Energian talteenotto kompressorijärjestelmissä

 Suurteollisuuden kompressorikeskuksella, joka kuluttaa 500 kW yli 8,000 käyttötuntia vuodessa, on 4 miljoonan kWh vuotuinen energian kulutus. Mahdollisuudet hyödyntää suuria määriä hukkalämpöä kuuman ilman tai kuuman veden kautta ovat todellisia. Jopa 94 % kompressorin virrankulutuksesta voidaan ottaa talteen, esimerkiksi 90 °C kuumaa vettä öljyttömistä ruuvikompressoreista. Tämä osoittaa, että säästötoimet tuottavat nopeasti huomattavaa tuottoa. Energian talteenottoon tehtävien investointien takaisinmaksuaika on yleensä vain 1–3 vuotta. Lisäksi suljetun jäähdytysjärjestelmän avulla talteen otettu energia parantaa kompressorin käyttöolosuhteita, luotettavuutta ja käyttöikää tasaisen lämpötilatason ja korkean jäähdytysveden laadun ansiosta, vain muutamia etuja mainitaksemme. Pohjoismaat ovat jonkin verran edelläkävijä tällä alalla, ja energian talteenotto on ollut vakiokäytäntö jo jonkin aikaa kompressoriasennuksissa. Useimmat suurilta toimittajilta tulevat keskikokoiset ja suuret kompressorit on nyt suunniteltu asennettavaksi vakiovarusteisiin hukkalämmön talteenottoa varten.

Fysiikan lait määräävät, että lähes kaikki kompressorijärjestelmään toimitettu energia muunnetaan lämmöksi. Mitä enemmän energiaa voidaan saada talteen ja hyödyntää muissa prosesseissa, sitä suurempi on järjestelmän kokonaistehokkuus.

Monissa tapauksissa lämmön talteenotto voi olla yli 90 %, jos kompressorin jäähdytyksestä saatava energia voidaan hyödyntää tehokkaasti. Jäähdytysjärjestelmän toiminta, etäisyys kulutuspisteeseen sekä lämmöntarpeen jatkuvuus ovat kaikki ratkaisevia tekijöitä. Kun lämpövirrat ovat suuria, talteen otetun lämpöenergian myyminen on mahdollisuus, jota ei pidä jättää huomiotta. Sähköenergian toimittaja voi olla potentiaalinen asiakas, ja investointi-, osatilaus- ja toimitusneuvottelut ovat helposti mahdollisia. Säästöjä voidaan saavuttaa myös koordinoimalla useiden prosessien energian talteenottoa.

Energian talteenotto paineilmalaitteistoista ei aina johda lämpöenergiaan juuri silloin, kun sitä tarvitaan ja usein lämpöä saadaan talteen liian vähän. Talteen otetun energian määrä vaihtelee ajan mittaan, jos kompressorin kuormitus vaihtelee. Jotta talteenotto olisi mahdollista, tarvitaan vastaava suhteellisen vakaa lämpöenergian tarve. Talteen otettu hukkalämpöenergia täydentää parhaiten järjestelmään syötettävää energiaa. Näin käytettävissä oleva energia hyödynnetään aina kompressorin käydessä. Ilmajäähdytteisissä kompressoreissa, joiden kuuman ilman virtausnopeus on korkea suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, on suora lämmönvaihto tai lämmönvaihto esilämmityakkuun. Tämän jälkeen lämmennyt jäähdytysilma jaetaan puhaltimella.Kun rakennukset eivät tarvitse lisälämpöä, kuuma ilma poistuu ilmakehään joko automaattisesti termostaatin ohjaamana tai manuaalisesti ilmanvaihtopellin ohjaamana. Rajoittava tekijä on kompressorien ja lämmitettävän rakennuksen välinen etäisyys. Tämä etäisyys olisi pidettävä mahdollisimman pienenä (mieluiten vierekkäisten rakennusten välinen etäisyys). Lisäksi energian talteenotto voidaan rajoittaa vuoden kylmiin ajanjaksoihin. Energian talteenotto jäähdytysilmaan on yleisempää pienissä ja keskisuurissa kompressoreissa. Kompressorin ilman jäähdytysjärjestelmien hukkalämmön hyödyntäminen aiheuttaa vain pieniä häviöitä jakelusta ja vaatii vain vähän investointeja.

Vesijäähdytteisen kompressorin jäähdytysvesi, jonka lämpötila on enintään 90°, voi täydentää kuumaa vedenjakelujärjestelmää. Jos sen sijaan lämmintä vettä käytetään pesemiseen, puhdistamiseen tai suihkutukseen, tarvitaan silti tavallinen pohjavesikattila. Paineilmajärjestelmästä talteen otettu energia on lisälämmönlähde, joka vähentää kattilan kuormitusta, säästää lämmityspolttoainetta ja saattaa johtaa pienemmän kattilan käyttöön. Paineilmakompressorien energian talteenoton edellytykset vaihtelevat osittain kompressorin tyypin mukaan. Tavalliset öljyttömät kompressorit on helppo muuttaa energian talteenottoa varten. Tämäntyyppinen kompressori sopii erinomaisesti kuuman veden lämmitysjärjestelmään, koska se tuottaa korkean veden lämpötilan (90 °C), jota tarvitaan energian tehokkaaseen talteenottoon. Öljyvoidellussa kompressorissa puristusprosessiin osallistuva öljy rajoittaa jäähdytysveden lämpötilan mahdollisuuksia. Keskipakoiskompressoreissalämpötilatasot ovat yleensä matalammat , koska puristusvaiheen painesuhde on alhaisempi, mikä rajoittaa lämmön talteenottoa. Energian talteenotto veteen sopii parhaiten kompressoreihin, joiden sähkömoottorin teho on yli 10 kW. Hukkaergian hyödyntäminen veteen edellyttää monimutkaisempaa laitosta kuin energian hyödyntäminen jäähdytysilmaan. Perusvarusteisiin kuuluvat nestepumput, lämmönvaihtimet ja säätöventtiilit. Lämpöä voidaan jakaa myös syrjäisiin rakennuksiin suhteellisen pienellä putkella (40-80 mm) ilman merkittäviä lämpöhäviöitä vesikiertoisen talteenoton avulla. Veden alkulämpötila on korkea, joten hukkanergiaa voidaan käyttää kuuman veden kattilan paluuveden lämpötilan kohottamaan. Siksi tavallinen energianlähde voidaan ajoittain sammuttaa ja korvata kompressorin hukkalämmön talteenottojärjestelmällä. Prosessiteollisuuden kompressorien hukkalämpöä voidaan käyttää myös prosessin lämpötilan lisäämiseen. Lisäksi voidaan käyttää ilmajäähdytteisiä öljyvoideltuja ruuvikompressoreita veden kautta kulkevien jäteenergian talteenottoon. Tämä edellyttää, että öljypiirissä on lämmönvaihdin, ja järjestelmä tuottaa vettä alhaisissa lämpötiloissa (50° - 60°) kuin öljyttömät kompressorit.