Zpětné získávání tepla v praxi: studie proveditelnosti pro sušičku zeleniny

Na základě analýzy procesu a reálného měření parametrů výstupního média vypracovala Almeva společně s investorem koncept HRS pomocí instalace výměníků tepla pára/voda na střeše. Jednotky HRS díky svému konstrukčnímu provedení umožňují kondenzaci značného množství vodní páry, což má za následek velmi efektivní přenos tepelné energie do otopné vody. 

Zpětně získaná tepelná energie (dříve nevyužita a vyhazována) v podobě otopné vody následně ohřívá procesní vzduch, používaný při sušení zeleniny po blanšírování. Tímto řešením bylo dosaženo uzavřeného a optimalizovaného energetického cyklu, kdy teplo z blanšírování podporuje proces sušení a potřeba zpětně získaného tepla je konstantní. Systém tedy pracuje s maximální účinností.

1. Výrazné snížení spotřeby primární energie – proces sušení nevyžaduje významné dohřívání pomocí uhelných kotlů.
2. Snížená produkce celkových emisí znečišťujících látek (PM, CO, SO₂, NO_x, C_xH_y…) – bylo spáleno méně paliva, komínem odešlo méně emisí znečišťujících látek.
3. Snížená produkce emisí CO₂.
4. Zvýšení účinnosti procesu sušení – teplý vzduch je dodáván rychleji a ve větším množství. To je důležité zejména v nejchladnějších dnech, kdy je zapotřebí více času k ohřátí vzduchu z hodnot pod bodem mrazu na teplotu potřebnou pro výrobní proces. Předehřev vzduchu výrazně stabilizuje a optimalizuje celou linku.
5. Finanční úspory výrobních nákladů. Společně s investorem se nám podařilo tyto náklady snížit a získat zpět peníze, které by jinak „vylétly komínem“. 
6. Nové znalosti o nerovnoměrnosti procesu na jednotlivých linkách – prostor pro jejich další analýzu a následnou minimalizaci.

Během vývoje koncepce systému HRS hrál investor podstatnou roli hned od začátku příprav. Ten je nepostradatelným zdrojem znalostí o výrobním procesu probíhajícím v jeho provozovně. Almeva jako specialista na rekuperaci tepla zná fyzikální procesy. Úspěch celého projektu je dán spojením znalostí investora a nasazení Almevy. Zdánlivě nenápadná zmínka pronesená mezi řádky vedoucím provozovny přináší revoluční změny v přístupu k celému projektu. Realizace v sušárně svědčí o tom, že využití odpadního tepla se nejen vyplatí, ale v mnoha případech je klíčem k optimalizaci provozu výrobního zařízení.

Provozovatel uvedené sušárny zeleniny se domníval, že charakter provozu jednotlivých linek je stejný. Vlastní měření provedené specialisty Almevy před návrhem instalace systému HRS odhalilo značné odlišnosti v charakteru provozu jednotlivých výrobních linek. Ukazuje se, že toto zjištění a následná optimalizace provozu povede k dalším (řádově větším) úsporám než vlastní provoz systému HRS. 

Nastal efekt „dva v jednom“. Almeva instalovala systém HRS a diagnostika, popis a znalosti reálného provozu povedou k dalším velkým úsporám investora. Almeva vyznává přístup: co nezměříme, to nevíme. Neboli dokud si investor nenechá diagnostikovat komín/výduch své provozovny, nemůže tušit jak velké množství energie mu zbytečně uniká.

Instalovaný systém HRS je mimo jiné unikátní v tom, že značná část tepelné energie je při procesu získána kondenzací vodní páry, což významně snižuje rozměry zařízení. Je to podobné jako u malých plynových kondenzačních kotlů, kterými vytápíme svá obydlí. Když v rychlovarné konvici ohříváme litr vody na teplotu varu (bez změny skupenství), tak na její ohřev o jeden stupeň celsia voda „spotřebuje“ cca 4 180 J (1 kcal = 1,2 Wh), to se např. také děje v „ohřívačích“ vody na koupání (TUV). Když chceme následně tento litr kapaliny změnit na páru (vypařit = změna skupenství), překvapivě spotřebujeme na stejný litr vody cca 500 x větší množství energie (skupenské teplo), což je přibližně 2 257 000 J (540 kcal = 626 Wh). Proto kondenzační elektrárny pracují z účinnosti okolo 30 % = velká část energie „vyletí“ chladícími věžemi = kondenzační teplo vodní páry, která nesmí zkondenzovat v turbíně, ale až v kondenzátoru, aby nepoškodila lopatky turbíny). To samé množství energie se uvolní při kondenzaci, a to je princip využívaný v plynových kondenzačních kotlích a také u systému HRS. Kondenzace vodní páry nastane, pokud médium zchladíme pod rosný bod. Hodnota teploty rosného bodu závisí na složení „média“ (vzdušina, pára, spaliny…). Na provozovaném HRS je více jak 90 % energie získáno kondenzací vodní páry (z výměníku vytéká značné množství kondenzátu). 

Systém HRS stabilně a nepřetržitě (dle výrobního procesu) zpětně získává odpadní teplo ve výši cca 500 kWh/h, což představuje tepelný výkon 500 kW. Návratnost vlastní investice (bez započítání zisku z optimalizace linek) je přibližně 3,5 roku.