Isı pompaları: dünyanın enerji çehresini değiştiriyor

Isı pompası teknolojisi dünya çapında normalde atık ısı olacak bir enerjiyi almak, takviye etmek ve yeniden kullanmak için çok sayıda sektörde giderek daha fazla kullanılıyor. Bu ileri dönüşüm sayesinde, ısıtma maliyetleri önemli ölçüde azaltılabilmekte ve fosil yakıtlara olan bağımlılık azaltılabilmektedir. Ölçeğe uyarlandığında, kayda değer miktarda finansal ve ekolojik avantajlar sağlanabilmektedir.

Son yıllarda GEA, gıda işleme tesislerinde, içecek ve süt ürünleri tesislerinde, biracılık tesislerinde, soğuk hava depolarında, bölgesel ısıtma şebekelerinde ve diğer kuruluşlarda amonyak bazlı ısıtma ve soğutma teknolojileri kurmuştur.

Neden amonyak?

Amonyağın termodinamik verimliliği, onu oldukça ekonomik bir çözüm haline getirmektedir ve kompresör teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, amonyaklı ısı pompaları artık daha önceleri mümkün olandan daha yüksek sıcaklıklar üretebilmektedir.

Bölge enerji ağı veya gıda fabrikası gibi hem ısıtma hem soğutmanın gerektiği büyük tesislerde amonyaklı ısı pompası teknolojisi, sentetik soğutucu akışkanlara göre %40 daha düşük enerji tüketimi, %40'a kadar daha düşük maliyet ve %40'a kadar daha az emisyon sağlayabilmektedir.

Isıtma ve soğutma için ısı geri kazanımı

Çevre dostu ısıtma ve soğutmanın kapsamını arttırmak isteyen lider Kanadalı soğutma ve ısıtma tedarikçisi, bölgesel ısıtma ve soğutma için 557,000 metrekare (altı milyon fit kare) bina alanına besleme yapmak üzere GEA teknolojisini kullanarak büyük bir projeye imza attı.

Bu geniş kapsamlı ihtiyacı karşılamak için GEA, iki adet GEA RedGenium ısı pompasını Ontario'daki tesis için özel olarak tasarlayıp teslim etti, ısı pompalarının her biri 2 megawatt (569 ton soğutma) sıcak suyu 85°C (185°F)'de ve soğutma ihtiyaçlarına yönelik 4.4°C (40°F)'de soğuk su sağlamaktadır.

Öte yandan, hidroflorokarbonlar (HSC'ler) gibi sentetik soğutucu akışkanların çevreye olan zararları bilinmekle birlikte, yeni sistemde doğal soğutucu olan amonyak kullanılmaktadır. Ozon tabakasını delme potansiyeli sıfırdır.

Sürdürülebilir verimlilik

Her bir RedGenium ısı pompasının kalbinde ekstra-yüksek-basınçlı bir GEA V XHP pistonlu kompresör yer almaktadır. 95°C (203°F)'ye kadar su sıcaklığı sağlama kabiliyeti ve 63 bar (914 psi) maksimum tasarım basınçlı geniş kapasite aralığı ile amonyak-bazlı sistem, sınıfının en iyi performansını sunar. Bu da oldukça düşük güç tüketimi ve amonyağın nispeten daha uygun fiyatlı olması nedeniyle daha düşük toplam sahip olma maliyeti sağlamaktadır.

Sistem daha sonrasında tutulan ısıyı arttırmak için küçük bir miktar elektrik (ideal olarak yenilenebilir enerji) girdisi kullanır. Değişken frekanslı tahrikler elektrik motorunu çalıştırır ve yüksek-verimli plaka-ve-gövde tipi ısı eşanjörleri de bütün sistemin en yüksek sürdürülebilir standartlarını karşılamasını sağlar.

Isı pompaları Mars'ta emisyonları azaltıyor

Lider şekerleme üreticisi Mars, dünyanın en büyük çikolata fabrikalarından biri olan Veghel, Hollanda'daki tesisinde GEA amonyaklı ısı pompası çözümünü kullanmaktadır. Tesisteki enerji tasarrufu ve enerji yönetimi olanakları analiz edildikten sonra, ısı pompası sistemlerinin montajının Mars'ın tüm operasyonlarında enerji verimliliğini önemli ölçüde arttıracağına ve şirketin emisyonları azaltma taahhüdünü destekleyeceğine karar verildi.

GEA V HP pistonlu kompresörlerini temel alan özelleştirilmiş GEA ısı pompası çözümü, soğutma ünitelerinden gelen ve normalde kullanışsız, düşük sıcaklıkta olan ısıyı alıp yükselterek su ısıtmasında kullanımını mümkün kılıyor. Soğutma ünitelerinden alınan ısı, suyu 63°C (145°F)’ye kadar ısıtabilen bir ısı eşanjöründen geçirilir.

Bu su daha sonra fabrikanın özel olarak monte edilmiş çatı üstü ılık-su boru ağına yönlendirilmekte, buradan da çikolata ve şurup depolama ve hava kontrol üniteleri dahil olmak üzere tesiste çeşitli kullanım alanlarına gönderilmektedir. Isı pompalarının tasarruf ettiği ısı miktarı, gaz olarak yaklaşık 26 terajul ve yılda yaklaşık 1.000 ton CO2 emisyonuna eşdeğerdir.

Mars, dünya çapındaki diğer tesislerinde de ısı pompası kurulumunu planlamaktadır, çünkü atık ısının geri kullanımı, şirketin 2040 yılına kadar enerji-nötr olma hedefini mümkün kılacak ana faktörlerden biridir. 

Meyve suyu üretiminde devrim

Tamamen karbon-nötr bir meyve suyu fabrikası kurma çabasının bir parçası olarak smoothie ve meyve suyu markası Innocent, yeni tesisi için sürdürülebilir işleme, ısıtma ve soğutma teknolojisi sağlamada GEA'ya güvendi. GEA'nın projeye erken safhadaki katılımı, çok sayıda yenilikçi prosesin en baştan yerine oturması, Innocent'in sürdürülebilirlik hedeflerine giden yolda iyi bir konuma gelmesi anlamında gelmektedir.

Innocent'de enerji tasarrufu sağlayan kurulumun kalbinde GEA ısı pompaları yer almaktadır. Maksimum verimlilik için sistemleri birlikte entegre eden GEA, innocent'e iki ayrı ısıtma devresi kullanmayı önerdi – bir tanesi temizlik için 65°C (149°F)'ye ayarlanırken, diğeri pastörizasyon ve sterilizasyon için 90°C (194°F)'ye ayarlandı. Isı pompaları, proseslerde üretilen atık ısı ile suyu ısıtmak üzere bağlandı. GEA'nın buhar miktarını, yeşil enerji ile beslenen elektrikli buhar jeneratörü kullanılabilecek ölçüde minimuma indirmesi gerekiyordu. 

“Geleneksel olarak içecek üretiminde tüm ısı, buhar kullanılarak 100°C (212°F) üzerinde sağlanır,” diyor Robert Unsworth, GEA Global Teknik Sürdürülebilirlik Müdürü. "Ama biz bunu sorguladık. Artık ısının sadece küçük bir bölümü için buhar gerekiyor, o da sterilizasyon aşamasında." Isı eşanjörü prensibini maksimum etkiye çıkartarak ısı geri kullanımı bakımından inanılmaz kazanımlar sağladık ve daha önceleri kullanılmayan buhar için israf edilen büyük miktardaki enerjiyi azalttık.

Proje, Avrupa Isı Pompası Örgütü (EHPA) Halkın Seçimi Ödülünde altını kazandı. "GEA'ya şapka çıkarmak istiyorum, çünkü bu yolun her adımında yanımızda olarak geleneksel tasarım yaklaşımlarını zorlamada bize yardımcı oldu," diyor innocent içeceklerinin eski Avrupa operasyon müdürü. "Bütün küçük detaylar birleşerek büyük bir başarı yaratıyor. Eşdeğer boyuttaki bir tesisi işletmek için gereken enerji arzının yaklaşık %60'ı ile çalışıyoruz, o yüzden bu oldukça büyük bir fark."

Wipasz tavuk fabrikasında kombine çözümler

Polonyalı en büyük yem üreticilerinden biri ve taze tavuk eti üretiminde lider olan Wipasz SA'da büyük ve karmaşık bir çözüm gerekiyordu. Międzyrzec Podlaski, Polonya'da yeni kurulan kanatlı hayvan eti tesisi için şirket, üretimi daha sürdürülebilir ve enerji verimli yapmak üzere çözüm arıyordu.

Wipasz S.A. Teknik Direktörü Andrzej Wachink, “Yeni tesis çok büyük ve modern. GEA'nın karşısına üç zorlukla çıktık: tesisin soğuk tutulması; sıcak su üretiminde kullanılan kazanların tükettiği enerji miktarını azaltmak için atık ısının geri kazanılması ve özellikle kesimhane alanında yeterli havalandırmanın sağlanması."

Dondurma ve soğutma işlemleri sıcaklık bakımından oldukça hassastır, taze dağıtım için ürünler 0°C (32°F) derecede paketlenirken, partinin geri kalanı ihracat veya örneğin tavuk nugget olarak işlenmeye devam etmek üzere -18°C (0°F) derecede dondurulmaktadır. 

Tesisin değişken gereksinimlerini karşılamak için GEA, beş plakalı dondurucu, beş parti dondurma tüneli, iki soğuk hava deposu ve 64 hava soğutucu için 5.3 megawattlık (1.507 tonluk soğutma) bir soğutma kapasitesi tasarladı, mühendisliğini gerçekleştirdi ve teslim etti. Ekipman, tesisin iklimlendirmesi için GEA - Grasso V1800 pistonlu kompresör ünitelerini, kanatlı hayvan eti ana soğutma prosesini çalıştıran bir Grasso Vidalı Kompresör SP1, ve dondurma işlemi, su ve iklimlendirme için ısı üretmek üzere bir Grasso Vidalı Kompresör SP2'yi içermektedir. 

Ayrıca firma, üretim odalarının havalandırması için sekiz, ofis binasının iklimlendirmesi için de dört hava işleme ünitesinin montajını gerçekleştirmiş olup, bunların tamamı merkezi amonyak tesisi soğutması ve buradan geri kazanılan ısı ile beslenmektedir. Wipasz ayrıca tesisin bütün sıcak su ihtiyacını ve ofisler ile sosyal alanlar dahil olmak üzere diğer ısıtma ihtiyaçlarını karşılayan iki ısı geri kazanım sistemine sahiptir, bu da karbon ayak izinin azaltılması ve kazan gereksinimi olmaması sayesinde yatırımın hızlı geri dönüşü anlamına gelmektedir.

Bir ısı pompası bir soğutma ünitesi ile birlikte kullanıldığında, hem soğutma hem de ısıtma yapmak mümkündür, bu da tek seferlik kullanımı sürekli bir döngüye çevirir, enerji maliyetlerini de %40 veya daha yüksek oranda azaltır. Gıda, süt ürünleri ve içecek endüstrileri genelinde düşünüldüğünde bu önemli bir tasarruftur, buralarda enerji kullanımının %60’ına kadarı ısıtma ve soğutma amaçlıdır. Wiapsz gibi kanatlı hayvan eti fabrikaları, ısı geri kazanım sisteminin ve ısı pompasının üretim proseslerinde, özellikle hazırlama esnasında ısı gerektiren, daha sonra soğutma ve dondurma yapılan proseslerdeki finansal ve çevresel faydalarını görmektedir.

Geleceğe hazır ısıtma ve soğutma

GEA tarafından dünya çapında kurulan ısı pompaları, hassas sıcaklık gereksinimlerini karşılamak üzere özel olarak tasarlanmış olup, amonyağın uzun çalışma ömrü sayesinde yıllar boyu geleceğe hazır olarak kalacaktır. Sadece 10 yıl kadar dayanan diğer soğutucu akışkanlarla kıyaslandığında, amonyak sisteminin sarfiyatı bir 30 ila 40 yıl ve muhtemelen daha uzun süre almaktadır.

Sera gazı emisyonlarının azaltılması amacıyla dünya çapında florlu gazların kullanımına son verilirken, amonyak gibi doğal soğutucu akışkanlara yönelim giderek artmaktadır. Bu da daha geniş bir kullanım alanının kapılarını açarken, yeşil enerji çözümlerine olan talep arttıkça da amonyaklı ısı pompaları artık dünya çapındaki termal enerji ve üretim tesisleri giderek yaygınlaşmaktadır.