Dekarbonizacja ciepła procesowego w zakładzie produkcji spożywczej

Zakład produkcyjny ogrzewał halę produkcyjną, strefę socjalno-biurową oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej z kotłowni gazowej, przy rosnących kosztach paliwa i planowanych ograniczeniach emisyjnych dla obiektów przemysłowych. Inwestor postawił twardy warunek: zero przerw w cyklu produkcyjnym w trakcie modernizacji oraz utrzymanie temperatury technologicznej w strefie przechowywania tłuszczu na poziomie nieprzekraczalnym dla jakości surowca.

Dodatkową trudnością była niejednorodność wymagań cieplnych w obrębie jednego obiektu: hala produkcyjna z odzyskiem ciepła od maszyn, magazyn wyrobów gotowych wymagający chłodzenia część roku, oraz strefa socjalno-biurowa z klasycznym profilem grzewczym. Pojedyncza, scentralizowana kotłownia nie odzwierciedlała już rzeczywistej struktury zapotrzebowania.

Kluczowym pytaniem projektowym było, czy elektryczna pompa ciepła w ogóle domknie się ekonomicznie przy relacji cen energii elektrycznej do gazu — a nie wyłącznie technicznie.

Zamiast jednego przewymiarowanego źródła ciepła zaprojektowano architekturę trzystrefową opartą o jednostki powietrzne w ekologicznym czynniku R290 (GWP = 3), dobrane osobno dla każdego profilu odbioru:

• Jedna jednostka wewnątrz hali produkcyjnej obsługuje magazyn tłuszczu przy zasilaniu ok. 50°C, z blokadą pracy przy temperaturze hali powyżej 19°C — układ nie dogrzewa strefy, która ma już nadwyżkę ciepła odpadowego.
• Kaskada trzech jednostek zewnętrznych zasila równolegle strefę socjalną, biura, przygotowanie CWU, warsztat utrzymania ruchu oraz magazyn opakowań przy temperaturze zasilania do 55°C.
• Dwie rewersyjne jednostki obsługują magazyn wyrobów gotowych, zapewniając ogrzewanie w sezonie zimowym i chłodzenie w okresach podwyższonej temperatury zewnętrznej.

Regulacja pracy każdej strefy oparta jest o niezależne czujniki temperatury zamontowane bezpośrednio w obsługiwanych pomieszczeniach oraz siłowniki na obwodach rozdzielaczy — to standardowy element każdej realizacji GRADIO z rozbudowaną automatyką, niezależnie od skali obiektu. Bez tej warstwy pomiarowej żaden algorytm sterowania nie ma z czego liczyć rzeczywistego zapotrzebowania strefy.

Analiza opłacalności wykazała, że przy relacji cen 0,49 zł/kWh energii elektrycznej do 0,19 zł/kWh gazu, układ pomp ciepła pozostaje tańszy w eksploatacji już od sezonowego współczynnika efektywności COP na poziomie ok. 2,37 — próg realnie osiągalny przez zaprojektowaną kaskadę w większości godzin pracy zakładu.

Podział na trzy niezależne strefy pozwolił wyeliminować sytuację, w której jedno źródło ciepła musiałoby pracować w kompromisowym punkcie pracy dla wszystkich odbiorów jednocześnie — każda strefa utrzymuje własny profil temperaturowy niezależnie od obciążenia pozostałych.