Využití tepla z chlazení? Tři příklady z praxe

Chlazení jako zdroj tepla

Velká část těchto objektů je vybavena systémem chlazení, které je, např. v letním období, využito pro klimatizování interiéru. Obdobně průmyslové chladiče (chillery) bývají často celoročně využity pro chlazení výrobních technologií. Celkový objem instalací kompresorových chladicích zařízení, jakými jsou nejrůznější typy klimatizačních jednotek, centrálních chladicích systémů a průmyslových chladičů neustále stoupá s rostoucí mírou industrializace a s nárůstem globální teploty. 

Jakýkoli systém aktivního chlazení, kompresorové nevyjímaje, se vyznačuje tím, že při provozu produkuje více tepla než chladu. Týká se to jak velkých průmyslových chladičů, tak klimatizačních jednotek nebo i běžné domácí chladničky, která interiér bytu více ohřívá, než chladí. Teplo z kompresorového chlazení, tzv. odpadní teplo, bývá obvykle odváděno do venkovního prostoru, to znamená zmařeno. Mařit vzniklé teplo můžeme do země, do vody (řeky), nicméně nejčastěji maříme teplo vniklé chlazením do okolního vzduchu, neboť jde o nejjednodušší řešení.

Jiří Svoboda, ředitel české společnosti Master Therm tepelná čerpadla, k tomu uvádí: „Jako příklad si představme běžný hotel. Podíváme-li se na jeho bilanci spotřeby energie v období letních měsíců, nejde o příliš radostný obraz. Celý objekt, ať již pokoje pro hosty nebo veškeré společné prostory jsou chlazeny. To je zajištěno několika kompresorovými klimatizačními jednotkami, které spotřebovávají elektrickou energii. Jestliže chladicí výkon je např. 100 kW, odhad spotřeby elektřiny na pohon kompresorů bude asi 40 kW. Vzniklé odpadní teplo v množství přibližně 140 kW je vyfukováno do okolí. Ve stejné chvíli hotelová kotelna spaluje zemní plyn v objemu přibližně 15 m³/hodinu, aby zajistila 140 kW tepla nutného pro přípravu teplé vody a ohřev vnitřních bazénů a vířivek. Objekt tedy pálí zemní plyn, aby vyrobil stejné množství tepelné energie, které současně ve formě odpadního tepla z chlazení neúčelně vypouští do vzduchu.“

Vše s jednou prací kompresoru

Pokud by měl uvedený hotel systém vytápění a chlazení integrovaný, potřebné teplo i chlad se dá zajistit prací kompresorů s příkonem 40 kW a kotel na zemní plyn může zůstat vypnutý. Ideální pro takové využití je vodní kompresorový chladič, resp. tepelné čerpadlo typu voda – voda, které souběžně generuje teplo i chlad. „Zajímavá je celková energetická účinnost takového systému s tepelným čerpadlem. V uvedeném příkladu s příkonem 40 kW získáváme teplo v objemu 140 kW a chladicí energii 100 kW. Celkově tedy zhodnotíme práci kompresoru šestkrát, což je velmi zajímavá účinnost. Při některých aplikacích je možné dosáhnout poměru mezi získanou a vloženou energií až osm nebo devět. To jsou skvělé hodnoty, které znamenají mimořádně nízké náklady na jednotku vyprodukovaného tepla a chladu a vedou často k velmi rychlé návratnosti investice do systému využití odpadního tepla s tepelným čerpadlem,“ dodává Jiří Svoboda.

Rychlá návratnost investovaných prostředků

Existuje celá řada případů, kde to funguje. Již déle než 10 let je v provozu kaskáda 9 tepelných čerpadel o celkovém topném výkonu více než 800 kW ve společnosti HVM Plasma v pražských Jinonicích. Úkolem tepelných čerpadel je zajistit chlazení výrobní technologie – vakuových komor – v přesně definovaném teplotním spádu. Získané odpadní teplo je využité pro vytápění výrobního areálu a celoroční ohřev teplé vody. Odpadního tepla z tepelných čerpadel chlazení je tolik, že si firma může dovolit vytápění komunikací a parkovišť v areálu za účelem zimního úklidu sněhu. Dostavba areálu byla dokončena v roce 2009 a byla oceněna titulem Ekologická stavba roku. „Mohu říci, že po deseti letech bezproblémového použití tepelných čerpadel se projekt jejich využití zdá být velice úspěšný, protože se nám podařilo snížit náklady na chlazení a topení zhruba o 50 %, a tím jsme docílili ekonomické návratnosti během čtyř let,“ říká Ing. Jiří Vyskočil, CSc., ředitel společnosti HVM Plasma.

Odpadní tepelná energie vzniká také při chlazení IT technologií. V Národním superpočítačovém centru IT4 Innovations v Ostravě jsou tepelnými čerpadly voda – voda chlazeny procesory superpočítače Salomon. Tepelná čerpadla poskytují celkový topný výkon 450 kW a teplo je v období topné sezóny vraceno do centrálního systému zásobování teplem a využito pro vytápění a ohřev teplé vody. Roční provozní úspory energií oproti konvenčnímu řešení přesahují 1 mil. Kč.

V Ústavu jaderné fyziky Akademie věd České republiky v Řeži u Prahy je obdobně chlazen cyklický urychlovač částic. Tepelná čerpadla mají topný výkon 860 kW a pracují na chladicí straně se vstupní teplotou vody 20 °C a výstupní vodou na teplém okruhu s teplotou 45 °C. Dosažený topný faktor přesahuje hodnotu 5, tzn. celkové zhodnocení příkonu kompresoru je vyšší než 9. Cyklotron je umístěn v suterénu komplexně zrekonstruované budovy, teplo je využito k ohřevu betonových konstrukcí podzemních pater objektu, k přípravě teplé vody a k vytápění v 5 nadzemních podlažích, kde je umístěno administrativní zázemí urychlovače a radiochemické laboratoře.

Budoucnost je v chytrých systémech

Potenciál úspor energií formou zpětného využití odpadního tepla z chlazení je značný. „Je potřeba změnit přístup a odbourat zažitou tradici, kdy vytápění a chlazení byly často odděleny jako jednotlivé profese a velké budovy a průmyslové haly měly samostatnou strojovnu vytápění a nezávislý systém chlazení. Moderní zázemí může mít podobu jedné centrální strojovny, která zajistí výrobu tepla a chladu souběžně pomocí technologie tepelných čerpadel. Pokud navíc takovou strojovnu propojíme se zemním výměníkem, ať již horizontálním nebo svislým, do kterého můžeme teplo nebo chlad ukládat a zpětně odebírat, neomezeně rozšíříme množství aplikací a vytvoříme univerzální systém mimořádně energeticky úsporného vytápění a chlazení,“ uzavírá Jiří Svoboda.