Inte spillvärme utan nyttig värme

Energiåtervinning är ett nytt modeord inom industrin. Det handlar om att återanvända värmeenergi som annars skulle gå till spillo, vanligtvis upp i luften eller ner i avloppet. Även om termen är ny är själva idén gammal. Till exempel har värme som fångas upp i frånluft och kondensationsvärme från industriella processer använts i årtionden. Potentialen är enorm: enligt Motiva genererar Finland 16-23 Twh tekniskt återvinningsbar överskottsvärme per år. Energimängden motsvarar fjärrvärmeförbrukningen i tjugo städer i Helsingfors.

Inom industrin har kostnadsbesparingar traditionellt varit det främsta skälet till energieffektivisering. Återbetalningsperioderna har granskats noga, vilket de också bör göra. I takt med att energipriserna stiger talar pengar högre än någonsin. Dessutom växer regeringens bidragspott för energirenovering. Men pengarna har fått sällskap av nya motiv.

Industrin är redan fast i klimattåget. Företagen tävlar om att offentliggöra mycket tuffa mål för att minskakoldioxidutsläppen och till och med uppnå koldioxidneutralitet. Drivkrafterna är varumärkesfördelar, EU-lagstiftning och ökande påtryckningar från finansiärer.

När man granskar energiflöden och utsläpp i en enskild fabrik eller en stor byggnad är det ofta så att energiåtervinning ger de största besparingarna. När det gäller spillvärmekällor är i synnerhet maskiner som producerar kall energi fortfarande i stort sett outforskade områden.

Ett bra exempel är ett företag i södra Finland som ägnade stor uppmärksamhet åt kylning i datarum. Man använde vattenkylmaskiner och på vintern tillkom frikyla, där man använde utomhusluften. Cirka 2500 MWh fjärrvärme per år användes för att värma upp lokalerna. En industriell värmepump installerades för att återvinna värmen (14-16°C) i returvattnet från kylningen och överföra den till värmesystemet. Som ett resultat minskade fjärrvärmeförbrukningen med 2000 MWh, eller 80%. Koldioxidutsläppen minskade med 250 ton per år. Det ser bra ut i hållbarhetsrapporten.

Stora industriella värmepumpars verkningsgrad, driftområde och tillförlitlighet har utvecklats snabbt under de senaste åren. De kan utnyttja alltmer ljumma spillvärmekällor. Värmepumpar kan också uppnå mycket högre temperaturer än tidigare. De lämpar sig bättre för uppvärmning, värmeintensiva processer och fjärrvärme. Utvecklingen pågår fortfarande och är värd att följa.

Värmepumpar möjliggör smart energiåtervinning på platser där det inte ens var tänkbart för en stund sedan. Sänkningen av elskatten från och med början av 2021 kommer att göra värmepumpar ännu mer prisvärda.

Förutsättningarna för energiåtervinning varierar från plats till plats. Några tumregler kan hjälpa dig att förstå potentialen:

1. Energiåtervinning är mest framgångsrik när värmeproduktion och värmeåtervinning sker samtidigt.
2. Det är bra att värmekällan och återanvändningen är fysiskt nära varandra, så att värme inte går förlorad genom långa överföringar.
3. Ju närmare värmekällans temperatur ligger den temperatur som krävs för värmeenergin, desto bättre blir lönsamheten för energiåtervinningen.

En ammoniakkylanläggning ville minska oljeförbrukningen för uppvärmning och produktionsprocessen. Oljeförbrukningen vid baslinjen var 240^m3 per år. En LTO-växlare installerades vid kondensorerna i ammoniakens hetgasledning, genom vilken hela anläggningens hetgasflöde passerar. Överskottsvärmen överförs till en industriell värmepump som omvandlar den till varmvatten på cirka 85 grader Celsius för uppvärmning av lokaler och processer. Oljeförbrukningen minskade med cirka 60% och_{CO2-utsläppen} med 340 ton per år.

Det har gjorts förut. I mitt arbete har jag sett några otroliga energiåtervinningssystem som är nästan lika gamla som jag själv. De har bara kallats för något annat. Ett exempel som sticker ut i mitt minne är en fabrik som byggdes på 1980-talet i norra Finland. Redan i konstruktionsskedet noterades att de vattenkylningsmaskiner som behövdes för att kyla processerna genererade mycket kondensvärme. Man bestämde sig för att använda den direkt för att värma upp byggnaden. Resultatet blev en fabrik där radiatorerna bara slås på när det är mer än 10 minusgrader ute.

Under trettio år har det gjorts enorma energibesparingar jämfört med att låta spillvärme gå till spillo. I själva verket fanns det ingen spillvärme alls i fabriken, utan en värdefull biprodukt som en framsynt ägare hade det goda omdömet att ta tillvara.

Ibland är det mest kostnadseffektivt att lagra överskottsvärme under jord. En stor kontorsbyggnad bytte från fjärrvärme till bergvärme. Samtidigt undersöktes om värmen från den stora vattenkylmaskinen i ventilationssystemet kunde tas tillvara. Spillvärme från kylning genereras huvudsakligen på sommaren, så den kunde inte användas direkt för rumsuppvärmning.

Earth Energy Design (EED)-simuleringen av det geotermiska energifältet visade lovande resultat för användning av överskottsvärme i geotermiska brunnar. Därefter borrades en testbrunn och simuleringsresultaten verifierades genom TRT-testning innan den slutliga dimensioneringen av energibrunnfältet gjordes. En värmeåtervinningsenhet byggdes på kondensatsidan av vattenkylaren, som tar värme från glykolen som en värmeöverföringsvätska till den geotermiska vätskan via en värmeväxlare.

Injicerad värme stannar kvar i marken under lång tid, så att regenerera det geotermiska fältet under sommaren minskar uppvärmningskostnaderna på vintern. Regenerering höjer temperaturen i fältet, så att temperaturen på lösningen som går från brunnarna till värmepumpen ökar, vilket i sin tur förbättrar pumpens effektivitet. Lösningen minskar också investeringskostnaderna för geotermisk uppvärmning: storleken på brunnsfältet minskade med 35%.

Kanske kommer spillvärme i framtiden inte längre att användas som ett ord. Det kommer bara att finnas nyttig värme, en råvara som är alldeles för värdefull för att slösas bort. Jag vill gärna tro att människor i framtiden kommer att tycka att det är dumt att föra in dyr värme i huset genom en lucka och blåsa ut den på gården genom en annan.

I nya industrianläggningar och stora byggnader har man redan kommit en bra bit på väg och återvinner ofta energin från biprodukterna. Mycket har redan gjorts i befintliga anläggningar. Men det finns fortfarande utrymme för förbättringar.

Författaren är kyltekniker och teamledare som hjälper LeaseGreens industrikunder att omvandla spillvärme till användbar energi.