Tam, kde je teplo přebytečné, může jinde scházet
V našem předchozím článku byly popsány základní principy fungování tepelných čerpadel. Díky této technologii lze získávat tepelnou energii od studenějšího tělesa a předávat ji tomu teplejšímu. Klasická tepelná čerpadla získávají tepelnou energii převážně ze vzduchu, země nebo vody, a využívají se tak převážně v domácnostech. Široké uplatnění tepelného čerpadla najdeme také ve výrobních procesech, kde vzniká velké množství vedlejšího nebo zbytkového tepla. Technologické jednotky, které takové teplo generují (například takové, které mají kolem 35 °C), jsou často chlazené pouze okolním vzduchem, což ve výsledku vede k energetickým ztrátám, které nejsou ani ekologické, ani ekonomické. Běžným řešením se tak postupně stává instalace tepelného čerpadla, které toto teplo předává do jiných částí výroby, kde je zapotřebí, nebo se poté využívá například i k vytápění kancelářských prostor. Pozitivním faktorem je i chlazení potřebné technologické jednotky, díky čemuž dochází k energetickým úsporám.
Pro jaké teploty je rekuperace odpadního tepla vhodná?
Systémy rekuperace odpadního tepla se rozlišují na základě teploty tělesa, od kterého je odebíráno odpadní teplo, na základě čehož se liší i jejich výkonnost a následné využití. Takové systémy lze rozdělit na tři skupiny dle míry teploty – vysoké teploty, střední teploty a nízké teploty. Systémy rekuperace odpadního tepla jsou zavedeny pro každý druh odpadního tepla, aby bylo možné dosáhnout nejoptimálnější účinnosti rekuperace. Vysokoteplotní rekuperační systémy fungují při teplotách vyšších než 400 °C, rekuperace střední teploty probíhá v rozsahu 100–400 °C a nízkoteplotní rekuperace je vhodná pro teploty nižší než 100 °C. Při teplotách tělesa vyšších než 120 °C lze uvažovat i o využití odpadního tepla v kogenerační jednotce pro výrobu elektrické energie. Existuje však i několik dalších důležitých principů, které se týkají vstupní a výstupní teploty: čím nižší je rozdíl teplot, tím větší je úspora. Zároveň platí, že čím vyšší je teplota zdroje, tím vyšší je výkon tepelného čerpadla a tzv. topný faktor.
Pivovar, který vytápí 800 domácností a tepelné čerpadlo v Národním divadle
Dnes najdou tepelná čerpadla pro využití zbytkového tepla své uplatnění napříč různými průmyslovými odvětvími – například jsou součástí jaderných elektráren, najdeme je i v ocelářské výrobě, v pivovarnictví, nebo dokonce i na jevišti Národního divadla. Zajímavým příkladem využití odpadního tepla je tak například technologie, kterou využívá pivovar Heineken v Rakousku. Pivovar Brau Union v rakouském okresu Puntigam produkuje více než jeden milion hektolitrů piva ročně, a díky procesům biologické fermentace vzniká na místě velké množství zbytkového tepla, které se využívá pro vytápění domácností. Teplo z pivovarnických procesů – ekvivalentní 12 000 MWh / rok je využito k ohřevu a dodávání horké vody pro 800 domácností. Díky tomu pivovar ušetří emise skleníkových plynů ve výši 2 400 tun CO2 ročně. Vzhledem k faktu, že se o odpadní teplo z technologické jednotky postará tepelné čerpadlo místo podzemní vody, ušetří pivovar také přibližně 10–15 % energie. Když bude toto řešení plně funkční, pivovar dodá domácnostem zhruba 3,8 milionu KWh tepelné energie ročně.
Odpadní teplo však může být využito i v daleko menším rozsahu. Mezi velmi netradiční příklady můžeme zařadit Národní divadlo, které v rámci rozsáhlého programu renovace cílilo na energetické úspory a instalovalo řadu technologických řešení k zachycení zbytkového tepla pro účely vytápění a emisních úspor. Hydraulický systém, který se využívá pro manipulaci s divadelními scénami, výměnu kulis nebo například i zvedání opony, generuje velké množství vedlejšího tepla kvůli zahřívání hydraulického oleje, který byl v minulosti chlazen vodou z pražské kanalizace. Díky instalaci tepelného čerpadla se tak ušetří až 15 000 m³ pitné vody ročně. Lze tak zachytit tolik odpadního tepla, že to zcela nahradilo zemní plyn, který byl v minulosti využíván k ohřevu vody. Mezi další zajímavé zelené úspory můžeme dále zařadit rekuperaci teplého vzduchu přímo na jevišti a hledišti staré budovy Národního divadla nebo využití tepelných čerpadel přímo z vltavské vody.
Technologie pro zachytávání odpadního tepla najdou své využití v nejrůznějších typech průmyslové výroby a zároveň i na takových netradičních místech, jako je tomu například u hydraulického systému pohánějící divadelní oponu. Byť je instalace takovýchto zařízení technologický náročná, přináší zajímavé výsledky v emisních a provozních úsporách, a stává se tak důležitou součástí mozaiky udržitelných řešení.
