APLIKÁCIE TEPELNÝCH ČERPADIEL V PRIEMYSLE, KOMUNÁLNEJ SFÉRE

Priemyselné tepelné čerpadlá

            V súčasnosti je v priemyselnej oblasti inštalovaných relatívne veľmi málo systémov tepelných čerpadiel. Je možné ale predpokladať, že v blízkej budúcnosti sa tepelné čerpadlá stanú v tejto oblasti oveľa významnejším zdrojom tepelnej energie najmä  preto, že sa budú neustále zvyšovať ekologické požiadavky na výrobu tepelnej energie a potom sa priemyselné tepelné čerpadlá stanú významnou technológiou pre znižovanie škodlivých emisií pri  výrobe tepla. Zavádzanie tepelných čerpadiel bude v budúcnosti podporovať aj stále intenzívnejší proces termodynamickej optimalizácie priemyselných procesov a identifikácie možností pre spätné získavanie tepla ako aj zavádzanie kogeneračnej výroby tepla, chladu a elektrickej energie.

            Priemyselné tepelné čerpadlá umožňujú využívať veľa variácií v oblasti druhov pohonnej energie, typov, zapojení a prevádzkových podmienok jednotlivých systémov, sú teda všeobecne navrhované pre špecifické podmienky jednotlivých aplikácií a teda ide o unikátne systémy. Hlavné typy priemyselných tepelných čerpadiel sú nasledovné (čiastočne prevzaté z http://heatpumpcentre.org):

o    mechanické parné rekompresné systémy,  označované ako otvorené systémy  tepelných čerpadiel, kde para z priemyselného procesu je komprimovaná na vyšší tlak a teplotu a teplo je získavané pri jej kondenzácii. Pri polootvorených systémoch je teplo z rekomprimovanej pary získavané pomocou výmenníka tepla. Energetická efektívnosť takýchto systémov dosahuje vysoké hodnoty (COP 10 až 30) pretože jeden z výmenníkov tepla klasického systému tepelného čerpadla (výparník alebo kondenzátor) je eliminovaný a teplotný rozdiel je relatívne malý. Súčasné systémy existujú so zdrojom tepla o teplote 70 až 80 °C a dodávané teplo má teplotu v rozmedzí 110 až 150 °C. Najčastejšou pracovnou látkou je voda.

o    parné kompresorové tepelné čerpadlá, ktoré môžu pracovať s maximálnou teplotou pracovnej látky do 120  °C.

o    absorpčné tepelné čerpadlá, v súčasnosti pracujú najmä z dvojicou pracovných látok lithium bromid - voda pri výstupnej teplote maximálne do 100 °C a teplotnom rozdiele medzi kondenzátorom a výparníkom max. 65 °C. Hodnoty COP sa pohybujú v rozmedzí od 1 do 1,4, ako už bolo uvedené na základe vývoja v tejto oblasti je možné očakávať podstatné zvýšenie energetickej efektívnosti (COP viac ako 2) ako aj teploty využiteľného tepelného toku.

o    tepelné transforméry sú v princípe absorpčné tepelné čerpadlá, ktoré transformujú odpadné tepelné toky  (dodávaním tepla do výparníka a generátora obehu) na vyššiu teplotnú hladinu získavanú z absorbéra. Nie je teda potrebný vysokoteplotný tepelný tok do generátora, tieto zariadenia dosahujú teplotu získavaného tepelného toku až 150 °C s teplotným rozdielom cca 50 °C , ale energetická efektívnosť pri týchto podmienkach je pomerne malá (COP cca 0,45 až 0,5)

            Priemyselné tepelné čerpadlá sú využívané najmä pre nasledovné aplikácie (čiastočne prevzaté z http:// heatpumpcentre.org):

o    priestorové vykurovanie skleníkov, priemyselných hál a podobne. Výhodné je najmä využitie priemyselných odpadných tepelných tokov, ktoré nemôžu byť použité priamo. Najčastejšie sa aplikujú parné kompresorové obehy s pohonom elektrickou energiou.

o    ohrev a chladenie vody, v rozmedzí medzi 40 a 90 °C pre čistiace, hygienické a iné procesy. Väčšinou sa využívajú parné kompresorové obehy, ale tiež absorpčné a tepelné transforméry.

o    výrobu vodnej pary, stredných a vysokých tlakov v teplotnom rozmedzí od 100 °C pre rôzne priemyselné účely. Súčasné vysokoteplotné tepelné čerpadlá môžu produkovať vodnú paru do cca 150 °C (existujú prototypy až do 300 °C). Využívajú sa najmä mechanické parné rekompresné systémy a kaskádne systémy parných kompresorových tepelných čerpadiel.

o    sušiace procesy, pri nízkych a stredných teplotách (do 100 °C). Hlavné aplikácie sú sušenie dreva, reziva, papiera, celulózy a niektorých potravinových produktov. Používajú sa mechanické parnérekompresné systémy a uzavreté parné kompresorové systémy.

o    vyparovacie a destilačné procesy v chemickom a potravinárskom priemysle. Vzhľadom na potrebu len malých teplotných rozdielov sú dosahované vysoké energetické efektívnosti (COP v rozmedzí od 6 do 30) pomocou mechanických parných rekompresných systémov ako aj klasických uzavretých parných kompresorových systémov.