Odzysk ciepła odpadowego z gazów spalinowych ze źródeł ciepła w halach

Ogrzewanie budynków halowych

Najbardziej popularnymi systemami do ogrzewania obiektów wielkokubaturowych są systemy ogrzewania ciepłym powietrzem przy użyciu aparatów grzewczo-wentylacyjnych, tzw. nagrzewnic powietrza (wodne, gazowe, olejowe, elektryczne), oraz systemy ogrzewania poprzez promieniowanie przy użyciu promienników (wodne, gazowe, elektryczne). Stosowane są również ogrzewanie podłogowe oraz tradycyjne grzejniki, dla których źródłem ciepła są kotły grzewcze na paliwo stałe, płynne bądź gazowe. Zastosowanie mają również pompy ciepła o dużych mocach, nawet do 15 000 kW i możliwości podnoszenia temperatury wody do 90°C. 

Wybór rozwiązania systemu ogrzewania dla każdej inwestycji należy rozpatrywać indywidualnie z uwzględnieniem wielu czynników, wymagań inwestora i możliwości projektowych, mających na celu uzyskanie optymalnych kosztów przedsięwzięcia związanego z ogrzewaniem, właściwych efektów cieplnych i bezpiecznego użytkowania [3]. Nowoczesne rozwiązania technologiczne pozwalają odzyskiwać ciepło odpadowe z różnych źródeł ciepła. Odzyskaną energię można wykorzystać w zależności od potrzeb budynku na różne cele dzięki konstrukcjom różnych urządzeń i mediom transportującym ciepło. Szeroko oferowane są: wymienniki ciepła, rurki ciepła, ekonomizery, pompy ciepła, układy chłodnicze.

Odzysk ciepła odpadowego ze spalin kotłów

Źródłem ciepła odpadowego mogą być spaliny z kotła grzewczego. Na rys. 1 pokazano zastosowanie rurki ciepła do odzysku ciepła odpadowego z gazów spalinowych. Rurka cieplna jest aktywnym i skutecznym urządzeniem do wymiany ciepła o prostej konfiguracji, niewielkiej objętości i bez zapotrzebowania na energię lub ruchome części mechaniczne. W porównaniu do typowych wymienników ciepła jako urządzenie do odzyskiwania ciepła odpadowego rurka ciepła może przenieść pewną ilość ciepła odpadowego na dużą odległość dzięki wysokiej przewodności cieplnej. Jeden koniec rury grzejnej zamontowany w strefie gorącego gazu odlotowego pełni funkcję parownika do odzyskiwania ciepła odpadowego. Nośnik ciepła w rurze zamienia się z cieczy w parę płynącą do skraplacza. Koniec skraplacza jest osadzony w zimnym/wlotowym powietrzu i podgrzewa je.

Schłodzona para skrapla się i wraca do parownika poprzez działanie kapilarne. Rozwiązanie to umożliwia odzyskanie około 20% zużywanej energii cieplnej [4]. Odzysk ciepła odpadowego jest również możliwy dla grupy kotłów grzewczych. Na rys. 2 pokazano schemat odzysku ciepła za pomocą ekonomizera dla kotłowni wyposażonej w trzy kotły węglowe. Ciepło ze spalin jest wykorzystywane do przygotowania ciepłej wody. Na podstawie analizy stwierdzono możliwość zwiększenia o 9,5% wydajności kotłów poprzez ograniczenie nadmiaru powietrza w procesie spalania węgla w kotłach i użycie dodatkowego wymiennika ciepła w kanale spalin poza kotłami (ekonomizer) przeznaczonego do wstępnego podgrzewania ciepłej wody [5].

Odzysk ciepła odpadowego
ze spalin promienników gazowych

Promienniki gazowe są głównie stosowane do ogrzewania pomieszczeń wysokich i o dużej kubaturze. Montuje się je w halach produkcyjnych, logistycznych, sportowych, kościołach, hangarach, salonach wystawowych i obiektach produkcji rolniczej, a w Stanach Zjednoczonych – również w pływalniach. Dobrze sprawdzają się w budynkach o okresowym działaniu, zróżnicowanym przeznaczeniu lub o słabej izolacji cieplnej. Znajdują również zastosowanie na zewnątrz – ogrzewają trybuny sportowe, perony dworców, a także rozmrażają rampy załadunkowe. W halach wielkokubaturowych ogrzewanych gazowymi promiennikami podczerwieni dzięki konstrukcjom wymienników ciepła typu spaliny/powietrze lub spaliny/woda i mediom transportującym ciepło odzyskane ciepło można wykorzystać na cele grzewcze lub przygotowanie ciepłej wody. Temperatura spalin na wylocie z promiennika rurowego zależy od rodzaju i sprawności promiennika.

Dla wysokosprawnych promienników rurowych (o sprawności radiacji ηR = 72%) temperatura spalin na wyjściu z promiennika to niemal 200°C, zaś dla promienników o sprawności niższej (ηR = 52-59%) temperatura spalin wynosi około 350°C. Z kolei temperatura na powierzchni płyty ceramicznej promiennika jasnego może wynosić do 1200°C. Układy odzysku ciepła można konstruować dla jednego urządzenia lub grupy urządzeń. Na rys. 3 pokazano graf podziału układów odzysku ciepła dla promienników gazowych. Zastosowanie wymiennika typu spaliny/powietrze powoduje ogrzanie powietrza, które dalej jest doprowadzane do strefy przebywania ludzi lub zwierząt. To innowacyjne rozwiązanie może być wykorzystywane w halach ogrzewanych zarówno promiennikami rurowymi, jak i promiennikami ceramicznymi. Jak pokazano na rys. 3, układ odzysku ciepła dla promienników rurowych może być wykonany dla pojedynczego urządzenia lub na zbiorczym przewodzie spalinowym dla grupy promienników.

Galeria

Zobacz więcej