Restwarmte uit koelinstallaties

Bij veel industriële bedrijven komt het voor dat zowel wordt gekoeld als verwarmd. Dit biedt mogelijkheden om restwarmte uit de koelinstallatie te benutten voor verwarming. In dit artikel wordt beschreven welke restwarmtebronnen in een koelinstallatie aanwezig zijn en hoe deze benut kunnen worden.

Restwarmtebronnen

In onderstaande figuur is een eenvoudig koelsysteem schematisch weergegeven:

In een dergelijke koel- of vriesinstallatie zijn diverse restwarmtebronnen beschikbaar. Deze worden hieronder beschreven.

Warmte uit de persgassen
De persgassen aan de uitlaat van een koelcompressor bevatten een grote hoeveelheid warmte. Deze warmte zit zowel in de oververhitting van de persgassen als in de condensatiewarmte.

Oververhitting
De hoge druk gassen verlaten de compressor in oververhitte toestand. De temperatuur van de persgassen bedraagt bij schroefcompressoren 65 tot 80 °C en bij zuigercompressoren 90 tot 120 °C. De oververhitting bevat bij schroefcompressoren ongeveer 10% van de totale warmte in het koudemiddel. De overige 90% bevindt zich in de vorm van condensatiewarmte in de persgassen. Bij zuigercompressoren is deze verhouding ongeveer 15% / 85%.

Condensatiewarmte
In de condensor van de koelinstallatie wordt eerst de oververhitting weg gekoeld, tot de condensatietemperatuur wordt bereikt. Vervolgens zal het koudemiddel condenseren bij een gelijkblijvende temperatuur. De temperatuur waarop het koudemiddel condenseert hangt af van diverse factoren en zal gedurende het jaar variëren tussen 20 en 35 °C.

Warmte uit de oliekoeling
Bij schroefcompressoren wordt compressorolie door middel van een olieafscheider uit de persgassen gehaald. Deze olie wordt teruggevoerd naar de compressoren. Echter, voordat deze wordt teruggevoerd, wordt de olie gekoeld. De olie heeft doorgaans een temperatuur van 60 tot 75 °C en wordt in de oliekoeler terug gekoeld tot ongeveer 50 °C. De warmte die in de olie wordt weg gekoeld kan 30 tot 60% van het opgenomen elektrisch vermogen van de compressor bedragen. Bij zuigercompressoren wordt door de lage olie-uitstoot vaak geen oliekoeler en soms zelfs geen olieafscheider toegepast.

Warmte uit de cilinderkopkoeling
Bij de compressie van een koudemiddel wordt warmte ontwikkeld, waardoor de cilinders en cilinderkoppen van een zuigercompressor warm zullen worden. Dit gaat ten koste van de levensduur van de compressor. Tevens bestaat de kans dat de olie in het koudemiddel afbreekt als de temperaturen te hoog oplopen. In sommige gevallen is natuurlijke convectie onvoldoende om de compressor op een acceptabele temperatuur te houden en worden zuigercompressoren voorzien van cilinderkopkoeling. Hierbij wordt water door de koppen van de cilinders gepompt. Door cilinderkopkoeling zal de persgastemperatuur zo’n 15 °C lager liggen dan bij compressoren zonder koeling. De warmte die door het koelwater wordt afgevoerd bedraagt 1 à 2% van het opgenomen elektrisch vermogen. Het koelwater dient een temperatuur hoger dan de condensatietemperatuur te hebben, om condensatie in de cilinders te voorkomen en mag de compressoren met een temperatuur van maximaal 45 à 50 °C verlaten.

In onderstaande tabel zijn de restwarmtebronnen nogmaals opgesomd:

Benutten van de warmte

Om de restwarmte uit de koelinstallatie te kunnen benutten, zijn een aantal zaken van belang:

  • De temperatuur van de restwarmte dient in overeenstemming te zijn met de temperatuur van het te verwarmen proces of gebouw. Als het gewenste temperatuurniveau hoger is dan de temperatuur van de restwarmte, kan overwogen worden om de temperatuur van de restwarmte te verhogen door middel van een (add-on) warmtepomp. Meer informatie hierover is te vinden op www.industrialheatpumps.nl.
  • Het beschikbare vermogen dient in overeenstemming te zijn met het benodigde vermogen. Het is uiteraard ook mogelijk om een proces of gebouw gedeeltelijk met restwarmte te verwarmen.
  • Er dient gelijktijdigheid te zijn tussen de beschikbaarheid van restwarmte en de vraag naar warmte. Door het toepassen van een buffer kan dit worden ondervangen.

Toepassingen

Enkele veel voorkomende toepassingen voor de benutting van restwarmte uit de koelinstallatie zijn hieronder weergegeven:

  • Ruimteverwarming van kantoren;
  • Vloerverwarming van vrieshuizen;
  • Verwarmen van proceswater;
  • Verwarmen van luchtbehandelingskasten;
  • Voorverwarmen van ketelvoedingswater;
  • Etc.