Ciepło jako wartość fizyczna to inaczej ilość energii wewnętrznej, jaka jest przekazywana w procesie cieplnym między ciałami o różnej temperaturze. Co oczywiste, taka wymiana zazwyczaj wpływa na otoczenie układu. Ta z pozoru skomplikowana, a w rzeczywistości bardzo naturalna reakcja, niesie za sobą szerokie zastosowanie. Niemniej w każdym procesie cieplnym wykorzystywanym w przemyśle, nie da się uniknąć strat wytwarzanej energii. Im są one mniejsze, tym oczywiście lepiej. Dlatego tak ważna jest optymalizacja procesu produkcyjnego z wykorzystaniem maksymalnych możliwości, jakie niesie za sobą wytworzone ciepło. Nawet to, które jest produktem ubocznym.

Niewykorzystana energia cieplna jest oddawana do otoczenia. To tzw. ciepło odpadowe. Powstaje ono najczęściej w urządzeniach energetycznych podczas różnych procesów przetwarzania energii. Szacuje się, że ilość ciepła odpadowego może osiągać poziom 70%. Tyle wytworzonej energii jest więc marnowane. Niektórzy twierdzą wręcz, że to największe niewykorzystane źródło na świecie. Potencjał jest więc bardzo duży. Ciepło powstające podczas pracy procesorów komputerowych czy agregatów chłodniczych, spaliny, para wylotowa, ścieki i systemy kanalizacji, procesy chemiczne – tam wszędzie ukryta jest energia, która się marnuje. Jej wykorzystanie jest trudne, ale przy użyciu obecnej technologii jak najbardziej możliwe.

Odzysk energii cieplnej

Odzyskiem ciepła nazywamy wszelkie działania mające na celu powtórne wykorzystanie energii, która powstała wcześniej w innych procesach. W tym celu używa się odpowiednich i dedykowanych rozwiązań technologicznych. Istnieją trzy główne sposoby odzysku energii cieplnej. Pierwszy z nich to rekuperacja. Podczas tego procesu wymiana ciepła ma miejsce bez kontaktu z powierzchnią wymiennika, a także strumienia nawiewanego i wywiewanego powietrza. Ciepły i zimny strumień są tu rozdzielone za pomocą przepony. Jako rekuperatory można uznać wymienniki płytowe i rurowe, rurki ciepła, układy z cieczą pośredniczącą, a także sprężarkowe pompy ciepła z odparowaniem bezpośrednim.

Prostszym, ale i mniej wydajnym procesem od rekuperacji jest recyrkulacja. W tym przypadku część usuwanego z obiektu powietrza trafia następnie do strumienia nawiewanego. Dochodzi więc tutaj w pewnym zakresie do mieszania się powietrza ciepłego z zimnym. Metoda ta znajduje zastosowanie w wielu systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Trzeci sposób odzysku energii cieplnej to regeneracja. W tym przypadku zachodzi zarówno wymiana ciepła, jak i masy. Dwa strumienie powietrza – nawiewane i wywiewane – naprzemiennie omywają tę samą powierzchnię wymiennika. Daje to skuteczność nawet do 80%. Do tej grupy można zaliczyć wymienniki obrotowe i złoża akumulacyjne.

Korzyści płynące z odzysku energii cieplnej

Ponowne wykorzystanie ciepła niesie za sobą liczne zalety. Przede wszystkim zwiększa efektywność wykonanej już przez urządzenia pracy na rzecz wytworzenia energii. Przekłada się to na realne oszczędności w budżecie firmy i zmniejszenie kosztów jej funkcjonowania, ale jednocześnie podnosi produktywność i konkurencyjność. Rozwiązanie takie wpisuje się również w gospodarkę obiegu zamkniętego, tak istotną z ekologicznego punktu widzenia. Redukcja emisji dwutlenku węgla jest korzystna dla środowiska naturalnego. Obniża również ślad węglowy netto danego przedsiębiorstwa, co daje zyski wizerunkowe. To podążanie za międzynarodowymi regulacjami w zakresie dekarbonizacji dostaw energii.

Montaż systemu odzysku ciepła w przedsiębiorstwie niesie za sobą koszty. Niemniej czas zwrotu inwestycji jest stosunkowo szybki. Powinno to zająć maksymalnie 3 lata. Niezwykle ważna jest jednak faza projektowa, w której należy unikać błędów. W ich wyniku odzysk energii cieplnej będzie bowiem mniej skuteczny. Cała instalacja musi zostać zoptymalizowana do określonej powierzchni oraz istniejących już układów wykorzystujących ciepło. Trzeba również właściwie określić miejsce, gdzie powinna zostać skierowana odzyskana energia, aby nie wpływało to negatywnie na sam proces produkcji. Jednocześnie należy znaleźć sposób, by ciepło nie tylko odzyskać, ale później też faktycznie je spożytkować dla celów firmy.

Praktyczne zastosowanie w przemyśle

Odzysk ciepła największe korzyści przynosi dużym zakładom przemysłowym, które pracują bez przerwy. Wtedy zwrot z inwestycji jest najszybszy, a skala oszczędności najbardziej wymierna. Zwłaszcza gdy ciepło odpadowe odzyskane z procesu technologicznego może być od razu skonsumowane do dalszych działań produkcyjnych. W miesiącach zimowych energię można wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń, niwelując przy tym udział innych źródeł. Przy pomocy magazynów ciepła posłuży ona z kolei do podgrzewania wody użytkowej. Jest to możliwe wszędzie, gdzie występują serwerownie czy hale produkcyjne ze stacjami sprężarek lub wycinarek laserowych.

Są branże, dla których wysoka temperatura ma szczególne znaczenie. Hutnictwo, odlewnie, piekarnie, lakiernie, papiernie, przemysł szklarski oraz ceramiczny – to miejsca, gdzie odzyski ciepła okażą się największe. Może ono zasilać miejskie sieci ciepłownicze ogrzewające budynki mieszkalne, ale również posłużyć do wytwarzania energii elektrycznej lub nawet chłodu. Dlatego rozwiązania te z powodzeniem sprawdzą się też w szpitalach, hotelach, restauracjach, dużych obiektach usługowych czy mleczarniach. Systemy odzysku dopasowują się do potrzeb i charakterystyki konkretnego miejsca i sterowane są elektronicznie. Ich pracę w celu lepszej optymalizacji często wspomagają różnorodne czujniki: temperatury, wilgotności, zawartości dwutlenku węgla czy obecności ludzi.