Możliwości wykorzystania zimna niskotemperaturowej energii odpadowej w chłodnictwie - XL Dni Chłodnictwa

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Możliwości wykorzystania zimna niskotemperaturowej energii odpadowej w chłodnictwie - XL Dni Chłodnictwa"

Beata Adamska
8 lat temu
Przeglądów:

1 Możliwości wykorzystania zimna niskotemperaturowej energii odpadowej w chłodnictwie - XL Dni Chłodnictwa W artykule przedstawione zostanie pojęcie niskotemperaturowej energii odpadowej definiowanej jako,,zimno". Następie omówione zostanie oszacowanie zasobów,,zimna" odpadowego występującego w urządzeniach i instalacjach chłodniczych. Podstawowym zasobem,,zimna" chłodziarek domowych, chłodziarek handlowych, chłodni lądowych lub transportowych urządzeń chłodniczych jest jego akumulacja w postaci szronu/lodu na powierzchni wymienników dolnego źródła ciepła. W dalszej części artykułu pokazane zostaną potencjalne możliwości wykorzystania,,zimna" odpadowego do podniesienia efektywności energetycznej urządzeń. 1. WSTĘP W technice znane jest powszechnie pojęcie niskotemperaturowej energii odpadowej definiowanej jako poziom odniesienia dla cieczy - jest to temperatura poniżej 150 C, a dla gazów temperatura poniżej 250 C-300 C. Zasoby tej energii wykorzystuje się przede wszystkim do produkcji czynnika grzejnego lub w niektórych przypadkach nośnika,,zimna". Źródła niskotemperaturowej energii odpadowej w porównaniu do wysokotemperaturowej charakteryzują się dużym stopniem rozproszenia oraz zróżnicowania strumieni i temperatury. Jest to przyczyną trudności w zagospodarowaniu zasobów odpadowej energii niskotemperaturowej. Parametry niskotemperaturowego nośnika energii odpadowej można poprawić stosując pompy grzejne lub transformatory ciepła. Zwykle niskotemperaturowy nośnik ciepła grzejnego wykorzystuje się do wstępnego podgrzania substratów procesu, do celów socjalnych ogrzewania pomieszczeń lub powietrza w klimatyzacji [1] lub rolniczych. Identycznie należy zwrócić uwagę na zasoby niskotemperaturowej energii od-padowej w chłodnictwie. Konieczne jest tu dokładne określenie i podanie zasobów tej energii ze względu na potrzebę rozróżnienia zasobów niskotemperaturowej ener gii grzejnej (górne źródło ciepła) z zasobami niskotemperaturowej energii odpadowej,,zimna" zawartego w ciałach stałych, cieczy lub gazu, gdy ich temperatura jest niższa od temperatury otoczenia. W technice używa się pojęcia akumulacji,,zimna" [2] i ma to swoje odpowiedniki w języku angielskim, niemieckim i rosyjskim. Stąd wydaje się celowe określenie tych zasobów jako zasobów,,zimna". 2. ZASOBY ZIMNA Do oceny zasobów,,zimna" urządzeń rożnych typów należy brać pod uwagę. między innymi następujące grupy: chłodziarki domowe; chłodnie domwe;

Podstawowym zasobem,,zimna" chłodziarek domowych, chłodziarek handlowych, chłodni lądowych lub transportowych urządzeń chłodniczych jest jego akumulacja w postaci szronu/lodu na powierzchni

2 chłodnie okrętowe; kontenery chłodnicze; urządzenie chłodnicze w klimatyzacji; pompy ciepła - odwracalne; samochody chłodnie. Poniżej w tabeli 1 podane zostały ilości poszczególnych typów urządzeń na świecie a tylko chłodziarki domowe w Polsce ( wynika to z braku danych o ich ilości w Polsce). Tabela 1. Ilość urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych na świecie i w Polsce - 5 Klimatyzacja (systemy wody l.lxlo 6 < d > - lodowej) Transport chłodniczy 6 Kontenery okrętowe < e > - 7 Chłodniowce (statki powyżej statków m m 3 ) 8 Wagony chłodzone (e) - 9 Transport drogowy - samochody » - chlodnie 10 Statki handlowe statków (e) 11 Tankowce LNG/LPG 255 < h > - 12 Klimatyzacja samochodowa 450xl0 6 «- Samochody pasażerskie, pojazdy handlowe i busy Samochody indywidualne (z klimatyzacją 13 Pompy ciepla z tego : powietrzne pompy ciepla ~30-40% 130 xlo 6 - Źródła cytowania w tabeli: IPCC/TEAP Special Report: Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System. UNEP (Sales area of over 500 m2). IARW, 2006 (IIR estimations). BSRIA, 2006 (IIR estimations). UNEP (IIR Estimations). UNEP (Ships larger than 280 m3). CARRIER TRANSICOLD, 2006 (IIR estimations). IIR 19th Informatory Note on Liquefied Natural Gas, CCFA: Comite des constructeurs fran9ais d'automobiles and SMMT, 2004 (IIR estimations). 01 Halozan H, Rieberer R. Energy-efficient heating and cooling systems for buildings, Bulletin of the IIR, Rocznik statystyczny RP Najbardziej efektywnym sposobem zagospodarowania niskotemperaturowej energii cieplnej jest podgrzewanie innych czynników: powietrza do klimatyzacji, do spalania, wody z sieci ciepłowniczej lub wody użytkowej. Nośnik o temperaturze C może być wykorzystywany na przykład do napędu absorpcyjnych ziębiarek lub pomp ciepła. Przy źródłach energii odpadowej o temperaturze C można wykorzystać rozdzielające transformatory ciepła, które umożliwiają produkcję zmniejszonej ilości ciepła grzejnego na wyższym poziomie temperatury, odpowiednio C. [5]

Ilość urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych na świecie i w Polsce - 5 Klimatyzacja (systemy wody l.

3 Natomiast najbardziej efektywnym sposobem zagospodarowania niskotemperaturowej energii cieplnej w postaci,,zimna" jest jej rekuperacja: doziębienie w okresie letnim powietrza doprowadzanego do systemów klimatyzacji zimnym powietrzem zużytym, doziębienie czynnika chłodniczego, chłodzenie górnego źródła ciepła w chłodziarkach. W najnowszych rozwiązaniach, przedstawionych w pracy [8], zakumulowane,,zimno" pozwala na poprawę efektywności od kilku do kilkunastu procent, zależnie od ilości utworzonego na powierzchni szronu. Do odzyskiwania niskotemperaturowej energii odpadowej konieczne jest zastosowanie odpowiednich wymienników. Z uwagi na specyfik? źródeł energii odpadowej wymienniki te często współpracują. z zasobnikami ciepła/zimna. Podczas dobierania wymiennika ciepła w takich urządzeniach należy wziąć pod uwag? następujące uwarunkowania: nośniki niskotemperaturowej energii odpadowej s% często zanieczyszczone, mogą wykazywać własności agresywne, korozyjne, różnice temperatur pomiędzy czynnikami w wymienniku ciepła są najczęściej niewielkie. Z tych względów w układach niskotemperaturowej rekuperacji ciepla musza. bye stosowane wymienniki o dużej sprawności przekazywania ciepta oraz 0 latwym dostępie do powierzchni wymiany, umożliwiają staranną konserwację powierzchni. W układach tych zaleca się najczęściej stosowanie: wymienników z rur cieplnych; wymienników rekuperacyjnych; wymienników z czynnikami pośrednimi. Ze względu na stały rozwój techniki w każdej dziedzinie należy spodziewac si tez nowych wynalazkow poprawiaja^cych skokowo efektywnosc urzqdzen chlodniczych. Przykładowo takim rozwiązaniem jest polski wynalazek pozwalający,,zimno" zawarte w szronie pożytecznie wykorzystać do obniżenia zużycia energii [6],[7]. Wielkość zasobów zimna jest bardzo trudno ocenić dla wszystkich typów urządzeń, ale w poszczególnych typach jest to możliwe. Opierając się na własnych badaniach [8] możemy założyć, z pewnym błędem, wielkości strumienia masy osiadającego szronu na powierzchni lub skroplin tworzących się na powierzchni. W dalszych rozważaniach przyjęto, ze jest to masa pary wodnej m= 0,05-0,10 kg /dobę. Biorąc pod uwagę tylko chłodziarki domowe ze wzglądu na znajomość liczby urządzeń N użytkowanych w naszym kraju, można ocenić zasób zimna zawarty w szronie jako dwie główne składowe Q, i Q4 ciepło topnienia szronu w okresie roku Q2 = 365-N-m-r, = 365-TV-m-334 kj/kg = 67,05-134,01 TJ (l) ciepło parowania wody oszraniania (lub skroplin z roszenia parowacza) w okresie roku Q4 = 365 * iv * m - rp = 365 * N * m * 2500 kj/kg = 501, ,75 TJ (2) Obecnie pojawiły się rozwiązania pozwalające na wykorzystanie zasobów zimna zawartych w

W najnowszych rozwiązaniach, przedstawionych w pracy [8], zakumulowane,,zimno" pozwala na poprawę efektywności od kilku do kilkunastu procent, zależnie od ilości utworzonego na powierzchni szronu.

4 procesie topnienia i parowania [6], [7]. Ciepło topnienia i parowania wody z oszraniania pozwoli na okresowe obniżenie temperatury skraplania i temperatury skroplonego czynnika chłodniczego. Efekty te są zależne oczywiście od ilości szronu tworzącego się na powierzchni wymiennika lub skroplin powstałych podczas pracy komór,,plusowych". Jak wynika z przedstawionych wielkości, ciepło parowania jest prawie 7,5 razy większe od ciepła topnienia, co wskazuje, iż wykorzystanie ciepła parowania może być efektywnym sposobem obniżenia temperatury górnego źródła ciepła i w urządzeniach nie wymagających oszraniania. W efekcie wykorzystania zimna odpadowego w chłodziarkach domowych jest możliwe uzyskanie oszczędności w zużyciu energii elektrycznej (Rys.2.). Maksymalną teoretycznie możliwą wielkość oszczędności energii elektrycznej, uzyskana w wyniku rekuperacji ciepła parowania wody, ukazuje prosta 1 i 2; zakładając 100% i 50% skuteczność odzysku zimna otrzymujemy wielkości odpowiednio 690 GWh do 345 GWh rocznie. Analogicznie, oszczędności wynikające z rekuperacji ciepła topnienia szronu ukazują proste 3 i WNIOSKI Liczba urządzeń chłodniczych roznych typow rosnie w Polsce od kilku do kilkunastu procent rocznie, wiaze si? z tym przyrost zapotrzebowania na energię elektryczną. W urzadzeniach chłodniczych występują znaczne zasoby,,zimna" odpadowego, ktore może być pozytecznie wykorzystane do poprawy efektywnosci obiegow lewobieznych. W szczegolnosci jest to cieplo zawarte w masie szronu tworzącego się na powierzehni dolnego źrodla ciepla. W efekcie wykorzystania zimna odpadowego jest mozliwe zmniejszenia zuzycia energii elektrycznej przez urzadzenia chlodnicze od kilku do kilkunastu procent. Konieczne są dalsze poszukiwania nowych rozwia_zan przyczyniajacych się do podniesienia efektywnosci chlodziarek i pomp ciepla. LITERATURA [1] BIALKO B., KROLICKIZ, GAJOSINSKI. S.: System klimatyzacyjny huty szkla wykorzystuja_cy cieplo odpadowe z wanien szklarskich. Chłodnictwo & Klimatyzacja, nr 7,8, [2] FILIN S.: Technika i technologia produkeji sztucznego lodu. IPPU MASTA sp. z o.o. Gdansk, [3] Refrigeration drives sustainable development. IIR report, IIR, [4] Rocznik statystyczny RP GUS. Warszawa, [5] SZARGUT J., ZI^BIK A.: Podstawy energetyki cieplnej. PWN, Warszawa, [6] ZABCRZEWSKI B.: Sposob i uklad samoczynnego odszraniania urzajdzenia chlodniczego. Patent Patent udzielony [7] ZAKRZEWSKI B.: Sposob optymalizacji parametrow pracy urza_dzenia chlod-niczego, uklad chlodzenia urzadzenia chlodniczego oraz urza_dzenie chlodnicze. Patent Patent udzielony [8] ZAKRZEWSKI B.: Odszranianie oziębiaczy powietrza. WNT, Warszawa, Autor: Bogusław ZAKRZEWSKI, Tomasz ŁOKIETEK Katedra Klimatyzacji i Transports Chłodniczego Wydzial Techniki Morskiej Politechnika Szczecinska Źródło: Międzynarodowa Konferencja Chłodnicza XL Dni Chłodnictwa Poznań 2008

Jak wynika z przedstawionych wielkości, ciepło parowania jest prawie 7,5 razy większe od ciepła topnienia, co wskazuje, iż wykorzystanie ciepła parowania może być efektywnym sposobem obniżenia

5 Sponsor medialny: Lp. Sektor chłodnictwa Liczba urządzeń i instalacji w użytku Świat Polska 1 Chłodziarki domowe 1.5xlO 9 < a» 11 x 10 6 < k) 2 Chłodziarki handlowe < b > - Supermarkety (o powierzchni powyżej 500 m 2 ) 3 Chłodnictwo przemysłowe 350xl0 6 m 3 < c > Chłodnie 4 Klimatyzacja (systemy powietrzne) 340 xlo 6^ -

Podobne dokumenty

Pompy ciepła 25.3.2014

Katedra Klimatyzacji i Transportu Chłodniczego prof. dr hab. inż. Bogusław Zakrzewski Wykład 6: Pompy ciepła 25.3.2014 1 Pompy ciepła / chłodziarki Obieg termodynamiczny lewobieżny Pompa ciepła odwracalnie