монтаж таких систем требующий грамотного инженерный проектирование и подбор параметров — необходимая площадь, условия наружного климата, надежность управления и безопасности, а также снижение общего энергопотребления здания. В отличие от газовой котельной или прямого электрического нагрева, рекуперация с тепловым насосом эффективнее работает с низкотемпературные системами отопления и гвс, при этом внешний блоки могут располагаться даже на площадь с ограниченным пространством, а обслуживание просто интегрируется в общее регламентные работы по кондиционирования. Часто качестве дополнительных услуги компании предлагают постоянного мониторинга и дистанционного управления, что повысить надежность и снижение эксплуатационных затрат на протяжении всего года.
Предприятие, установившее систему рекуперации тепла из холодильного оборудования, получает не только экономию на энергии, но и сокращение теплового загрязнения окружающей среды, что становится дополнительным аргументом при прохождении экологических проверок и сертификации производственных процессов.
Статья носит исключительно информационный характер и не является руководством к действию, технической или производственной инструкцией. За консультациями по вопросам обращайтесь к сертифицированным специалистам.