Potencjał odzysku ciepła uzależniony jest od warunków klimatycznych, w związku z czym układy chłodnicze na CO₂ z możliwością odzysku ciepła wykorzystywano dotąd głównie w chłodniejszych strefach klimatycznych. Jednak dzięki wdrażaniu nowych rozwiązań technicznych, odzyskiwanie ciepła na potrzeby ogrzewania wody użytkowej staje się coraz powszechniejsze, również w cieplejszych strefach klimatycznych.
W przypadku układów nadkrytycznych z odzyskiem ciepła, możemy śmiało powiedzieć, że dotąd byliśmy w stanie dostrzec zaledwie wierzchołek tej góry lodowej. W przyszłości supermarkety nie tylko będą w stanie pokryć własne zapotrzebowanie na ciepło, wykorzystując nadwyżkę ciepła pochodzącą z układów nadkrytycznych wykorzystujących CO₂, ale również dostarczać ciepło do lokalnych sieci energetycznych. Oczywistą zaletą tego układu jest krótki czas zwrotu z inwestycji, wynoszący zazwyczaj mniej niż 2,5 roku, a także obniżenie emisji, które sprawiają, że eksport ciepła z supermarketów staje się bardzo atrakcyjną perspektywą dla wszystkich zainteresowanych stron.
Nie ma powodu, aby zwlekać — tym bardziej, że wszystkie niezbędne rozwiązania techniczne są obecnie powszechnie dostępne. Ten artykuł stanowi omówienie obiegów nadkrytycznych CO₂ z odzyskiem ciepła.
Ogrzewanie i chłodzenie to dwie strony tej samej monety. Jednak od wielu lat systemy chłodzenia i ogrzewania w supermarketach traktowane są całkowicie oddzielnie. Wprawdzie przemysł dostrzegał możliwości wykorzystywania nadmiaru ciepła pochodzącego z systemów chłodniczych dzięki wykorzystaniu tradycyjnych czynników HFC, jednak zyskowność takich przedsięwzięć była ograniczona, w związku z czym nie osiągano zwrotu z inwestycji. Niemniej jednak wdrożenie nadkrytycznych obiegów CO₂ umożliwiło w końcu pełne wykorzystanie potencjału tych dwóch przeciwieństw, dzięki zastosowaniu zintegrowanych układów ogrzewania i chłodzenia.
W celu odzyskiwania ciepła z układu nadkrytycznego, przed chłodnicą gazu instaluje się jeden lub dwa wymienniki ciepła. Zawór trójdrogowy kieruje czynnik chłodniczy ze sprężarek do wymiennika ciepła, gdzie oddaje on ciepło odpadowe zgodnie z aktualnym zapotrzebowaniem na ogrzewanie pomieszczeń oraz wodę użytkową przeznaczoną do celów sanitarnych i porządkowych. Ewentualny nadmiar ciepła zostaje odprowadzony do otoczenia.
Teoretycznie, 100% ciepła odzyskanego z układu chłodniczego jest w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na ogrzewanie pomieszczeń oraz ciepłą bieżącą wodę niemal bez względu na strefę klimatyczną, eliminując konieczność stosowania oddzielnych instalacji grzewczych w supermarketach. Niemniej jednak odzyskiwanie ciepła w końcowym przedziale niskiej już temperatury gazowego czynnika nadal trudno zaliczyć do najskuteczniejszych, dlatego też koszt całkowitego odzysku należy również skonfrontować z alternatywnymi źródłami ciepła, w kontekście rzeczywistych warunków obciążenia, klimatu oraz kosztów wspomnianych źródeł alternatywnych.
Element inteligentnej sieci energetycznej
Supermarkety z łatwością mogą zaspokoić własne zapotrzebowanie na ciepło, a nawet o wiele więcej. Dodatkowo, mogą odgrywać ważną rolę w obrębie inteligentnej sieci energetycznej, odprowadzając do niej nadmiar ciepła.
Przy niewielkiej inwestycji supermarket może zostać podłączony do lokalnej sieci energetycznej, a odzyskiwane i przekazywane do niej ciepło może stać się dla sklepu kolejnym źródłem przychodów. Pierwsze eksperymenty związane z integracją sieci przeprowadzone w Danii przyniosły, dzięki specjalnym dotacjom, zwrot w ciągu zaledwie 1-2 lat; warto przy tym zauważyć, że nawet w przypadku braku dotacji, czas zwrotu nadal byłby krótki, gdyż wyniósłby 3-4 lata.
Niestety w przypadku wielu rynków brak modeli biznesowych oraz regulacji prawnych nadal hamuje powszechne zainteresowanie przesyłaniem nadmiaru ciepła pochodzącego z supermarketów do sieci energetycznych.
Wykorzystywane przez supermarkety układy nadkrytyczne z odzyskiem ciepła doskonale sprawdzają się w przypadku ogólnej poprawy osiągów instalacji chłodniczych. Warto przy tym zauważyć, iż jest to rozwiązanie zarówno wysoce efektywne, jak i elastyczne, zapewniające jednoczesne chłodzenie i ogrzewanie dzięki wykorzystaniu ciepła odpadowego w obrębie całego sklepu.
Ponad 2 000 instalacji na terenie Europy oraz w innych częściach świata udowodniło, iż tradycyjne słabe strony CO₂, takie jak chociażby wysokie wartości temperatury czy ciśnienia w układzie chłodniczym, można przekształcić w opłacalne korzyści, dzięki rozbudowie istniejących instalacji o moduł odzysku
ciepła. W rzeczywistości koszty prowadzonej działalności można zmniejszyć o ponad 20% poprzez zastąpienie konwencjonalnych źródeł ciepła, rozwiązaniem wykorzystującym odzysk ciepła. Dodatkowo, czas zwrotu z inwestycji w instalację odzysku ciepła jest zazwyczaj krótki i nie przekracza 2,5 roku. Jednocześnie, co należy zaznaczyć, prawidłowa instalacja i konserwacja układu pozwala również wydatnie obniżyć emisję gazów cieplarnianych.
Rysunek 4: Oszczędności wraz z całym okresem zwrotu (miesiąc po miesiącu) w brytyjskim supermarkecie wyposażonym w nadkrytyczny układ CO₂ z odzyskiem ciepła
