Turbína pohání generátor, který vyrábí elektřinu. Pára, jež projde turbínou, je následně ochlazena, kondenzuje na vodu a vrací se zpět. Čím teplejší je pára, tím více energie lze s její pomocí vyrobit. To je také důvod, proč se technici v první řadě snaží využít k další výrobě elektřiny ty nejvydatnější zdroje odpadního tepla.

Například vzduch odcházející z obloukové pece na tavení křemíku má teplotu kolem 800 °C, a to je dost na výrobu páry, která by poháněla turbínu. K dalším „energeticky vydatným“ průmyslovým provozům patří například vysoké pece na tavení rud nebo pece cementáren, kde se pálí vápenec. Všude se dosahuje vysokých teplot a energie v podobě tepla odchází prakticky bez užitku.

Značné množství tepla uniká z nejrůznějších zařízení v chemickém průmyslu a dalších výrobních odvětvích. Například při výrobě sádrokartonových panelů tvoří energie nutná na sušení výrobků podstatnou část výrobních nákladů. Vzduch, který odchází ze „sušičky“, má kolem 200 °C.

S ohledem na ceny energie je to hodně. Vzhledem k technickým možnostem recyklace tepla a jeho dalšího využití to však není dost. Například výroba vysokotlaké vodní páry by byla za těchto podmínek obtížná. Přesto lze i takové zdroje tepla využít k dodatečnému získávání energie. Komerčně jsou už dostupné systémy, v nichž je vodní pára pro pohon turbíny nahrazena látkami přecházejícími do plynného skupenství za mnohem nižších teplot. Pro tyto účely lze využít například freony, propan či butan.

Staronovým technologickým hitem jsou termoelektrické materiály převádějící teplo přímo na elektrickou energii. Zatím naráží jejich širší praktické uplatnění na dvě velké překážky – vysokou pořizovací cenu a nízkou účinnost. Ve srovnání s klasickou turbínou na vodní páru vytěží ze stejného množství tepla jen pětinu energie. Tyto nešvary jsou aspoň zčásti vyváženy jejich malými rozměry a jednoduchostí.

Na rozdíl od turbíny nepotřebují žádné pohyblivé části. Velké automobilky, například BMW a Volkswagen, už vyvinuly prototypy systémů, které jsou s to získávat elektrickou energii přímo z tepla horkých výfukových plynů. Materiáloví inženýři vyvíjejí zcela nové termoelektrické generátory využívající nevšedních vlastností některých nanomateriálů.

Rekuperace tepla při chlazení technologických procesů

Lze obecně konstatovat, že využití odpadního tepla pro ohřev TUV vykazuje nejlepší návratnost a je technicky nejlépe proveditelné. Přímé investiční náklady související s instalací rekuperačního výměníku tepla a cirkulačního okruhu ohřevu TUV nepřesáhnou zpravidla cca 20 % ceny chladícího zařízení. Velikost související instalace akumulačních nádob TUV je přímo úměrná velikosti a rovnoměrnosti spotřeby TUV v návaznosti na průběh spotřeby chladu. Při návrhu velikosti a zapojení akumulačních nádob, je vždy dobré provést konzultaci s výrobním technologem a sestavit následně odběrový diagram spotřeby chladu a TUV. Porovnáním, lze vcelku přesně stanovit minimální velikost akumulačních nádob.

Zde je třeba ještě zmínit jeden podstatný technický aspekt. Je zcela zásadní rozdíl získávámeli teplo z více oddělených zařízení se nebo z jednoho centrálního. Z centrálních chladících jednotek a to jak tzv. sdružených tak i blokových je efektivita nejvyšší, investiční náklady jsou nejnižší a technicky se jedná o nenáročné a přitom spolehlivé provedení. Paralelní provoz více oddělených výměníků pro získávání odpadního tepla z chladících zařízení je vždy přirozeně výrazně nákladnější a technicky náročnější obzvláště co se týče regulace. Z této skutečnosti vyplývá, že již při rozhodování o koncepci chladícího systému je otázka využití odpadního tepla podstatným argumentem pro centralizované chladící systémy.

V oblasti technologického chlazení v potravinářském a zpracovatelském průmyslu je možno ještě v některých případech výhodně využít odpadního tepla k ohřevu vody pro otopnou soustavu objektu. Obzvlášť výhodné jsou pro tyto účely chladící zařízení pracující v oblasti podnulových vypařovacích teplot. U těchto chladících zařízení využíváme vysoké teploty par chladiva na výtlaku z chladícího kompresoru.Teplota na výtlaku z chladícího kompresoru je závislá na kondenzační teplotě, typu chladiva, odpařovací teplotě a přehřátí nasávaných par. Obecně lze pro jednoduchost konstatovat, že při nezměněné kondenzační teplotě, vzrůstá teplota par chladiva vytlačovaných kompresorem s klesající vypařovací teplotou a se vzrůstem přehřátí nasávaných par. Přehřáté páry vytlačované kompresorem mají dle druhu chladiva teplotu až 110°C např.u chladiva R 407 C a až 135°C u čpavku. Ochlazením těchto přehřátých par lze např. pomocí deskového výměníku ohřívat otopnou vodu vytápěcího systému objektu z teploty 40°C na 50°C. Topný výkon, který lze takto získat z chladícího zařízení je přirozeně omezen a pohybuje se na úrovni cca max. 40% celkového kondenzačního výkonu. V zahraničí jsou tyto výměníky označovány jako tzv. desuperheater (nejbližší český ekvivalent je zřejmě "ochlazovač přehřátých par chladiva") a jsou často sériovým příslušenstvím chladících jednotek. Hlavní předností je zanedbatelná cena a zároveň i to, že umožňují získat jednoduchým způsobem odpadní teplo aniž dojde k výraznému ovlivnění provozu chladícího zařízení respektive poklesu chladícího faktoru (COP), jelikož kondenzační teplota leží výrazně pod výstupní teplotou z rekuperačního výměníku. To je zcela v protikladu s tepelnými čerpadly, kde sice využíváme 100% odpadního tepla (zde je vhodnější jej nazývat teplem kondenzačním, protože v případě vytápění vlastně nejde o odpad, ale o "výrobek"), ale kondenzační teplota musí být vyšší, než výstupní teplota vody z výměníku kondenzátoru.

Rekuperace tepla z klimatizačních systémů

U standardních klimatizačních systémů je využití odpadního tepla hůře realizovatelné. Asi největším omezením je přirozeně to, že v období, kdy chladící zařízení pracuje v plném výkonu není pro odpadní teplo žádné využití. Ohřev TUV je zajímavý pouze u větších objektů a po určitou část roku může být bezesporu přínosem.

Obecně platí, že chladící zařízení pro klimatizační systémy pracují obvykle nadnulovými odpařovacími teplotami. Využití odpadního tepla pomocí ochlazovačů horkých par chladiva pro ohřev média otopné soustavy je tedy u klimatizačních zařízení nižší max. cca 30%.

Nejzajímavějším využitím odpadního tepla ve standardních klimatizačních systémech je předehřev centrálně nasávaného čerstvého vzduchu do objektu. Toto řešení bylo již často s úspěchem využito u větších objektů se skleněným pláštěm. V jarních a podzimních měsících je vzduch centrálně nasáván do objektu a předehříván na vodním registru, jehož otopné vodní médium je ohříváno pomocí rekuperačního výměníku chladícího zařízení klimatizace objektu. Zvláště zajímavou aplikací v tomto směru je takovýto systém instalovaný v administrativním objektu, který má buď přímo uvnitř či v těsné blízkosti větší prostory pro provoz telekomunikačních zařízení nebo výpočetní techniky. Jelikož tyto technologické prostory jsou svým provozem zdrojem celoročně takřka konstantních tepelných zisků, je využití získaného tepla zpětnou rekuperací do přiváděného čerstvého vzduchu vysoce efektivní záležitostí. Hlavní výhodou je technická nenáročnost. Jedná se v postatě pouze o deskový výměník tzv. ochlazovač horkých par a cirkulační okruh otopné vody. V těchto případech je možno za příznivých prostorových dispozic tj. krátká vzdálenost mezi chladícím zařízením a centrální VZT jednotkou přímo instalovat vzduchový kondenzátor do VZT jednotky. Toto řešení je ovšem technicky náročnější a je podmíněno právě výše zmíněnou vzdáleností komponent okruhu. Přirozeně je možno otopnou vodu ohřívanou v rekuperačním výměníku rozvést k více a centrálním VZT jednotkám a ohřev přizpůsobit potřebám jednotlivých zón objektu. Zde je možno namítnout, že technologické prostory je možno efektivně chladit v zimních měsících pomocí tzv. volného chlazení (freecoolingu), ale tyto systémy fungují většinou účinně až při podnulových venkovních teplotách. Naopak dní, kdy se venkovní teplota pohybuje v rozmezí od 4°C do 10°C je výrazně více. Pro rozhodnutí je také podstatný poměr plochy administrativní k technologické.

Závěrem je nutno zdůraznit, že efektivita využití odpadního tepla je přímo závislá na celkové systémové koncepci zařízení. Vždy je tedy vhodné před započetím projekčních prací na jakémkoliv chladícím zařízení možnost využití odpadního tepla zohlednit a definovat. Často se pak celý projekt odvíjí zcela jiným směrem.

Naposledy změněno: neděle, 24. listopadu 2019, 09.30