Concetti di recupero del calore di AERZEN
Sostenibilità ed efficienza sono indispensabili nel settore industriale. Oggi si annoverano senza dubbio tra le sfide più importanti che affrontano costruttori e operatori di sistemi. Per sua natura, tuttavia, la generazione di aria di processo richiede una quantità di energia elevata. Nel processo viene rilasciata una grande quantità di energia termica, nota come calore di processo. Non deriva solo dal flusso di aria generato ma anche dalla cabina fonoassorbente in seguito alla dissipazione di calore del motore, del silenziatore e del compressore. In passato era spesso inutilizzata.
In qualità di produttore di compressori ad alte prestazioni, AERZEN ha da tempo sviluppato soluzioni innovative per l'utilizzo pratico di questa energia termica. Di conseguenza, l'azienda offre ai gestori degli impianti una tecnologia all'avanguardia per l'aria compressa e sistemi di recupero del calore di dimensioni adeguate da un'unica fonte.
I potenziali risparmi che possono derivare dall'installazione di un sistema di recupero del calore sono immensi: fino all'85% dell'energia termica può essere facilmente utilizzata per altre operazioni, come il riscaldamento dell'acqua, i processi di essiccazione o il preriscaldamento dell'aria del bruciatore. Le perdite di energia, come quelle causate dallo sfiato dell'aria riscaldata all'esterno, vengono evitate. Il recupero di calore significa quindi una conservazione dell'energia mirata e a risparmio di risorse.
I costi di investimento per il sistema di recupero di calore sono relativamente bassi e rapidamente compensati dai risparmi energetici. È possibile ammodernare anche gli impianti più vecchi senza investire tempo e denaro in eccesso. AERZEN è lieta di aiutarti ad implementare soluzioni personalizzate. Il recupero di calore può essere implementato per un'ampia gamma di processi e utilizzi:
- Fornitura dei sistemi termici centrali
- Riscaldamento dell'aria calda
- Essiccamento dei fanghi di depurazione
- Aria calda per le attività di lavorazione (ad esempio, processi di asciugatura nella produzione)
- Produzione di acqua bollente per docce e bagni
- Riscaldamento dell'acqua per le caffetterie
- Costruzione di freni termici
- Riscaldamento piscine
L'obiettivo di ogni progettista di impianti consiste nel ridurre i costi utilizzando nel modo più efficiente possibile l'energia introdotta in un processo. Nell'area di produzione dell'aria compressa, il recupero di calore è un modo semplice per affrontare questa sfida. Per capire il motivo per cui un compressore in funzione genera energia termica e come quell'energia può essere utilizzata, è utile analizzare il principio di funzionamento di un compressore d'aria:
Principio di funzionamento dei compressori: fonti termiche e opzioni per recuperare calore
La grande quantità di calore residuo prodotto quando viene generata aria compressa non dà nessuna informazione sull'efficienza della macchina. È un prodotto secondario che deriva dalla generazione dell'aria di processo. Per lungo tempo gli operatori dell'impianto non sono stati a conoscenza del massiccio potenziale energetico contenuto nell'impianto. Di norma, il calore viene generato in due modi diversi: da un lato, dalla compressione del mezzo da parte del gruppo, dall'altro dal calore residuo (aria di raffreddamento) del motore, dello stadio e del silenziatore e dall'aria di scarico del radiatore dell'olio.
Compressione
Macchine come i compressori a vite e i soffiatori a lobi comprimono l'aria circostante aspirata attraverso rotori a lobi o a vite. Questa forma di compressione dell'aria è un processo termodinamico che riscalda il mezzo aspirato, ad esempio, aria o gas. Dal punto di vista fisico, il processo converte l'energia elettrica in energia termica. Quando vengono usati i compressori, i gas di processo possono raggiungere temperature fino a 280°C.
L'approccio logico per recuperare calore dall'aria di processo consiste nell'utilizzare gli scambiatori di calore. Una volta integrati nel flusso d'aria, un elemento come l'acqua può passare attraverso gli scambiatori ed essere riscaldato alla temperatura prestabilita, rimuovendo contemporaneamente il calore dal flusso d'aria. L'acqua così riscaldata può essere riutilizzata come acqua di processo o alimentata nel sistema di riscaldamento centrale. AERZEN offre scambiatori di calore progettati per rispondere a questo scopo, ovvero convertire la quantità massima di calore trasferibile con una perdita di carico minima.
Aria di raffreddamento (radiazione termica)
All'interno della cabina fonoassorbente viene creata energia termica aggiuntiva dalla radiazione del motore, dal radiatore olio, dallo stadio del compressore, dallo stadio del rotore a lobi, dalle tubazioni e dal silenziatore. Anche questa aria di raffreddamento fortemente riscaldata può essere utilizzata. Il calore può essere convogliato nei condotti dell'aria di scarico nel gruppo e trasportato come aria di riscaldamento alle sale o ai laboratori adiacenti. Un'uscita a temperatura controllata può regolare il flusso dell'aria al fine di raggiungere una temperatura ambiente uniforme. Se ad esempio in estate non serve riscaldamento, il calore in eccesso può essere condotto all'esterno.
Recupero di calore nel trattamento delle acque reflue
Il trattamento delle acque reflue è un settore fondamentale per Aerzener Maschinenfabrik. L'azienda a conduzione familiare è un attore globale in questo settore e sviluppa continuamente soluzioni all-in-one a risparmio di risorse e rispettose dell'ambiente per i clienti di tutto il mondo. Ciò include non solo la scelta di una tecnologia di macchina ottimale e su misura, ma anche concetti per il recupero del calore. Negli impianti di trattamento delle acque reflue, i gruppi vengono normalmente utilizzati per aerare le vasche di aerazione. Nel processo, un flusso d'aria con una pressione di circa 1 bar viene generato da soffianti volumetriche, turbosoffianti e compressori AERZEN che lavorano insieme o come gruppi singoli. Il flusso d'aria viene pompato nelle vasche di aerazione (la "biologia" dell'impianto). L'ossigeno contenuto nell'aria svolge un ruolo decisivo in una fase importante del processo: il trattamento biologico delle acque reflue.
La generazione del flusso d'aria necessario alle vasche rappresenta la percentuale più grande del consumo energetico totale dell'impianto. Il potenziale di risparmio in quest'area è quindi molto elevato. Le possibilità sono innumerevoli: un solo compressore con una potenza di 22 kW può soddisfare le esigenze di riscaldamento di un'abitazione unifamiliare.
Le numerose storie di successo di Aerzener Maschinenfabrik mostrano come l'equilibrio energetico di un impianto di depurazione possa essere migliorato adottando soluzioni di recupero di calore e scegliendo la tecnologia di macchine ottimale per ciascuna applicazione. Puoi trovare diversi esempi qui:
Un altro esempio di recupero di calore altamente efficiente implementato in collaborazione con AERZEN si trova nell'impianto di depurazione di Kupferdreh, Essen. L'impianto utilizza quattro soffiatori a lobi per alimentare l'aria nelle vasche di ossidazione. Grazie all'installazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero, l'impianto utilizza ora in modo pratico ed efficiente calore residuo dei soffiatori. L'energia convertita dal componente ora fornisce energia termica al sistema di riscaldamento e alla vasca tampone per l'acqua calda. I conseguenti risparmi sono enormi: il recupero di calore da solo permette all'impianto di Kupferdreh, Essen, di risparmiare oltre 30.000 euro ogni anno.
Nell'impianto di depurazione di Wertach, in Baviera, è stato possibile evitare l'installazione di un nuovo bruciatore per riscaldare l'acqua della caldaia, grazie all'uso di uno scambiatore di calore. A Wertach vengono utilizzati due soffiatori a lobi a velocità fissa per il carico di lavoro di base. Quando le esigenze aumentano, ad esempio durante la stagione escursionistica e sciistica, viene attivato un terzo soffiatore a velocità variabile.
L'aria calda a 68°C generata dal processo di compressione viene raffreddata sotto i 30°C da uno scambiatore di calore a piastre aria/acqua. La differenza risultante di circa 40°C può dunque essere utilizzata per immagazzinare l'acqua del sistema di riscaldamento. Lo scambiatore di calore integrato nel sistema è dotato di profili ottimizzati per la portata e non provoca quasi alcuna perdita di carico nell'aria di processo.
Se non occorre calore (ad esempio, in estate) può essere spento in tutta semplicità. Una valvola meccanica nelle tubature permette di convogliare tutta l'aria o parte di essa direttamente nelle vasche di ossidazione anziché attraverso lo scambiatore di calore, rendendo così possibile in ogni momento il controllo della domanda e il recupero di calore. A Wertach, il recupero di calore ha permesso di risparmiare circa 1.850 litri di combustibile all'anno. Puoi trovare maggiori informazioni sull'argomento nell'articolo "Riscaldamento efficiente con il calore perduto" nella nostra rivista dedicata ai clienti.
Per rispettare i rigidi requisiti ambientali nell'impianto di depurazione di Filderstadt-Bonlanden, costruito negli anni '60 nella regione del Baden-Württemberg, quattro compressori ibridi Delta Hybrid sono stati dotati di un sistema di recupero termico nell'ambito di un progetto di ammodernamento e ristrutturazione in collaborazione con AERZEN.
La combinazione dei gruppi offre aria compressa 100% oil-free e priva di materiale assorbente per l'aerazione delle vasche di ossidazione in modo altamente efficiente. Il funzionamento oil-free e privo di materiale assorbente non si traduce solo in risparmi sull'assistenza e la manutenzione, bensì anche in una maggior affidabilità del processo per l'impianto. Una volta completate le misure di ammodernamento, il sistema ha iniziato a far circolare l'aria ambiente riscaldata a macchina attraverso un sistema di estrazione e a utilizzarla per riscaldare altre sale macchine.
Ma i risparmi maggiori sono stati ottenuti con l'installazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero nella condotta principale del sistema. Nello scambiatore di calore, il calore viene rimosso dall'aria di processo e utilizzato per scaldare l'acqua. Ciò che ne consegue è l'eliminazione completa dei costi per il riscaldamento dell'acqua. Per maggiori informazioni sul recupero di calore a Filderstadt-Bonlanden, consulta l'articolo "Utilizzo ottimale di ogni kilowatt" pubblicato sulla nostra rivista per i clienti.
Recupero del calore nel trasporto pneumatico
Il trasporto pneumatico prevede il trasporto di merci sfuse come farina, polvere, sabbia o cemento con l'aiuto dell'aria. È utilizzato in molti settori, come quello alimentare, delle merci sfuse, dei prodotti chimici e dei materiali. Per creare il flusso d'aria richiesto, vengono spesso utilizzati compressori, soffianti e compressori a lobi rotanti AERZEN. Nel processo è possibile raggiungere temperature molto elevate dell'aria in uscita.
L'aria ambiente, che di solito ha una temperatura di circa 20°C, viene aspirata e può raggiungere temperature fino a 280°C a causa del processo di compressione, ad esempio, in un'applicazione che coinvolge compressori a vite. Per evitare che le merci trasportate vengano danneggiate dalle alte temperature, l'aria di processo deve spesso essere raffreddata. Il calore può essere rimosso dall'aria compressa con l'aiuto di uno scambiatore di calore e utilizzato per il riscaldamento, il riscaldamento dell'acqua o il calore di processo. A seconda del progetto, la perdita di pressione causata dall'installazione di uno scambiatore di calore è dell'1-3% rispetto alla pressione assoluta di aspirazione nel post-refrigeratore. Il conseguente aumento della potenza di azionamento del motore è nominale rispetto alla quantità di energia risparmiata dallo scambiatore di calore.
Quando è conveniente recuperare calore?
Prima di decidere di adottare una soluzione per il recupero di calore occorre considerare diversi fattori.
In primo luogo, il controllo delle condizioni strutturali. È importante che la fonte di calore residuo e il dissipatore siano posizionati vicini. Se sono troppo lontani, gli impianti devono calcolare perdite energetiche dovute al trasporto e costi più elevati per le tubazioni. Se occorre molto tempo per trasportare o immagazzinare il calore, è necessario calcolare costi di investimento superiori. Inoltre, deve esserci un Δ T di almeno 5-10 k tra la fonte di calore residuo e il dissipatore per ottenere vantaggi dall'impianto di recupero di calore.
In generale, si potrebbe dire che il recupero di calore è vantaggioso soprattutto se utilizzato con grandi gruppi e processi di produzione costantemente in funzione. Ma un sistema di recupero di calore può dare benefici anche nei casi in cui il calore residuo è inferiore, ma il carico di lavoro è maggiore. In linea di principio, il recupero di calore è tanto più vantaggioso quanto più i gruppi rimangono in funzione.
Riepilogo
La grande quantità di energia necessaria per generare aria compressa può essere recuperata e utilizzata in modi diversi. Con le tecnologie e l'esperienza di AERZEN è possibile pianificare nuovi progetti nell'ambito del trattamento delle acque reflue e del trasporto pneumatico per sfruttare l'energia termica per riscaldare sale, padiglioni o acqua (acqua di servizio o di processo) o per le fasi del processo di produzione. Sono possibili numerose applicazioni diverse.
Gli impianti esistenti possono essere ammodernati usando misure semplici che ne aumentano l'efficienza. In questo campo, AERZEN offre ai propri clienti un ampio portafoglio di servizi, ad esempio un'assistenza telefonica per informazioni 24 ore su 24, una diagnosi macchine e AERaudit, in cui i tecnici di assistenza sviluppano un progetto per ammodernare l'impianto.
Con l'aiuto del calcolatore dell'aria di ventilazione dell'ambiente di AERZEN, i tecnici e i gestori dell'impianto di depurazione possono trovare uno scambiatore di calore appositamente progettato per il loro impianto.
