Z artykułu dowiesz się
- Rynek energii i koszty
- Wymienniki ciepła powietrze-powietrze
- Działa również latem - współczynnik odzysku ciepła
- Przejrzyste koszty budowy - koszt zakupu instalacji grzewczej i odzysku ciepła
- Oszczędność 23 tys. € w ciągu roku
r e k l a m a
Partnerzy portalu
Strona główna>Świnie>Chlewnia ogrzewana powietrzem. Zasada działania wymiennika ciepła powietrze-powietrze
Chlewnia ogrzewana powietrzem. Zasada działania wymiennika ciepła powietrze-powietrze
23.10.2023
Skuteczność wymienników ciepła została przetestowana w praktyce. To inwestycja, która szybko się zwraca, szczególnie w czasach wysokich kosztów energii.
Od wybuchu wojny w Ukrainie sytuacja na rynkach energii jest wywrócona do góry nogami. Dotyczy to również hodowców trzody chlewnej. Jasne jest, że każda kilowatogodzina energii elektrycznej lub każdy metr sześcienny gazu przepływający przez licznik ma wpływ na koszty produkcji. Szczególnie dotknięci są hodowcy loch, którzy potrzebują dużo energii grzewczej do stanowisk porodowych i odchowu. W niektórych gospodarstwach koszty energii na każde sprzedane 25 kg prosiąt podwoiły się w ciągu zeszłej zimy do ponad 10 euro. Sytuacja na rynku energii elektrycznej i gazu nieco się uspokoiła, również ze względu na porę roku. Jednak do starego poziomu cen jeszcze daleko, a kolejna zima jest coraz bliżej. Dlatego każdego hodowcę trzody chlewnej zachęca się do szukania potencjalnych oszczędności w swoim gospodarstwie.
Zobacz także: System automatycznego żywienie loch: jak działa w tej chlewni?
Zobacz także: System automatycznego żywienie loch: jak działa w tej chlewni?
I właśnie to zrobili naukowcy z Instytutu Inżynierii Rolniczej Uniwersytetu w Bonn wraz z różnymi partnerami przemysłowymi, w ramach praktycznego projektu EnergARA. W dwuletnim, długoterminowym teście zbadano potencjał odzyskiwania ciepła za pośrednictwem wymiennika ciepła powietrze-powietrze. Biorąc pod uwagę aktualne ceny energii, osiągnięto zdumiewające wyniki.
r e k l a m a
Wymienniki ciepła powietrze-powietrze
Sytuacja wyjściowa dla tego eksperymentu była taka, że w hodowli trzody chlewnej bez odzysku ciepła ok. 70–90% strat ciepła następuje przez powietrze wylotowe/wywiewane. Wymienniki ciepła powietrze-powietrze wykorzystują ten fakt poprzez prostą zasadę działania. Wewnątrz wymiennika powietrze wlotowe i wylotowe w rurach przepływa ze sobą w procesie przepływu wirowego/prądów wirowych. Energia cieplna jest przekazywana z ciepłego powietrza wylotowego do chłodniejszego powietrza świeżego (rys. 1.).
Hodowca loch wybrany do długoterminowego badania mieszka w Dolnej Saksonii i ok. cztery lata temu wyposażył swoją nową chlewnię w tę technikę. Wyposażył dobrowolnie chlewnię na ok. 4100 miejsc dla prosiąt i 128 dla loch, a także dodatkowo sektor krycia w oczyszczacz powietrza wywiewanego. W związku z tym podczas planowania chlewni było jasne, że musi istnieć centralny system odprowadzania powietrza. Jest to również jeden z niewielu warunków konstrukcyjnych, zapewniający wydajną pracę wymiennika ciepła.
W chlewni testowej system wentylacji został zaprojektowany w taki sposób, że powietrze wywiewane jest odprowadzane/zasysane pod podłogę i najpierw doprowadzane do dwóch wymienników ciepła. Następnie przechodzi przez system oczyszczania powietrza wywiewanego. Przy wysokich prędkościach przepływu powietrza lub wysokich temperaturach zewnętrznych w lecie, nadmiar powietrza wywiewanego jest doprowadzany bezpośrednio do bioskrubera poprzez obejście i dodatkowe wentylatory.
To, co najważniejsze Test z wymiennikami ciepła został przeprowadzony w nowej chlewni. Najlepsze oszczędności osiągnięto zimą. Jednak w środku lata wymienniki działały przynajmniej przy częściowym obciążeniu. Wymienniki ciepła buforowały również wahania między dniem a nocą. W szczytowym momencie powietrze nawiewane było podgrzewane nawet o 14°C. Przy obecnej strukturze cen próbna eksploatacja pozwala zaoszczędzić ponad 23 tys. € rocznie na kosztach energii. |
Zasadniczo im wyższa różnica temperatur między powietrzem świeżym a wywiewanym, tym większa wydajność wymiany ciepła przez wymiennik. W rezultacie najwyższe efekty w zakresie wymiany ciepła i oszczędności energii osiągnięto podczas prób w zimnych porach roku. Wartość szczytową zmierzono przy temperaturze świeżego powietrza wynoszącej –4,1°C. W tym przypadku wymienniki były w stanie podgrzać temperaturę powietrza nawiewanego do 6,7°C, a więc o prawie 11°C. Odpowiada to wydajności grzewczej wynoszącej prawie 95°C. A to z kolei odpowiada mocy grzewczej prawie 95 kilowatów (kW).
Działa również latem - współczynnik odzysku ciepła
Wartości tych nie udało się osiągnąć latem. Jednak nawet w najgorętszych miesiącach od czerwca do sierpnia osiągnięto wskaźnik wykorzystania prawie 50% (rys. 2.). Wymienniki ogrzewały napływające świeże powietrze, szczególnie w chłodne, letnie noce. Dopiero w temperaturach od 22 do 25°C technologia przełączała się w tryb czuwania. Średnio w skali roku system osiągnął średni wzrost temperatury o ok. 5°C lub 40 kW. Interesującą wartością jest stopień zmiany temperatury, zwany współczynnikiem odzysku ciepła. Wskazuje on stosunek rzeczywistej zmiany temperatury w wymienniku ciepła, czyli wzrostu temperatury świeżego powietrza, do maksymalnej możliwej zmiany temperatury. Ta ostatnia wynika z różnicy temperatur między ciepłym powietrzem wywiewanym a zimnym powietrzem świeżym. Podczas testu wynosił on średnio około 0,44.
Szczególnym wyzwaniem dla techniki wentylacyjnej są wahania w ciągu dnia i nocy oraz przejściowe pory roku. W tych okresach amplituda temperatury, tj. różnica między najwyższą i najniższą temperaturą w ciągu dnia jest szczególnie duża. Utrudnia to utrzymanie stałego, stabilnego klimatu w chlewni.
Wymienniki ciepła ogrzewały świeże powietrze w chłodne letnie noce oraz w zimne dni wiosną i jesienią. W rezultacie amplituda temperatury ogrzanego powietrza nawiewanego była średnio o ok. 34% mniejsza niż amplituda silnie zmiennego powietrza zewnętrznego. Badanie nie obejmowało oceny stanu zdrowia zwierząt. Udowodniono jednak naukowo, że jednolite temperatury w pomieszczeniach są dla nich korzystne. Co więcej, wyższe wydajności powietrza zimą można osiągnąć dzięki cieplejszemu powietrzu nawiewanemu. Zapewnia to niskie stężenie szkodliwych gazów w powietrzu w chlewni.
Przejrzyste koszty budowy - koszt zakupu instalacji grzewczej i odzysku ciepła
Uczestnicy projektu intensywnie zajmowali się również ekonomiczną stroną tej technologii. Przykładowa kalkulacja kosztów uwzględniała dodatkowe koszty materiałowe i montażowe związane z instalacją wymienników ciepła. Z drugiej strony, firmie udało się nieco zmniejszyć konwencjonalny system ogrzewania gazowego.
Podsumowując, koszt zakupu instalacji grzewczej i odzysku ciepła oszacowano na ok. 120 tys. € (brutto). Koszt podobnej instalacji bez wymiennika ciepła, ale z systemem grzewczym o większej mocy byłby niższy o ok. 8 tys. €. Należy również wziąć pod uwagę, że ze względu na przepływ powietrza przez wymiennik ciepła dochodzi do wzrostu oporu przepływu i zwiększonego zapotrzebowania na moc wentylatorów.
Chociaż dodatkowe koszty inwestycyjne były nieistotne w wieloletnim modelu amortyzacji, efekty oszczędności zostały dokładnie zbadane. Naukowcy obliczyli, że na każdą dodatkową kilowatogodzinę energii elektrycznej zużytej w systemie wymiennika ciepła można odzyskać prawie 7 kWh energii cieplnej w ciągu roku. Przy zużyciu ok. 42 tys. kWh energii elektrycznej w roku testowym oznacza to oszczędność ponad 294 tys. kWh ciepła. Odpowiada to ok. 40 tys. litrów gazu płynnego lub z punktu widzenia ochrony klimatu 51 tys. kg emisji CO2.
Eksperymentalna ocena została przeprowadzona przed rozpoczęciem wojny w Ukrainie, dlatego w pierwotnych obliczeniach rentowności uwzględniono niskie ceny energii elektrycznej i gazu w stosunku do dzisiejszych standardów. Naukowcy ustalili cenę zakupu energii elektrycznej na poziomie 25 euro centów za kWh. Porównując koszty wydatków i odzyskanej energii cieplnej, oznaczało to średni jednostkowy koszt ogrzewania w wysokości ok. 4,75 ct/kWh w przypadku odzysku ciepła.
Oszczędność 23 tys. € w ciągu roku
W okresie próbnym koszt LPG wynosił średnio ok. 5,6 ct/kWh. Oznaczało to, że nawet na tym niedrogim rynku gazu ogrzewanie wymiennikiem ciepła było tańsze o 79% czasu pracy. Porównując zwiększone zużycie energii elektrycznej z niższymi kosztami gazu płynnego i ogrzewania, udało się osiągnąć łącznie oszczędności w wysokości około 5820 € rocznie. W przeliczeniu na jedno prosię było to 1,41 € rocznie. Oszczędności są jeszcze bardziej widoczne, gdy weźmie się pod uwagę obecne ceny energii elektrycznej i gazu. Na przykład w 2022 r., przy cenach 32,3 ct/kWh za energię elektryczną i 12,5 ct/kWh za gaz, gospodarstwo testowe zaoszczędziło ok. 23 tys. € na energii. To 5,56 € na jedno miejsce dla prosiąt. Przy takiej strukturze cen dodatkowe koszty inwestycji w wymienniki ciepła w wysokości ok. 8 tys. € zwróciłyby się już po pięciu miesiącach.
Projekt badawczy EnergARA został sfinansowany przez Ministerstwo Środowiska, Rolnictwa, Przyrody i Ochrony Konsumentów Nadrenii Północnej-Westfalii.
Hauke Deeken, Alexandra Lengling, Manuel Krommweh, prof. Wolfgang Büscher, Uni BonnFot. Deeken
Masz pytania?
Zadaj pytanie redakcjir e k l a m a
r e k l a m a
Najważniejsze tematy
r e k l a m a