في العديد من المصانع، يُهدر نظام التبريد الحرارة طوال اليوم، بينما يقوم نظام آخر بحرق الغاز أو استخدام الكهرباء لتسخين الماء أو إنتاج بخار منخفض الضغط. يبدو هذا طبيعيًا لأنه مُتبع منذ سنوات. ولكنه في الوقت نفسه يُعدّ هدرًا صامتًا. إذا كان مصنعك يحتاج إلى التبريد والتدفئة في آنٍ واحد، فإن استعادة حرارة المكثف المهدرة تُمكنك من تحويل هذه الحرارة المهدرة إلى ماء ساخن مفيد، أو حرارة تشغيلية، أو جزء من إمدادات البخار. تشرح هذه المقالة مزايا هذه التقنية مقارنةً بالغلايات التقليدية التي تعمل بالغاز والكهرباء، والجوانب التي لا تزال تتطلب دراسة متأنية للتصميم.
لماذا تُعتبر الحرارة المهدرة من المكثف تكلفة خفية؟
لا تُدمر أنظمة التبريد الحرارة، بل تنقلها من جانب التبريد إلى جانب المكثف. في الأنظمة التقليدية، يُهدر جزء كبير من هذه الحرارة في الخارج عبر المكثفات أو مياه التبريد، ثم يدفع المصنع تكلفة إضافية لإنتاج الماء الساخن. يشبه الأمر حمل طعام ساخن إلى الباب، ثم التخلص منه، ثم طلب وجبة عشاء.
تُضيف الغلايات الحرارة، وتُعيد عملية الاستعادة استخدام الحرارة
تُنتج الغلايات التي تعمل بالغاز أو الكهرباء الحرارة من الوقود أو الطاقة. أما نظام استعادة الحرارة في المكثف، فيستغل الحرارة الموجودة أصلاً في دورة التبريد ويرفعها إلى درجة حرارة أكثر فائدة. ولذلك، تُعدّ وفورات الطاقة جذابة في المصانع التي تُشغّل عمليات التخزين البارد والتجميد والمعالجة المبردة والغسيل والتدفئة في اليوم نفسه.
تقنية القمر حل نظام استرداد الحرارة المكثفة تم تصميم النظام حول هذه الفكرة. ويمكنه استخدام استعادة الحرارة المحسوسة، ومضخات الحرارة عالية الحرارة، وتخزين الطاقة الحرارية خارج أوقات الذروة، ومضخات الحرارة البخارية، ومعززات البخار. كل مسار مصمم لمهمة تدفئة مختلفة، لذا لا يُجبر جهاز واحد على القيام بكل المهام.
أفضل المواقع تحتاج إلى التبريد والتدفئة معًا
يُعد هذا النظام عمليًا للغاية عندما تتداخل أحمال التبريد والتدفئة. على سبيل المثال، مصانع الذبح التي تحتوي على خزانات للسلق، ومصانع تجهيز المأكولات البحرية التي تحتوي على غرف تبريد واحتياجات غسيل بالماء الساخن، ومصانع الألبان التي تحتوي على أحمال بسترة وتنظيف، ومصانع البيرة التي تحتوي على غسيل الزجاجات، ومصانع الأطعمة المجمدة، والفنادق، وحمامات السباحة، وغيرها من المواقع التي تتطلب كميات ثابتة من الماء الساخن.
إذا كان استهلاكك للتدفئة منخفضًا أو يحدث مرة واحدة فقط في الأسبوع، فقد يكون العائد ضعيفًا. ولكن عندما تعمل الثلاجة يوميًا، وتكون المياه الساخنة مطلوبة يوميًا أيضًا، يصبح استرداد التكاليف أكثر جدوى.
كيف يُنتج نظام استعادة الحرارة ماءً ساخناً مفيداً؟
تعتمد آلية عمل النظام على مبدأ مشابه لدورة المضخة الحرارية. حيث يمتص وسيط التبريد ذو درجة الحرارة المنخفضة الحرارة، ثم يرفع الضاغط الضغط ودرجة الحرارة، ويطلق المكثف الحرارة في الماء. ويكمن الاختلاف الجوهري في مصدر الحرارة، إذ يستخدم النظام هنا حرارة التكثيف من نظام التبريد.
يلبي الماء الساخن بدرجة حرارة 85 درجة مئوية العديد من احتياجات المصانع
تستطيع وحدة مضخة حرارية لاستعادة الحرارة المكثفة استعادة الحرارة من نظام التبريد، وإعادة ضغط غاز التبريد، ورفع درجة حرارة التشبع. ومن خلال إطلاق حرارة التكثيف، يمكنها إنتاج ماء ساخن تصل درجة حرارته إلى 85 درجة مئوية. تشمل وسائط التبريد الشائعة R717 وR507A وR134a، مع ضواغط لولبية مفتوحة أو شبه مغلقة.
يُناسب نطاق درجة الحرارة هذا تدفئة المصانع، وتغذية الغلايات، ومياه التنظيف، وبعض عمليات التسخين المسبق. بالنسبة للعديد من المشترين، تُعدّ 85 درجة مئوية كافية. لا حاجة لاستخدام البخار إذا كان الماء الساخن كافيًا. يُفضّل المشغلون الأنظمة البسيطة أيضًا، وليس المديرون فقط.
يمكن للماء الساخن الذي تزيد درجة حرارته عن 90 درجة مئوية أن يحل محل البخار في بعض العمليات.
تتطلب بعض العمليات درجات حرارة أعلى. يمكن لتقنية المضخات الحرارية لاستعادة الحرارة الكاملة إنتاج مياه ساخنة بدرجة حرارة فائقة تتجاوز 90 درجة مئوية، والتي يمكن أن تحل محل بخار الغلايات في مهام معينة، مثل تعقيم خزانات المياه في خطوط الذبح.
لا يعني ذلك أنه يجب تحويل كل عملية تسخين بالبخار إلى تسخين بالماء الساخن. لا يزال من الضروري التحقق من مستوى درجة الحرارة، ومعدل التدفق، وطريقة التلامس، ودقة التحكم. ولكن في العديد من مهام التسخين، يُعد الماء الساخن أسهل في التعامل، وأسهل في القياس، وأبسط في الصيانة من البخار.
متى يكون أفضل من الغلايات التي تعمل بالغاز أو الكهرباء؟
تتميز الغلاية بسهولة استخدامها وبساطتها، وهذه ميزتها. مع ذلك، قد لا يكون التسخين المباشر الخيار الأقل تكلفة إذا كان مصنعك يُهدر كميات كبيرة من الحرارة من خلال التبريد. ينبغي أن تشمل المقارنة الحقيقية تكلفة الوقود، وسعر الكهرباء، والصيانة، وضغط الكربون، وقواعد السلامة، وعمر المعدات.
يقلل من استهلاك الطاقة المتكرر
تُنتج الغلايات التقليدية الحرارة من الصفر في كل مرة. أما نظام استعادة الحرارة فيُعيد استخدام حرارة المكثف أولاً، ثم يُضيف الطاقة فقط لرفع درجة الحرارة إلى المستوى المطلوب. وهذا يُمكن أن يُقلل من كمية الوقود المُشترى أو التدفئة الكهربائية المباشرة.
في مشروع تحديث صناعي لم يُكشف عن اسمه، كانت إحدى العمليات تعتمد كلياً على بخار الغلاية لإعادة التسخين. بعد إضافة نظام مضخة حرارية غير مباشرة، تم استعادة الحرارة من البخار العلوي وإعادتها إلى العملية. استخدم المشروع وحدات ضاغط لولبي مزدوج محقونة بالزيت، بقدرة تبريد 23.4 ميغاواط وقدرة تسخين 27.4 ميغاواط. أظهرت حسابات تكلفة الطاقة وفورات سنوية تزيد عن 40 مليون يوان صيني، وانخفاضاً سنوياً في انبعاثات الكربون بمقدار 79,530 طناً.
يقلل من حمل الغلاية دون تغيير كل شيء
لا ترغب معظم المصانع في استبدال جميع الغلايات بين عشية وضحاها، وهذا أمر منطقي. غالبًا ما يكون الاستبدال الجزئي هو الخيار الأمثل. إذ يمكن لنظام الاستعادة التعامل مع احتياجات الماء الساخن الأساسية أو البخار ذي الضغط المنخفض، بينما تغطي الغلايات الحالية فترات الذروة، والاحتياط، وظروف التشغيل الخاصة.
على سبيل المثال، يمكن لمضخات الحرارة ذات استعادة الحرارة الكاملة توليد بخار منخفض الضغط ليحل جزئياً محل غلايات البخار في غسل زجاجات البيرة أو بسترة منتجات الألبان. تبقى الغلاية في مكانها، ولكن يقلّ عملها. وهذا يُعدّ أقل خطورة على فرق الإنتاج.
ماذا عن البخار ذي الضغط المنخفض ودرجات الحرارة المرتفعة؟
يظن بعض المشترين عند سماعهم مصطلح "استعادة الحرارة" أنه يُستخدم فقط لتسخين الماء. هذا فهم قاصر. فباستخدام الطريقة الصحيحة، يمكن رفع درجة حرارة الحرارة المنخفضة إلى ماء ساخن أو بخار بدرجة حرارة عالية. يكمن السر في اختيار مصدر الحرارة المناسب للاستخدام النهائي.
يمكن أن تصل درجة حرارة المضخات الحرارية ذات درجة الحرارة العالية إلى 120 درجة مئوية
تستطيع وحدة المضخة الحرارية للماء الساخن أو البخار عالي الحرارة استعادة الحرارة من مصدر مياه تزيد درجة حرارته عن 60 درجة مئوية. كما يمكنها تحضير ماء ساخن يصل إلى 120 درجة مئوية أو بخار مشبع بضغط 2 بار. وهذا يجعلها مفيدة لاستعادة الحرارة المهدرة في الصناعة واستبدال البخار.
تستطيع مضخة البخار الطاردة المركزية ذات الارتفاع الحراري العالي استعادة الحرارة المهدرة من مصادر منخفضة الحرارة تصل إلى 20 درجة مئوية، وإنتاج ماء ساخن بدرجة حرارة تصل إلى 140 درجة مئوية أو بخار مشبع بضغط 3.6 بار. يفتح هذا المجال أمام استخدامات أوسع للحرارة المهدرة، ولكنه يتطلب أيضاً تصميماً دقيقاً. فاستقرار مصدر الحرارة، واختيار الضاغط، وحجم المبادل الحراري أمور لا يمكن التخمين فيها.
يمكن استخدام بخار العادم مرة أخرى في عملية تعزيز البخار
إذا كانت عمليتك تُنتج بالفعل بخارًا منخفض الضغط أو بخارًا سريع التبخر، فيمكن لمعزز البخار ضغطه مباشرةً ورفع ضغطه. تتضمن البيانات من قاعدة المعرفة تعزيز البخار حتى 14 بارًا ودرجة حرارة 200 درجة مئوية تقريبًا. يستخدم النظام بخار الماء كوسيط تشغيل، ويمكن استخدامه في ضبط طاقة البخار، والتبخير، والتبلور، وإعادة الغليان.
بالنسبة لمصنع يُطلق بخارًا متطايرًا، فإن مشاهدة هذا الأمر مؤلمة بمجرد معرفة الأرقام. هذا البخار لا يزال ذا قيمة. ليس من الممكن دائمًا تجنب إطلاقه، لكن لا ينبغي أن يكون هذا هو الحل الأول.
كيف ينبغي عليك التخطيط لمشروع حقيقي؟
يجب أن يبدأ مشروع استعادة البيانات بالبيانات، لا بصور المعدات. أنت بحاجة إلى معرفة منحنى حمل التبريد، وكمية حرارة المكثف، واستهلاك الماء الساخن، ودرجة حرارة العملية، وساعات التشغيل، وجودة المياه، وحدود المساحة، وقواعد النسخ الاحتياطي. الاختصارات هنا عادةً ما تُسبب مشاكل لاحقًا.
قم بمطابقة مصدر الحرارة مع مستخدم الحرارة
ابدأ بتحديد أوقات توفر التدفئة وأوقات الحاجة إليها. إذا كان التبريد يعمل ليلاً بينما نحتاج إلى الماء الساخن صباحاً، فقد يفيد استخدام نظام تخزين حراري خارج أوقات الذروة أو خزان ماء ساخن. يشمل الحل أيضاً تخزين الطاقة الكهربائية خارج أوقات الذروة، حيث يمكن تخزين الطاقة الباردة أو الحرارية عندما تكون الكهرباء أرخص واستخدامها خلال النهار.
لأغراض مراجعة التصميم المبكرة، فإن استشارة شاملة تُعد هذه الصفحة مفيدة لأن المشروع قد يشمل التبريد، والماء الساخن، والبخار، ومنطق التحكم، وخزانات التخزين، ومساحة التركيب في نفس الوقت.
انظر إلى سلسلة الطاقة بأكملها
يجب ألا يؤثر نظام استعادة الحرارة الجيد على نظام التبريد. بل يجب أن يحافظ على استقرار نظام التبريد مع توجيه الحرارة إلى المستخدم المناسب. ولذلك، ينبغي أن يراعي التصميم جميع مكونات النظام، من ضواغط ومكثفات ومبادلات حرارية ومضخات وأنظمة مياه وأجهزة تحكم وأجهزة أمان.
تقنية القمر يدعم ذلك من خلال الحل التخطيط، وتكامل الأنظمة، و سلسلة الصناعة بأكملها القدرة. بالنسبة للتشغيل طويل الأجل، فإن نطاق الخدمة مهم أيضًا، بما في ذلك تخطيط المشروع، والاستشارات الفنية، والتصميم الهندسي، والمعدات الكاملة، والتركيب والتشغيل، وتدريب الموظفين، وصيانة النظام، وتشخيص النظام وترقيته، وإدارة الطاقة التعاقدية.
ما الذي يجب على المشترين فحصه قبل استبدال سخان المياه؟
قبل اختيار نظام استعادة الحرارة المهدرة من المكثف، اطلب بيانًا واضحًا لتوازن الحرارة. يجب على المورد توضيح مصدر الحرارة المستعادة، ومخرجات الماء الساخن، ومخرجات البخار إن لزم الأمر، وساعات التشغيل، والتخفيض المتوقع في استهلاك الوقود، ونمط التحكم.
لا تقارن فقط سعر الشراء
قد يبدو المرجل أرخص في البداية، لكن إذا كان يستهلك الوقود يوميًا بينما تُهدر حرارة المكثف في الخارج، فقد تكون تكلفة التشغيل أعلى على مدار عمر المحطة. قارن التكلفة الإجمالية، وليس فقط تكلفة المعدات في عرض السعر.
تأكد من درجة الحرارة والتدفق والاحتياطي
ينبغي التأكد من درجة حرارة الماء المطلوبة، ومعدل التدفق، وذروة الحمل، ومتطلبات النظافة، ومستوى الضغط، ونظام التسخين الاحتياطي. في مصانع الأغذية، قد تؤثر بضع درجات على جودة التنظيف أو عملية الإنتاج. من الأفضل طرح الأسئلة الأساسية مبكرًا بدلًا من شرح عدم استقرار الماء الساخن أثناء الإنتاج.
بالنسبة لمشروع محدد، يمكنك إرسال بيانات التشغيل من خلال اتصال قم بزيارة الصفحة واطلب مسارًا عمليًا، مثل استعادة الحرارة المحسوسة، أو مضخة حرارية عالية الحرارة، أو مضخة حرارية بخارية، أو معزز بخاري، أو خطة مشتركة.
أسئلة متكررة
س1: هل يمكن لاستعادة الحرارة المهدرة من المكثف أن تحل محل غلاية الغاز بشكل كامل؟
ج: أحيانًا، ولكن ليس دائمًا. يعتمد ذلك على كمية الماء الساخن أو البخار المطلوبة، ودرجة الحرارة اللازمة، وساعات التشغيل، واحتياجات الطاقة الاحتياطية. تستخدم العديد من المحطات هذه الطريقة لتغطية الحمل الأساسي، مع الاحتفاظ بالغلايات لتلبية ذروة الطلب.
س2: ما هي درجة حرارة الماء الساخن التي يمكن أن تنتجها مضخة حرارية لاستعادة الحرارة المكثفة؟
ج: يمكن لوحدة مضخة حرارية لاستعادة الحرارة المكثفة إنتاج ماء ساخن يصل إلى 85 درجة مئوية. كما يمكن لتقنية المضخة الحرارية لاستعادة الحرارة الكاملة إنتاج ماء ساخن بدرجة حرارة عالية جدًا تتجاوز 90 درجة مئوية لبعض العمليات.
س3: هل يمكن للنظام إنتاج البخار؟
ج: نعم. يمكن لمضخة حرارية تعمل بالماء الساخن أو البخار بدرجة حرارة عالية أن تنتج ماءً ساخناً تصل درجة حرارته إلى 120 درجة مئوية أو بخاراً مشبعاً بضغط 2 بار. أما نظام رفع درجة الحرارة الأكبر فيمكنه أن يصل إلى ماء ساخن تصل درجة حرارته إلى 140 درجة مئوية أو بخاراً مشبعاً بضغط 3.6 بار.
س4: ما هي الصناعات التي تستفيد أكثر من استعادة الحرارة المهدرة من المكثف؟
ج: المواقع التي لديها احتياجات تبريد وتدفئة على حد سواء تستفيد أكثر من غيرها، مثل المسالخ، ومعالجة المأكولات البحرية، ومنتجات الألبان، والبيرة، والأطعمة المجمدة، والفنادق، وحمامات السباحة، ومصانع الإنتاج ذات أحمال الغسيل أو التسخين الثابتة.
س5: ما هي البيانات التي يجب عليك تجهيزها قبل طلب عرض سعر؟
أ: إعداد سعة التبريد، وبيانات حرارة المكثف، ودرجة حرارة الماء الساخن، ومعدل التدفق، وضغط البخار إذا لزم الأمر، وساعات التشغيل اليومية، وتخطيط الموقع، وجودة المياه، وتكلفة وقود الغلاية الحالية.