Утилизация тепла компрессоров позволяет использовать часть тепловой энергии, образующейся при производстве сжатого воздуха, для покрытия потребностей предприятия. Однако наличие нагретой охлаждающей среды ещё не означает, что её тепло можно полезно передать потребителю. Для технического обоснования необходимо определить температуру и расход охлаждающей среды, фактический режим работы компрессоров и потребность объекта в тепле.
Главный критерий применимости — совпадение теплового потенциала источника с требованиями потребителя по температуре, мощности и времени. Даже если компрессорная выделяет значительное количество тепла, оно может оказаться невостребованным в отдельные периоды. Например, летом при отсутствии отопительной нагрузки полезное использование тепла может быть ограничено потребностью в горячей воде.
Какое тепло можно получить от компрессорной установки
При работе компрессора электрическая энергия используется для производства сжатого воздуха. В процессе работы оборудование нагревается, а система охлаждения отводит часть образующейся тепловой энергии.
Именно этот отводимый тепловой поток может рассматриваться как источник для рекуперации — передачи тепла другому потребителю вместо его сброса через существующую систему охлаждения.
Для оценки необходимо установить, какой поток охлаждающей среды доступен, какую температуру он имеет и как эти параметры изменяются при работе компрессоров.
Принципиальное ограничение: не вся электрическая мощность компрессора доступна для полезной рекуперации. Потребляемая электроэнергия и тепловая мощность, которую можно передать потребителю, — разные величины.
Поэтому расчёт полезного тепла нельзя выполнять простым приравниванием электрической мощности компрессорной к мощности предполагаемой системы теплоутилизации.
Какие исходные данные необходимы для оценки
Основными источниками служат тепловые схемы, журнал работы компрессорной и сведения о потреблении горячей воды. Их рассматривают совместно с измеренными температурой и расходом охлаждающей среды, а также сезонной потребностью предприятия в тепле.
Тепловая схема позволяет установить, откуда отводится тепло, по какому контуру движется охлаждающая среда и в какой точке предполагается организовать передачу энергии потребителю.
По схеме необходимо определить границу рассматриваемого теплообмена. Это позволяет избежать повторного учёта энергии и установить, какие параметры относятся непосредственно к доступному источнику.
Журнал компрессорной необходим для определения фактических периодов работы агрегатов. Компрессорная не обязательно работает с постоянной нагрузкой, поэтому тепловыделение в разные интервалы может существенно различаться.
Сведения о потреблении горячей воды показывают, когда и в каком количестве предприятию требуется тепловая энергия для соответствующего потребителя. Эти данные необходимы для проверки практической возможности использования тепла компрессоров.
Сезонный спрос на тепло позволяет отличить периоды, когда существует потребность в отоплении, от периодов, когда такая нагрузка отсутствует.
Температурные измерения, данные о расходе и сведения о потребности должны относиться к сопоставимым эксплуатационным условиям. Нельзя объединять максимальную температуру охлаждающей среды одного режима с продолжительностью работы другого и считать полученный результат фактически доступной тепловой энергией.
Как температура и расход охлаждающей среды определяют тепловой потенциал
Тепловая мощность охлаждающего потока зависит от количества проходящей среды и изменения её теплового состояния.
Для однофазной жидкой среды при применимости модели с постоянной удельной теплоёмкостью расчётная тепловая мощность может быть представлена зависимостью:
Q = G × c × (t1 − t2),
где Q — тепловая мощность, G — массовый расход охлаждающей среды, c — её удельная теплоёмкость, t1 и t2 — температуры до и после рассматриваемого участка отбора тепла.
Эта зависимость позволяет оценить количество энергии, которое охлаждающая среда отдаёт при определённом изменении температуры.
Однако температуру после предполагаемого теплообмена нельзя задавать произвольно. Допустимый уровень охлаждения определяется условиями работы оборудования и возможностями передачи тепла.
Если известна только температура охлаждающей воды, количество доступной тепловой энергии достоверно определить невозможно. Необходимы также расход и технически обоснованный температурный перепад.
Даже рассчитанная тепловая мощность охлаждающего контура ещё не равна полезной мощности, которую получит потребитель: дополнительно требуется проверить условия теплообмена.
Почему температура охлаждающей воды не гарантирует полезную теплоотдачу
Для передачи тепла от охлаждающей среды компрессора другому теплоносителю необходим температурный напор — разность температур, обеспечивающая движение тепловой энергии через теплообменную поверхность.
Если потребителю требуется температура выше доступного температурного уровня источника, непосредственный теплообмен не обеспечит необходимые условия.
Даже если температура источника выше температуры потребителя, необходимо проверить, сохраняется ли достаточный температурный напор на протяжении рассматриваемого теплообмена.
Поэтому нельзя утверждать, что вся энергия охлаждающей воды пригодна для получения горячей воды с требуемой температурой.
Например, наличие нагретой охлаждающей среды подтверждает существование теплового потока, но не доказывает, что этот поток способен самостоятельно обеспечить предусмотренную температуру горячего водоснабжения.
Для такого вывода необходимо сопоставить температурные параметры обеих сторон теплообмена и установить технически достижимое количество передаваемого тепла.
Как журнал компрессорной помогает определить доступность тепла
Тепловая энергия образуется в процессе работы компрессоров, поэтому её доступность связана с фактическими режимами оборудования.
Если компрессорная работает с изменяющейся загрузкой, тепловой поток также необходимо оценивать применительно к соответствующим рабочим периодам.
Журнал компрессорной позволяет установить, когда оборудование работало, как долго сохранялись определённые режимы и насколько устойчивым был источник тепла.
При этом продолжительность включения компрессора не равна продолжительности работы с одинаковой тепловой мощностью. Для количественного вывода необходимо связать режимы оборудования с фактическими температурой и расходом охлаждающей среды.
Если расчёт выполнен по параметрам максимальной нагрузки, его нельзя автоматически распространять на весь период эксплуатации.
Для определения количества тепловой энергии за рассматриваемое время необходимо учитывать изменение доступной мощности:
Eтепл = ∫ Q(t) dt,
где Eтепл — тепловая энергия за период, Q(t) — фактически доступная тепловая мощность в соответствующий момент времени.
Такой подход позволяет отличить максимальный тепловой потенциал компрессорной от энергии, действительно доступной за определённый период.
Как сопоставить источник тепла с потребностью в горячей воде
Сведения о расходе горячей воды позволяют установить один из возможных вариантов полезного использования тепла компрессоров.
Для оценки необходимо определить требуемую температуру воды, фактическую потребность и время её возникновения.
Затем эти характеристики сопоставляют с температурой, расходом и графиком доступности охлаждающей среды компрессорной.
Если параметры источника позволяют передать тепло воде только до температуры ниже требуемой, результат необходимо рассматривать с учётом этого ограничения. Наличие такого теплового потока не подтверждает возможность полного покрытия потребности.
Если количество тепла, доступного от компрессорной, меньше потребности горячего водоснабжения, полезное использование ограничивается фактически передаваемой энергией.
Обратная ситуация также возможна: компрессорная располагает значительным тепловым потенциалом, но потребление горячей воды невелико. Тогда часть тепла может оставаться невостребованной.
Поэтому расчёт необходимо выполнять для сопоставимых температурных и временных условий, а не по одному суммарному значению предполагаемого тепловыделения.
Почему сезонный спрос определяет результат теплоутилизации
Потребность предприятия в тепловой энергии может существенно изменяться по сезонам.
В отопительный период существует соответствующая тепловая нагрузка. Если параметры компрессорного охлаждения отвечают условиям теплообмена, часть этой потребности потенциально может покрываться вторичным теплом.
При летнем простое отопления соответствующий потребитель перестаёт нуждаться в тепле. При этом компрессорная может продолжать работать и отводить энергию через систему охлаждения.
Следовательно, тепловыделение компрессоров и полезное использование этой энергии — не одно и то же.
Если летом отсутствует отопительная нагрузка, необходимо проверить, сохраняется ли потребность в горячей воде. Именно её фактический объём и температурные требования могут ограничивать использование доступного тепла.
Если и такой потребности в соответствующий период нет, наличие нагретого охлаждающего потока не обеспечивает полезной теплоотдачи.
Поэтому годовую величину полезно используемой энергии нельзя определять умножением максимальной тепловой мощности компрессорной на всё время её работы без учёта сезонного спроса.
Как проверить совпадение времени работы источника и потребителя
Даже при достаточном температурном потенциале источник и потребитель могут работать в разные периоды.
Если компрессоры выделяют тепло тогда, когда предприятие нуждается в горячей воде, возникает возможность непосредственного использования соответствующего теплового потока.
Если потребность в горячей воде возникает в другие часы, количество образующегося тепла нельзя полностью включать в полезный результат непосредственного теплообмена.
Для проверки сопоставляют журнал компрессорной с данными потребления горячей воды. Важно установить не только общий расход за сутки, но и временное совпадение доступной тепловой мощности с потребностью.
Аналогичное сопоставление выполняют для сезонной отопительной нагрузки.
В результате можно определить периоды, в которых потенциально возможно полезное использование тепла, и интервалы, когда спрос недостаточен либо отсутствует.
Без такой проверки расчёт способен существенно завысить ожидаемый полезный отпуск тепловой энергии.
Как определить варианты использования тепла компрессоров
Результатом анализа должны стать варианты использования тепла компрессоров с указанием условий теплообмена.
При наличии подтверждённой тепловой потребности рассматривают возможность передачи энергии от охлаждающей среды соответствующему потребителю.
Для каждого варианта необходимо установить температуру и расход источника, температурные требования потребителя и период, в течение которого тепло может использоваться.
Отдельно оценивают соответствие доступной тепловой мощности фактической нагрузке. Если потребность ниже теплового потенциала, полезный отпуск ограничивается потребителем.
Если температурный уровень источника недостаточен для предусмотренной задачи, прямое использование не может считаться подтверждённым техническим решением.
Если тепловая потребность существует только в отдельные сезоны, результат должен учитывать ограниченную продолжительность полезного использования.
Техническое решение не следует выбирать исключительно по максимальной температуре охлаждающей среды или расчётному количеству выделяемого тепла. Необходимо подтвердить совместимость источника и потребителя по всем трём условиям: температуре, мощности и времени.
Как определить границу расчёта полезной рекуперации
При оценке необходимо различать электрическую энергию, потребляемую компрессорами, тепло, отводимое системой охлаждения, и тепловую энергию, которую фактически может принять потребитель.
Эти величины связаны, но не совпадают.
Электрическое потребление характеризует работу компрессорного оборудования. Тепло охлаждающей среды показывает соответствующий отвод энергии. Полезная рекуперация определяется только той частью теплового потока, которую технически возможно передать и использовать.
Если охлаждающий контур имеет подтверждённую тепловую мощность, но потребитель способен принять лишь её часть, расчёт полезной энергии необходимо ограничить этой потребностью.
Если спрос существует не всё время работы компрессорной, учитывают только соответствующие периоды.
Кроме того, необходимо проверить, что расчётные параметры теплообмена не противоречат требованиям охлаждения самих компрессоров. Предполагаемый отбор тепла не должен нарушать необходимый рабочий режим оборудования.
Таким образом, величина полезной рекуперации определяется не только характеристиками источника, но и техническими условиями передачи и потребления тепловой энергии.
Какой вывод можно считать обоснованным
Технически обоснованный результат должен показывать, какое тепло доступно от системы охлаждения компрессоров, при каких температурах возможен теплообмен и в какие периоды существует подтверждённая потребность в этом тепле.
Тепловые схемы определяют возможные границы передачи энергии. Журнал компрессорной подтверждает фактическую продолжительность работы источника. Сведения о горячем водоснабжении и сезонной тепловой нагрузке показывают возможности полезного использования.
Если эти данные согласованы, можно сформировать варианты применения вторичного тепла и определить ограничения каждого варианта.
Если известна только температура охлаждающей среды, но отсутствуют достоверные сведения о её расходе, нельзя количественно определить доступную тепловую мощность.
Если тепловой потенциал установлен, но не подтверждён спрос потребителя, нельзя считать соответствующую энергию полезно используемой.
Если отсутствуют данные о режимах компрессорной, невозможно достоверно оценить продолжительность доступности тепла и его годовой энергетический результат.
Граница достоверности: не вся электрическая мощность компрессоров доступна к полезной рекуперации. Температура охлаждающей воды сама по себе не подтверждает полезную теплоотдачу. Количественные выводы зависят от достоверности тепловых схем, журналов компрессорной, измерений температуры и расхода охлаждающей среды, а также сведений о потреблении горячей воды и сезонном спросе. При летнем отсутствии отопительной нагрузки часть доступного тепла может оставаться невостребованной. Без сопоставления температуры, количества и времени доступности тепла нельзя обоснованно заявлять величину полезной рекуперации или гарантированную экономию.