21 minute read
HULLADÉKHŐ-FELHASZNÁLÁSA FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK SEGÍTSÉGÉVEL
Különböző ipari, mezőgazdasági folyamatok magas hőmérsékleten játszódnak vagy jelentős hőkibocsátással járnak. Cikkünkben megmutatjuk, hogyan hasznosítható az itt keletkező vagy megmaradó, de helyben fel nem használt, úgynevezett hulladékhő egy különleges módszer segítségével.
Advertisement
AHeat Roadmap Europe szerint európai szinten csak a villamosenergia-előállításnál annyi hulladékhő keletkezik, amiből Európa teljes fűtési igénye megoldható lenne. A gond az, hogy a hulladékhő általában nem ott van, ahol szükség lenne rá.
A hő elszállítására jelenleg egy elterjedt megoldás van, ez pedig a távvezetékkel történő szállítás, ami ugyan nagyfokú szolgáltatási biztonságot biztosít, valamint jelentősen hozzájárul a környezetvédelemhez, a tiszta levegőhöz, azonban a szállítási útvonalon jelentős veszteség keletkezik, és a fűtés költsége is magas lehet. Emellett sok esetben nem megoldható vezeték kiépítése (például nem megfelelő terepviszonyok miatt). Egy másik – talán elsőre igencsak elrugaszkodott ötletnek mondható – megoldás lehet, ha a felszabaduló hőt először eltároljuk, majd magát a tárolót szállítjuk el a felhasználó számára. Ugyan jelenleg ez a gondolat még idegennek hathat, azonban láthatunk rá példát a nemzetközi gyakorlatban.
A hőtárolási módszereket alapvetően két kategóriába sorolhatjuk: kémiai és termikus.
A kémiai hőtárolás röviden kémiai reakciók segítségével létrehozott hőelnyelést és hőkibocsátás ciklusát jelenti, de ezt jelenleg bővebben nem taglalom. A termikus hőtárolás tovább osztható szenzibilis és látens típusra.
A szenzibilis hőtárolást nevezhetjük „érzékelhető” hőtárolásnak is, ebben az esetben a hőtároló munkaközegünk lehet például víz, melynek hőmérséklet-változását használjuk ki a hőtárolás során. Ennél azonban jobb megoldásnak bizonyul a látens hőtárolás, ugyanis
e folyamat esetén különböző fázisváltó munkaközegek halmazállapot-változásához és molekulaszerkezetük átalakulásához szükséges energiamennyiséget vagyunk képesek eltárolni, meghozzá jóval nagyobb energiasűrűség mellett.
Az egyszerűbb megértés kedvéért számszerűsítsük mindkét megoldást. 1 m3 víz 1°C-kal történő hőmérsékletváltozásával 4,2 MJ energiát lehet tárolni. Csak a látens hő tárolásával, a gyakorlatban alkalmazott fázisváltó anyagok átlagos 225 kJ/kg olvadáshőjét, 800 kg/m3 sűrűségét alapul véve az anyag hőmérsékletének változtatása nélkül 180 MJ/m3 hő tárolható, ami a szenzibilis hőtárolás 40-50-szerese.
A cél tehát egy olyan tároló kialakítása, melyben nagy mennyiségű, nagy olvadáshővel jellemezhető fázisváltó anyag található, ami legyen kellőképp sűrű és olcsó. Emellett fontos a megfelelő kialakítás annak érdekében, hogy mind a hőforrás, mind a felhasználás oldalán gyorsan és egyszerűen tudjunk csatlakozni a rendszerre, és könnyedén tudjuk szállítani a berendezésünket.
Végül tekintsünk át egy konkrét esetet. Adott egy, a településünk szélén elhelyezkedő biogáz telep, melynek gázmotorja napi 20 órát üzemel. A motor köpenyhűtését biztosító hűtővízből, valamint a távozó magas hőmérsékletű füstgázból még jelentős mennyiségű hő nyerhető ki. Emellett a községben megtalálható számos nagyobb intézmény (például iskola, óvoda, kórház), melyeknek fűtési rendszerei nem feltétlen mondhatók korszerűnek, nagy valószínűséggel az ideálisnál jóval magasabb energiafelhasználás jellemzi azokat. Továbbá megtalálható számos üzlethelyiség és szupermarket, melyekben szintén magasak a fűtési igények. A cél az, hogy a biogáztelepen fennmaradó hulladékhő hasznosításra kerüljön a felsorolt épületek valamelyikében. Ehhez rendelkezésre áll a fenti kritériumoknak megfelelő, körülbelül 3 m3 űrtartalmú tartály, benne pedig 2 t paraffin mint fázisváltó anyag. Ekkora mennyiség mintegy 400 MJ hő tárolására alkalmas, ami jelen esetben a nagyobb intézmények fűtésrásegítését biztosíthatná a nap jelentős részében, ugyanakkor egy kisebb szupermarket napi fűtési igényének harmadát, vagy akár felét is képes lehet kielégíteni. Így, ha nem egy, hanem két ilyen tartály áll rendelkezésre, az egész napi fűtés megoldhatóvá válna tisztán hulladékhő-felhasználással, ugyanis amíg az egyik tartály biztosítja a fűtési igények kielégítését, addig a másik a biogáztelepen kerül feltöltésre.
Fontos kérdés a szállítás is, mert bár jelentős mennyiségű energiát és CO2-t takaríthatunk meg a bemutatott technológia alkalmazásával, azonban, ha a tartályok szállítását egyszerű, dízelüzemű járművek segítségével oldjuk meg, akkor valójában ott vagyunk, ahol elkezdtük. Ennek érdekében fontos, hogy hőfelhasználás minél közelebb, pár km-re legyen a hőforrástól, valamint, hogy a szállítóeszköz mindenképp valamilyen megújuló energiaforrásból származó energiát használjon fel működése során. Ilyen jármű lehet például egy, a telepen elhelyezett napelem által megtermelt villamosenergiával töltött elektromos targonca. Ezek teherbírása általában meghaladja a 3-4 tonnát is, továbbá közlekedhetnek közúton, a rövid távok megtétele pedig rövid időbe telik csupán.
A kialakult energiapiaci helyzet, valamint a politikai viszonyok egyre sürgetik a földgáztól való függőségünk csökkentését, az alternatív megoldások kidolgozását, megvalósítását. A bemutatott technológia már több országban megvalósult az elmúlt évek során, azonban többnyire a kedvezőtlen bekerülési és üzemeltetési költségek miatt ezek a projektek megbuktak. Kijelenthető azonban, hogy a jelenleg kialakuló földgázárak és a fenyegető ellátási bizonytalanság mellett egyre nagyobb létjogosultsága lehet a hasonló megoldásoknak.
Erzsiák Bence
Képek: Freepik prémium
A megújulókról általánosságban, valamint általános helyzetükről hazánkban
Magazinunk korábbi számában röviden kifejtettük, hogy miért is van szükség különböző erőművekre. Abban a cikkünkben nem volt lehetőség részletesebben leírni a különböző energiaforrások előnyeit és hátrányait, így a következő hónapokban mindegyiknek szánunk egy külön írást, kezdve a megújulókkal.
Alegtöbb megújuló közvetlenül vagy közvetve a napból származó energiát használja fel. A fotovoltaikus
elemek a napsugárzást, a szélerőművek a nyomáskülönbséget, a vízerőművek a folyadékok helyzeti energiáját, a biomassza erőművek leegyszerűsítve pedig a fotoszintézis során megkötött energiát alakítják át. Kivételt képeznek a geotermikus erőművek, mivel azokban bolygónk belsejében termelődő hő kerül kinyerésre.
A megújulók termelés közben karbonsemlegesek. Manapság a globális klímaváltozás lassításának és a klímakatasztrófa elkerülésének érdekében ez a tulajdonság egyre jobban felértékelődik. Fontos azonban megjegyezni, hogy teljes életciklusra vetítve semmi sem jár zéró üvegházhatású gáz termeléssel. A nyersanyagok kitermelésekor, a gyártási folyamat kapcsán beüzemelés előtt, a leszerelés és újrahasznosítás miatt pedig az életciklus végén keletkezik a termékhez kapcsolható károsanyag-kibocsátás. Érdekesség, hogy az előbb leírtakat figyelembe véve elmondható, hogy egységnyi megtermelt energiára fajlagosítva az atomerőművek működnek közel a legkisebb kibocsátással, megelőzve a nap- vagy vízenergián alapuló termelést, és nagyjából megegyező értékeket produkálnak, mint a szélerőművek. Természetesen a fosszilis energiahordozóknál még így is sokkal jobbak a megújulók.
Habár a megújulókon alapuló energiatermelés működés közben nem igényel számottevő pénzügyi forrásokat, a kapacitások telepítése tőkeigényes tud lenni. Azonban, ha megvizsgáljuk az utóbbi időben elszálló energiaárakat, arra jutunk, hogy kellő időben képesek megtérülni, főleg, ha támogatások is segítik alkalmazásukat. A helyben megtermelt energia növeli az ellátásbiztonságot és energiafüggetlenséget, melyek mindig szem előtt tartandó tényezők. Felmerülhet a kérdés, hogy mégis miért nem terjednek robbanásszerűen? Egyrészről mondható, hogy kellően gyorsan terjednek, habár itthon leginkább csak a napelemek. A megújulók
elterjedésének gátat szabhatnak a helyszíni adottságok. Azon országok, melyek ilyen szempontból kedvezőbb adottságokkal rendelkeznek, könnyebben el tudják érni klíma- és környezetvédelmi vállalásaikat. Hazánk például vízenergia hasznosítására nem túl alkalmas, tekintve, hogy nagyobb folyóink esése kicsi. A napelemek terjedését egy idő után nagy helyigényük akadályozhatja, hiszen a koncentrált napelemparkok értékes termőföldektől vehetik el a területeket. Lévén Magyarország mezőgazdasági beállítottságú, ez problémát jelentene. A napelemek előnye, hogy melegebb időszakban a termelésük köthető a megnövekedett igényekhez, mivel napsütéses időben melegebb van, valószínűbb, hogy a komfortérzet tartása érdekében klimatizáló eszközök kerüljenek elindításra. Itt fontos megjegyezni, hogy a napelemek hatásfoka függ a környezeti hőmérséklettől, annak növekedésével csökken. Ennek oka, hogy legtöbbet tavasszal és ősszel termelnek ezek az egységek, amikor még viszonylag magas a sugárzás, de a hőmérséklet már mérséklődött.
Hazánkban sajnos a szélerőművek létesítését ellehetetlenítették. A kijelölt védőzóna nagysága miatt, ami 12 km távolságot határoz meg lakott területtől, nincs olyan terület, ahová akárcsak elméletileg lehetne telepíteni szélturbinát. Megújulók tekintetében a legjobb adottságokkal Magyarország geotermikus energia szempontjából rendelkezik. A hőmérsékleti gradiens (ami azt jellemzi, hogy milyen gyorsan nő a hőmérséklet lefelé) az átlagosnál jóval magasabb. Emiatt is jellemző a sok geotermális fürdő. A legjobb területek ebből a szempontból az Alföld délkeleti csücske, Tótkomlós és környéke, illetve a zalai térség. Ennek ellenére kevés geotermikus energiát hasznosító erőmű található itthon, egyedül a Turai.
Egy másik tényező, ami erősen visszatartja ezen zöld energiaforrások térnyerését, hogy jelenleg nem áll rendelkezésre hatékony technológia a villamosenergia tárolására. Léteznek módszerek, például szivattyús víztározók, melyek a fölöslegesen termelődő energiát a víz helyzeti energiájának növelésére használják, vagy hidrogénes tárolók, melyek hidrogént állítanak elő valamilyen módszerrel. Ezekkel a napok közötti tárolás egészen jól megoldott, de sajnos jelentősebb hosszúságú időszakokra való energiatárolásra még nincs meg a megfelelő metódus.
Összefoglalásként elmondható, hogy a megújulók nem teljesen karbonsemlegesek, hiszen teljes életciklusra vetítve komoly kibocsátások kapcsolódnak hozzájuk. Habár kétségtelenül hasznosak, nem lehet őket akárhova telepíteni, hiszen figyelembe kell venni a célzott terület természeti adottságait. Hazánk ezen a téren átlagosnál jobb geotermikus adottságokkal rendelkezik, habár ez még nincs jelentősen kihasználva. Sajnos amíg az effektív energiatárolás nem kerül megoldásra, addig nem bízhatjuk energiatermelésünket kizárólag megújulókra, habár mindenképpen hasznosak és biztosan számottevő részük lesz a jövő energiaellátásában.
Hirják Árpád Botond
Képek forrása: Freepik prémium
Hűtési rendszerek hatékonyságának növelése hőakkumulátorok segítségével
A hűtés ma már nem luxus, a legtöbb épület fel van szerelve hűtőgéppel, illetve nagyon sok technológiai folyamatban is megjelenik a hűtés. A hűtési igény növekedése egy „ördögi kört” indít: egyre emelkedik a külső hőmérséklet, ezért többet kell hűteni, a több hűtés jobban melegíti a légkört (a városokban hőszigetek alakulnak ki), illetve több károsanyagot juttat a légkörbe. Ez növeli a külső hőmérsékletet, így még többet kell hűteni (nem beszélve a hűtőgépek gyártásából, szállításából, beszereléséből, kidobásából származó, illetve a klímagázok okozta környezetterhelésről).
Ahőtárolás kapcsán általában a fűtési- és HMV rendszerek kerülnek az előtérbe, viszont a hűtési
rendszerekben a hőtárolás sokkal fontosabb feladat. A hűtési rendszerek hatékonysága nagyban függ a külső hőmérséklettől, a hűtési rendszer részterhelésétől, és komoly potenciál adódik az energiamegtakarításra a csúcsigény csökkentésével. A vizes puffertárolók általában nem versenyképesek a hűtési rendszerekben, ezért van szükség speciális, fázisváltó anyagokat alkalmazó hőakkumulátorokra.
A legtöbb hűtési rendszerben található vizes puffertároló, a céljuk a hidraulikai kiegyenlítés (megfelelő hűtőközeg térfogat biztosítása), és nem az energiamegtakarítás. Az 5-6°C kis hőmérsékletkülönbség miatt a puffertárolóban lévő folyadék hőmérsékletének változtatásával minimális energiamennyiséget lehet eltárolni, ezért van szükség a fázisváltó anyagokra (halmazállapot-változás hatására az eltárolt hőenergia akár 2 nagyságrenddel nagyobb). Megoldás lehet a hőakkumulátorhoz képest 10-20-szor akkora méretű vizes puffertárolók beépítése, a többszörös hőveszteség mellett viszont a méretekből adódóan az elhelyezés lehetetlen (nagyobb hűtési rendszereknél akár több 100.000 l vízről is szó lehet).
Hűtési rendszerek energiahatékonysága
A hűtési rendszerek energiafelhasználásának elemzése miatt szükséges a folyadékhűtők hatékonyságát tárgyalni.
A folyadékhűtők hatékonyságának legelterjedtebb meghatározása:
ahol az EER a hűtési hatékonyság, Pkompr, Pvent,kond, Psziv és Pvent,beltéri rendre a kompresszor, kondenzátor ventilátor, hűtési keringtető szivattyú és a beltéri ventilátor villamos teljesítmény felvétele. Az éves hűtési energiafelhasználás számításánál használható a szezonális hatékonyság (SEER) értéke:
ahol Ekompr, Event,kond, Esziv és Event,beltéri rendre a kompreszszor, kondenzátor ventilátor, hűtési keringtető szivattyú és a beltéri ventilátor éves villamos fogyasztása. A hűtési hatékonyság nagyban függ a külső hőmérséklettől, mivel a folyadékhűtő a külső levegő melegítésével kompresszormunka befektetésével állítja elő a hűtési energiát. Magasabb a hűtési hatékonyság, ha a külső hőmérséklet alacsonyabb. Éjszaka a külső hőmérséklet minimum 10-15°C-kal alacsonyabb, mint a nappali maximum. Példaként a hűtési hatékonyság éjjel 20°C külső hőmérséklet mellett 3,97, ekkor hatékonyan feltölthető a hőakkumulátor. Nappal, kisütésnél 35°C-ban az EER 2,7, ehhez képest az éjszaka termelt hűtési energia előállítása 47%-kal hatékonyabb. Hűtési hatékonyság (EER) függése a külső hőmérséklettől és a részterheléstől (EN14511 és az EU/2281/2016 előírásai és saját mérések alapján)
Hűtési hatékonyság (EER) függése a külső hőmérséklettől (EN14511 és az EU/2281/2016 előírásai és saját mérések alapján)
A folyadékhűtők hatékonysága jellemzően 60-80% részterhelés mellett optimális, ebben a tartományban található a legjobb munkapont. Az alábbi ábra a hűtési hatékonyság változását mutatja különböző külső hőmérsékletek és részterhelések függvényében.
Példaként: éjjel, 20°C mellett a részterhelés 0,2 lenne (például egy éjszaka is hűtést igénylő gyártósor esetén), de a speciális, fázisváltó anyagokat alkalmazó hőakkumulátorok töltése közben ez 0,4-re növekszik (a töltés extra igényként jelentkezik), ami 49% hatékonyságnövekedést jelent (piros X g zöld X). Nappal, kisütésnél 35°C-ban az 1-es részterhelést 0,85re csökkenti a hőakkumulátor (piros + g zöld +), ami 31% hatékonyságnövekedést jelent.
Vizsgáljuk meg, hogyan optimalizálható egy, a következő profillal rendelkező, 1.000 kW hűtési igényű épület hűtése (a hűtési profil megmutatja, hogy a nap folyamán hogyan változik az épület hűtési igénye a méretezett hűtési igényhez képest).
Hőakkumulátor feltöltése éjjel
Vizsgált időpont: 1:00-2:00 óra Külső hőmérséklet: 6°C Hűtési igény: 300 kW
Az igény fedezése 112 kWh helyett 73 kWh fogyasztással történik, mert a hőakkumulátor töltése növeli a részterhelést és az EER-t, ez 112–73=39 kWh megtakarítást eredményez.
A hőakkumulátor töltése: a részterhelés 0,3-ról 0,7re növelése azt jelenti, hogy 400 kW teljesítménnyel töltjük a hőakkumulátort (1 óra alatt 400 kWh energiát), ehhez 400/4,1=97,5 kWh villamosenergia befektetése szükséges. Összességében 97,5–39=58,5 kWh többlet villamosenergia segítségével a hőakkumulátorba 400 kWh energiát töltöttünk.
A töltési hatékonyság: 400/58,5=6,8. Hőakkumulátor kisütése nappal csúcsigénycsökkentéssel
Vizsgált időpont: 14:00-15:00 óra Külső hőmérséklet: 13°C Hűtési igény: 1.000 kW
Részterhelés
EER
0,3
2,67 0,7
4,1
112 kWh 73 kWh
Részterhelés
Folyadékhűtő teljesítménye
EER
Folyadékhűtő fogyasztása HT nélkül HT-kel
1 0,8
1.000 kW 800 kW
2,83 4
353 kWh 201 kWh
1.000 kW igény fedezése helyett a folyadékhűtő csak 800 kW-ot kell fedezzen, a maradék 200 kW-ot a hőakkumulátor fedezi. 353 kWh helyett ez 201 kWh fogyasztással jár, mert a 800 kW-ot a folyadékhűtő a jobb részterhelés miatt jobb EER-rel tudja előállítani, ami 152 kWh megtakarítást eredményez.
A hőakkumulátor kisütésének energiaigénye közel 0. Összességében 200 kWh kisütésével 152 kWh villamosenergia takarítható meg ebben az órában (feltöltésnél 400 kWh hűtési energiát töltöttünk be).
Működés, kapcsolás
A kapcsolás a következők szerint működik egy 7/12°C-os hűtési rendszerben, ahol a fázisváltási hőmérséklettartomány 8-9,5°C.
Tároló feltöltése
A folyadékhűtőből érkező 7°C-os hűtőfolyadék egy része átáramlik a tárolón a V1 szelepen keresztül (V2 zárva). A tárolóban lévő fázisváltó anyag megszilárdul, azaz feltöltődik hűtési energiával. A folyamat során a tárolóból kilépő hűtőfolyadék a hűtési rendszer visszatérő ágába érkezik. A tároló ebben az esetben fogyasztóként van jelen a rendszerben, a folyadékhűtő a visszatérő hőmérséklet alapján érzékeli a megnövekedett igényt és növeli a hűtési teljesítményét. A visszatérő 12°C-os hűtőfolyadék a V2 szelep segítségével a tárolón keresztül áramlik át (V1 zárva). A tárolóban lévő fázisváltó anyag megolvad, miközben a 12°C-os visszatérő hűtőfolyadékot előhűti 9-11°C-osra, a tároló hűtési energia termelőként vesz részt a rendszerben, a folyadékhűtő ezért visszább szabályoz.
A rendszer részét képezi egy szabályozó elektronika, ami a kapcsoláson szereplő hőmérsékletérzékelők jele alapján nyitja-zárja a V1 és V2 szelepeket. Az elektronika adatgyűjtést is végez, továbbá képes becsatlakozni meglévő épületfelügyeleti rendszerbe, vagy internetkapcsolat biztosítása esetén (GSM, ethernet, Wifi) a felhőben tárolja az adatokat, ahol egy grafikus platformon keresztül nyomon követhetőek a folyamatok. A folyadékhűtőt (jelen esetben hőszivattyút) nem szabályozza közvetlenül (mert az a visszatérő hőmérséklet alapján tudja, mit kell tennie), hanem a fentebb leírtak alapján indirekt módon.
A hűtési hőtároló rendszereknek komoly villamosenergia megtakarítási potenciálja van. Ennek kiaknázásához pontosan ismerni kell az energiamegtakarítás elvét és módját. A fázisváltó anyagokat felhasználó hűtési energiatárolók mérete sokkal kisebb, mint a vizes tárolóké, mert a víz hőkapacitása a hőmérsékletkülönbség függvénye, ami hűtési rendszerek esetén nagyon alacsony érték. A megfelelően kiválasztott fázisváltó anyag a teljes látens hőkapacitását ki tudja használni a hőtárolásban, ami többszöröse a vizes puffertárolókénak. Megfelelő kapcsolással és megfelelő optimalizációs algoritmussal kiaknázhatók a hőtároló rendszerben rejlő lehetőségek.
Andrássyné Farkas Rita
Képek forrása: Freepik prémium
Adatokra alapozott szemestermény-szárítás a túlszárítás, azaz az energiapazarlás ellen
A szemestermények szárítása energiaigényes technológia, már néhány százalékos megtakarítás is milliókat ér. Sajnálatos módon a körülöttünk zajló események különös aktualitást kölcsönöznek a témának.
Nehéz lenne rangsorba állítani, hogy mely szempont is a fontosabb, ezt a kedves Olvasókra bízzuk:
• Élelmiszer ellátás biztonsága: mindenképpen biztosítani kell, hogy a szárítók működhessenek, mivel a nedvesen betakarított gabona 2 hét alatt hasznavehetetlenné válik. • Az egyre magasabbra kúszó energiaárak hatásának csökkentése célirányos műszaki beavatkozással: eltérő műszaki megoldások miatt az egyes gyártmányok 20-30-40% megtakarítási potenciált hordoznak. Ha már szárítunk, miért ne tennénk azt kontrolláltan? • Az ily módon megtakarított gáz alacsonyabb költséget és kevesebb CO2-t jelent, tehát a fenntarthatóság érdekében is tesz az, aki optimalizálja a szárítójában zajló folyamatot. • A szárító műszaki megoldása révén determinált szárítási folyamat a raktározás minőségére is kihat, így a baktériumok által termelt toxinok mennyiségére is.
A szemestermény-szárítók optimális működtetéséhez is elengedhetetlen a pontos, helyspecifikus adat, hasonlóan a növénytermesztés más munkafolyamataihoz. A jobb években 10 millió tonnát meghaladó mennyiségű kukorica terem hazánkban. A jobb év azt jelenti, hogy kapott elegendő csapadékot, tehát szárítani is kell a biztonságos raktározás érdekében. Ilyenkor a 10%-ot is elérheti az elvont víz mennyisége, azaz 1 millió t vizet kell elvonni, elpárologtatni a kukoricából. Sok paraméterre kell figyelni a szárító üzemeltetése közben, a két legfontosabbat emeljük ki csupán, ami a vízelvonás folyamatát segít kontrollálni. Ezek a maghőmérséklet és a nedvességtartalom. Aki ezeket kellő pontossággal meg tudja határozni, sokat tett a túlszárítás elkerülése érdekében. Nagyon hasznos, ha ellenőrzés alatt tarthatja a tulajdonos a maghőmérséklet alakulását a szárítás folyamatában, különösen a folyamat utolsó szakaszában, és nem csak egy ponton.
Hogyan történik az adatfelvételezés?
A teljes szárítózónát ellenőrzés alatt tartjuk. Az összes légcsatornában mérjük a maghőmérsékletet a hideg oldalon, ahol a szárítóközeg kilép a kukoricából. Ez a szemestermény-szárító felügyeleti rendszer elsősorban a tűz elleni védelem fokozását szolgálja, az évek során azonban bebizonyosodott, hogy a mért adatok hasznosíthatók a szárítási folyamat komplex diagnosztizálására is. Az optimális folyamatot zavaró tényezőket képes kiszűrni, ezért a precíziós szárítás alap gépe lett. A diagnosztizált, terményt károsító eltéréseket okozó
tényezőket a precíziós beüzemelés során, műszaki beavatkozással szüntetjük meg. A precíziós beüzemelés eredménye az optimális, kontrollált szárítási folyamat. Mivel minden adatalapon történik, a mindennapi gyakorlatban a beavatkozások eredményét is ugyanezek az adatok igazolják vissza, tehát nem elméleti kérdésről van szó.
2. ábra. Optimalizálás előtti állapot. 0,2% nedvességet tudott elvonni a folyamatban a kék színnel jelölt pontokon és 4,6%-ot a piros csúcsoknál ez a szárító (Forrás: termenyszaritas.hu) 1. ábra. Eltérő maghőmérséklet a szárító jobb és bal oldalán, az eltérés meghaladja a 40°C-ot. (Forrás: videokontroll.hu)
A diagnosztizált eltérések egyik változata
A maghőmérséklet eloszlása a szárítózónában nem egyenletes, a jobb oldalon túlhevül a kukorica (1. ábra). A jobb oldalon mért maghőmérséklet a bal oldalon mért érték duplája.
A szárítózónában lassan lefelé haladó kukorica a bal oldalon nem szárad meg eléggé, míg a jobb oldalon túlszárad. Ez a leggyakoribb forrása a raktározási nehézségeknek. A hiba a gázégő aszimmetrikus lángképéből, aszimmetrikus működéséből ered. Jó hír azonban, hogy mivel kiderült a hiba, így azt légterelő idomok beépítésével kompenzálni tudjuk.
A 2. ábrán ideális esetben egy vízszintes szőnyegdiagramot kellene látnunk a szárítózóna aljában a horizontális síkban vett minták alapján. Ehelyett 20-szoros eltérést látunk a vízelvonási képességben ennél a szárító gyártmánynál. A magtárban ez a helyzet is terményromlást, ezáltal nagy veszteségeket okoz.
A szárítás mint a növénytermesztés befejező művelete, energiaigényes folyamat. Ennélfogva, ha a szárítózónát kontroll alatt tartjuk és megfelelő mennyiségű, megbízható, helyzetében pozicionált adatot rögzítünk a szárí-
tózónából, akkor megtervezhetővé válik az optimalizálás folyamata. Az adatok révén a szárítótoronyban uralkodó aktuális maghőmérséklet a monitoron látható, emellett távolról is követheti a tulajdonos a folyamatot. (3. kép)
A diagnosztizált eltérések egy következő változata: a lokális túlhevítés
A hazai géppark egy jelentősnek mondható százaléka a szárítási folyamatban lokális túlhevülést idéz elő, ez azt jelenti, hogy 80-100°C-os maghőmérséklet jellemző egész szezonban a szárítási folyamat adott szakaszán. Ez tehát nem pillanatnyi állapot, hanem adott típus jellemzőjeként, az egész szárítási szezonban folyamatosan fennálló probléma (4. ábra).
A 4. ábra azt mutatja meg, hogy mi zajlik a szárítózónában. A bal oldalon a maghőmérséklet alakulása a szárítási folyamatban számokkal és színekkel, míg a jobb oldalon a vonaldiagram a maghőmérséklet-változás sebességét szemlélteti. A vékony vonalak az egymás alatt oszlopszerűen elhelyezkedő hőmérséklet értékeket ábrázolják. Tehát a számszerű (4. ábra bal felében) adatokat nézve, felül betöltik a hideg 15°C-os nedves kukoricát a toronyba, és melegíteni kezdik. Fontos megjegyezni, hogy a szárító mindig tele van, amennyit kiadagol a száraz kukoricából alul, annyit folyamatosan utántölt felül, a kukorica pedig a gravitáció hatására lefelé halad a folyamatban. Továbbá, mivel a szárítóban fellépő fizikai hatások alakítják a maghőmérsékletet, ezek a hatások folyamatosan fennállnak. Csak abban az esetben változnak meg, ha műszaki beavatkozással a jellemző fizikai hatásokat befolyásoljuk. Egy nagyon gyors felmelegedést láthatunk a 4. ábrán. A 3. sorban már 50°C felett van a maghőmérséklet. Lefelé haladva lassan visszahűl, miközben ugyanúgy fűtik a szárítózóna ezen szakaszát is, mint a többit. A 7. sorban ismét felhevül, itt
3. kép. Távolról is kontrollálhatja a tulajdonos a szárítót (Forrás: termenyszaritas.hu)
4.ábra. Lokális túlhevülés jellemző erre a gyártmányra, a szárítózóna alsó szakaszában 100°C-ot meghaladja a maghőmérséklet, ami a beltartalomra káros (Forrás: termenyszaritas.hu)
már 80°C-ra, lefelé haladva ismét hűlni kezd a 11. sorig, ahol megközelíti a 90°C-ot a kukorica hőmérséklete. Innen megint kissé hűl, majd a 15. sorban eléri a 100°C-ot. A műszaki képzettségű olvasóinknak egyértelmű lehet, hogy mi történik ezen a hőmérsékleten a kukoricában lévő aminosavakkal, vitaminokkal, karotinoidokkal és zsírokkal.
A 4. ábra jobb felében a vonaldiagram bal oldalán látjuk a szárítózóna tetején mért maghőmérsékletet, míg a száraz kukorica a jobb oldalon jelenik meg, mintha képzeletben a szárítót „lefektetnénk”. A szárítózónában a nedvességtartalmától függően 2-3 órát tartózkodik a kukorica, így egy felhevítési, hűtési periódus 40-50 percig tart, ebből 10-15 perc a gyors felmelegítés, majd lassan visszahűl. A vízelvonás nagyon intenzív ezekben a szakaszokban, a kukorica nem is bírja ki sérülés nélkül. (5. kép) Olyan gyors a felhevítés, hogy a magban lévő víz felforr, a gőznyomás pedig megrepeszti a kukoricát.
A magunk részéről úgy véljük, hogy nem elég felderíteni a problémákat, hanem meg is kell oldani. A megoldás eredményét mutatjuk be a 6. ábrán, ahol a szárítózóna alján is 50°C alatt van a maghőmérséklet az optimalizálás után. A vonaldiagramon megváltoztattuk a hőmérséklet tengely osztását 100°C-ról 50°C-ra, így a finom eltérésekre is reagálni tudunk. A 4. és a 6. ábrát összehasonlítva vizuálisan is felmérhető a 40%-os megtakarítási potenciál. Ez a gyakorlatban 10.000 t kukorica szárításánál 10 millió Ft-ot meghaladó energiamegtakarítást jelentett ennél a gyártmánynál, 2016-os árakon számolva, az előző évhez képest. A betakarított kukorica nedvességtartalma ebben a két évben megegyezett.
A gyakorlatban a szárítókon egy, vagy néhány ponton mérik a maghőmérsékletet, ennek változása alapján igyekszik a kezeléssel megbízott szakszemélyzet a folyamatot kézben tartani.
Kérdésként felmerülhet, hogy miből jöttünk rá arra, hogy sok szemestermény-szárító ilyen terményt károsító módon működik. A válasz egyik eleme a szárítózónát teljes mértékben lefedő és kontrolláló érzékelőrendszer. A másik eleme pedig a rendszerünk által mért konkrét, valós idejű adatok folyamatos rögzítése, ellenőrzése és kiértékelése. A szezonban rögzített adatok lehetőséget adnak arra is, hogy a szárítás folyamatát a későbbiekben, szezon után is vizsgáljuk, keresve az optimális megoldást a felmerülő problémákra. Ezzel a szárítási szezon ugyan nem lesz hosszabb, de annak végeztével a rögzített adatokkal egyenként is tovább dolgozhatunk az adott tulajdonos gépének fejlesztésén, melyből az adat származik.
A szemestermény-szárító felügyeleti rendszer hazai fejlesztés saját erőből, külső források nélkül, saját gyártmány. Már a 25.000 darabot meghaladja a felszerelt érzékelők száma, melyek figyelik a hazai szárítókban zajló vízelvonási folyamatot. Még az őszi szárítási szezon megkezdése előtt meglesz a 150. telepített rendszerünk, ebből már több mint 80 szárítóüzemet optimalizáltunk is. Ezek alkalmassá váltak a kontrollált szárítás követelményeinek megfelelő módon történő üzemelésre.
A szoftver, ami a mérést hivatott végezni, és az érzékelőrendszer kialakítása is saját fejlesztés, csakúgy, mint a mérőelektronika, ami a pontos mérés és a mérési pontok azonosításának fontos eszköze. Saját fejlesztés a tesztelésre használt szoftver, és az egyes szárító
5. kép. Megvilágítva láthatóvá válnak a repedések a kukoricán (Forrás: termenyszaritas.hu)
6. ábra. Ez ugyanaz a szárító, mint a 4. ábrán, csak az optimalizálás után, és a szárítási hőmérséklet is 120°C, mint korábban (Forrás: termenyszaritas.hu)
gyártmányok optimalizálására kidolgozott csomagok is. A műszer minden szárítóra egyedileg készül a szárító fizikai paramétereinek felmérését követően. A mért adatok is adott szárítóra jellemzőek elsősorban, ennek tükrében azonos típusú és gyártmányú szárítók esetében hasonló problémákat találhatunk, az adatok összevetésében típusra jellemző eltérések is megjelennek. Fontos újra hangsúlyozni, hogy a felmerülő problémákra megoldási javaslataink is vannak, az egyes gyártmányokra optimalizálási csomagot dolgoztunk ki, aminek eredményeként 20-30%, sőt, egy gyártmánynál 40%-ot meghaladó energiamegtakarítást tudunk elérni a korábbi állapothoz képest. (4. ábra)
Összefoglalva, diagnosztikával azonosítani tudjuk az eltérést okozó tényezőket, melyek akadályozzák, hogy egyenletes, homogén nedvességtartalmú száraz termény kerüljön a magtárba. Ezen problémák ismeretében, a precíziós (azaz adatokra épülő) beüzemelés során műszaki beavatkozásokkal kompenzáljuk a kedvezőtlen fizikai hatásokat. Ehhez nagy számú adatot kell rögzíteni, melyek értékeléséhez, feldolgozásához olyan programokat használunk, melyek vizuálisan is jól érzékelhetővé teszik a szükséges beavatkozások irányát, mértékét. Az adatok szakszerű feldolgozásának eredményeként valóban kíméletes szárítási folyamat valósítható meg, kiugró maghőmérsékletek és a felesleges túlhevítések nélkül. Az optimalizálás folyamata nagy számú adat birtokában zajlik, ennek eredményeképpen a túlszárítás és a túlhevítés megszüntetésével energiamegtakarítás, kevesebb törtszem, kevesebb liszt keletkezik, és a tűzveszély jelentősen csökken. A túlszárítás műszakilag megalapozott megszüntetése csökkenti a raktározás költségeit, növeli a raktározás biztonságát és az eladható termény tömegét. A rendszer alkalmas a távjelzésre, internetre kapcsolódó eszközzel a szárítóban keletkező adatokat nyomon követheti a tulajdonos.
A partnernél további előnyként jelentkezik, hogy ezeket az adatokat szakértőink is látják a megállapodás szerint, így, ha szükséges további beavatkozás, felveszszük a kapcsolatot a tulajdonossal, és egyeztetünk a megoldásról, támogatva ezzel az optimális üzemvitelt.
A megtakarítás szakértő cég által auditált, így akár 15 pontot is kaphat, aki a szárító építési, felújítási pályázatához kapcsolja megoldásunkat. Ezen felül a beruházásra TAO kedvezményt is igénybe vehet akár 65% mértékig, és a megtakarított CO2 kvóta értékesíthető.
Dr. Speiser Ferenc Péter
Speiser Ferenc
