U tvärdering värmeåtervinning av spillvärme733353/FULLTEXT01.pdf1.2. BAKGRUND SPILLVÄRME...

AKADEMIN FÖR TEKNIK OCH MILJÖ Avdelningen för bygg- energi- och miljöteknik

Utvärdering värmeåtervinning av spillvärme

Fallstudie Gävleborg

Författare: Robert Johansson

År 2014

Examensarbete, Grundnivå (kandidatexamen), 15 hp Energisystem

Energisystemingenjör, Co-op Kursnamn: ETG800

Handledare: Ulf Larsson Examinator: Hans Wigö

Sammanfattning

Jordens klimat är idag tunga frågor, det handlar om allt från polarisen som smälter på grundav den stigande temperaturen till sinande oljeresurser i världen. Arbetets mål är att minska energi-användningen, uppskatta vad ett sådant system skulle kosta och vad blir miljövinsten? Med hjälpav en energikartläggning identifieras energiflödena samt ett koncept tas fram för värmeåtervinningmed värmeåtervinningsbatteri och värmepump. En kostnadsbedömning och resultatkalkyl görs medkonceptet som grund. Resultatet blir ett system som kostar runt 5,3mnkr med en payoff-tid påca 4 år. Arbetet minskar CO2-utsläppen med ca 747ton vilket motsvarar 738 resor med flyg frånStockholm till New York tur och retur.

Abstract

Today’s climate change is a big issue, it covers everything from the polar ice melting due to risingtemperatures to dwindling oil resources in the world. This paper aims to reduce the energy use,estimate what such a system would cost and what will be the environmental benefit? With thehelp of an energy audit identifies energy flows as well as a heat scource and a heat sink. A conceptwas made with the run-around for a heat pump and heat exchanger. A cost assessment and profitand loss statement is done with the concept as a basis. The result is a system that cost around5.3 million with a payoff period of about 4 years. Work decreases CO2 emissions by about 747tonwhich is equivalent to 738 Flight from Stockholm to New York and back.

Förord

Rapporten beskriver ett projekt som avser ett examensarbete för Teknologie kandidatexamen inomenergisystem på Högskolan i Gävle. Den är skriven av Robert Johansson som läser tredje åretpå energisystemsingenjörsprogrammet. Där ingår bland annat kurser i Termodynamik, Miljö- ochEnergiteknik samt Strömningsmekanik. Projektet motsvarar 15 högskolepoäng och har utförts undervåren 2014. Ett stort tack riktas till alla som har hjälpt till i projektet och till alla er som har tagiter tid till att svara på frågor och varit till hjälp vid rapportskrivandet.

Ett speciellt tack till mina handledare Andreas Rinnström på ÅF, Ulf Larsson på HIG ochMaria Hedqvist på värmeverkstan. Andra som också har varit till stor del är Niklas Nordin, MarcoKaisto, Catarina Hamalainen, Robert Simmefalk, Mathias Celin, Roland.

Robert Johansson Gävle, 9 juni 2014

i

Nomenklatur

Symbol Units DescriptionA m2 AreanT ◦C Grader Celsiusχ W/mK Värmegenongångstal förpunktformig köldbryggaCp kJ/kgK Specifik värmecapacitet∆T K Temperaturdifferens∆TL K Logaritmiska medeltemperaturdifferensenE Wh Energimändh h TimmarK ◦K Grader KelvinL m LängdP kW EffektPa N/m2 Tryckψ W/K Värmegenomgångstal för linjär köldbryggaq m3/s VolymflödeQ kW EffektQt W/K Värmeförlust faktorρ kg/m3 DensitetU W/m2K Värmegenomgångskoefficientv m/s HastighetV̇ m3/s volymflödeΣ - Sigma (summan)

Akronymer

BBR Boverkets ByggreglerCOP Coefficient of performanceNY New YorkPMV Predicted Mean VoteSBN Sveriges Bygg NormSthlm StockholmVMM VärmemängdsmätareVp VärmepumpVVX VärmeväxlareVÅV-Batteri Värmeåtervinningsbatteri

iii

Innehåll

Förord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iNomenklatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iiiAkronymer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

1 Introduktion 11.1 Bakgrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Bakgrund spillvärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Mål med studien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4 Omfattning & Avgränsning . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5 Dispositionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Metodik 72.1 Energikartläggning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.1 Tillförd värme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.1.2 Transmissionsförluster . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1.3 Kylsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.4 Värmebehov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Dimensionering & Ekonomisk kalkyl . . . . . . . . . . . . 112.3 Miljönytta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Resultat fallstudie 153.1 Energikartläggning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15


3.2 Dimensionering & Ekonomisk kalkyl . . . . . . . . . . . . 183.3 Miljönytta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4 Diskussion 234.1 Energikartläggning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23


4.2 Dimensionering & Ekonomisk kalkyl . . . . . . . . . . . . 24

4.3 Miljönytta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5 Slutsats 27

6 Att forska vidare på 29

Referenser 31

Appendices 35

A Data 35A.1 Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35A.2 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37A.3 Kylsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37A.4 Värmebehov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39A.5 Dimensionering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A.6 Val av pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A.7 Avluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41A.8 Kostnadskalkyl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

B Komponenter 43B.1 Värmepumpar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43B.2 Värmeåtervinningsbatteri . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Figurer

1.1 Sveriges energitillförsel och energianvändning år 2012 . . . 21.2 Omfattningl och avgränsning . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1 Mätpunkter vid frånluften. . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2 Temperförändring igenom en värmeväxlare . . . . . . . . . 13

3.1 Elanvändning fördelat per månad . . . . . . . . . . . . . . 163.2 Transmissionsförlusten fördelat per månad . . . . . . . . . 163.3 Tillgänglig spillvärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4 Konceptsskiss över befintligt värmesystem. . . . . . . . . . 183.5 Konceptskiss över utbyggt värmesystem. . . . . . . . . . . 193.6 Återvunnen värme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.7 Värmepumpens täckning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

A.1 Illustrering av byggnaden ovanifrån . . . . . . . . . . . . . 35A.2 Illustrering av byggnaden från sidan . . . . . . . . . . . . 36A.3 Mätpunkter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37A.4 Temperatur av fläcktrumma . . . . . . . . . . . . . . . . . 38A.5 Oljans temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38A.6 Värmebehov kontra temperatur . . . . . . . . . . . . . . . 39A.7 Viktat kontra modifierat Värmebehov . . . . . . . . . . . 40A.8 Dimmensionering av värmepump . . . . . . . . . . . . . . 40

Tabeller

3.1 Effektuträkningar för respektive kylsystem. . . . . . . . . 173.2 Sammanstälning energibalans . . . . . . . . . . . . . . . . 173.3 Resultatkalkyl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.4 Payoffkalkyl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.5 CO2 Beräkningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

A.1 Omvandlingstabell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36A.2 Temperaturmätning för Uvärde . . . . . . . . . . . . . . . 36A.3 Värmeförlustfaktorn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36A.4 Medeltemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37A.5 Mätvärden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37A.6 Effektberäkning av olja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38A.7 Uppskattning värmebehov . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39A.8 Val av pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41A.9 Beräkning elanvändning av pump . . . . . . . . . . . . . . 41A.10 Kontrollberäkning avluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41A.11 Kostnadsberäkning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42A.12 Areaberäkning av VÅV-batteri . . . . . . . . . . . . . . . 42

Kapitel 1

Introduktion

1.1 Bakgrund

Jordens klimat är idag tunga frågor, det handlar om allt från polarisen som smälter på grund av denstigande temperaturen till sinande oljeresurser i världen. Enligt Bindoff et al. (2013) kan ökningenav jordens medeltemperatur för luft vid jordens yta knytas till människans aktiviteter. Det betyderatt allt vi människor gör som använder energi bidrar på något vis till den globala uppvärmningen.Det kan vara ett enkelt jobb, köra bil, sitta vid datorn eller bara själva uppvärmningen för att hadet varmt i våra bostäder. Allt detta leder till ökad koncentration av växthusgaser i atmosfären ochsom följd av detta har internationella fördrag som Kyotoprotokollet och andra miljömål riktademot minskade utsläpp skapats.

Internationella fördrag och politik räcker inte hela vägen, någon måste utföra arbetet också. ISverige används relativt mycket energi detta kan bero på många energiintensiva industrier. Enligtenergimyndigheten över Sveriges energitillförsel och energianvändning år 2012 illustreras av figur1.1. Slutlig energianvändning ligger runt 380TWh av dessa används 145TWh av industrisektornvarav 23,6 TWh av stålindustrin. Vid en närmare studie av energianvändningen för industri visaren rapport av energiläget i Sverige att närmare 37% är elenergi (Energimyndigheten 2013). Börtilläggas att det blir även förluster i själva slutanvändningen, till exempel en glödlampa på 60Womvandlar oftast bara ca 5% det vill säga 3W till ljus resterande blir förlust i form av värme.

Samtidigt som det släpps ut en stor mängd spillvärme finns oron för att energiresurserna skata slut. Vi tar helt enkelt inte tillvara på energin vi använder. Detta sker överallt, som nämndestidigare i en vanlig glödlampa, i bilarnas motorer och i vanlig elektronik, där värme uppstår utanatt vara den egentliga produkten. På många ställen börjar man ta tag i dessa i problem, antingengenom energieffektivisering som till exempel nyare teknik, eller genom att utnyttja spillvärmen förett annat syfte.

I dagens läge är det rätt vanligt att spillvärme från industrier utnyttjas som fjärrvärme, dethandlar då om relativt höga temperaturer. Anledningen är att spillvärme med låga temperaturerinte går att skicka ut i fjärrvärmenätet utan att tillföra ett arbete till exempel en värmepump pågrund av krav av temperaturen. Har man däremot ett värmesystem med lägre krav på temperaturenkan det däremot vara ekonomiskt hållbart. Frågan är då hur det kan ska göras på bästa sätt.

1.2 Bakgrund spillvärme

När man pratar om spillvärme finns det flera typer, de som har hög temperatur och de som har lågtemperatur. Den som har låg temperatur kallas lågtempererad spillvärme och är definierad bland

1

1.2. BAKGRUND SPILLVÄRME KAPITEL 1. INTRODUKTION

127 21 145 12

13 188 6 79 7

-19

Biobränsle Kol och koks Råolja och oljeprodukter Natur- och StadsgasÖvriga Kärnkraft Värme VattenkraftVindkraft Import-Export el

Total tillförsel fördelad på energivaror, 578 TWh

Total slutlig energianvändning fördelad på energivaror, 377 TWh

145 4 86 6 3

1

18

28 86

Industri Byggverksamhet Transport

Jordbruk Skogsbruk Fiske

Offentlig verksamhet Övrig serviceverksamhet Hushåll

Total slutlig energianvändning fördelad på sektorer, 377 TWh

75 12 100 6

6 50 128

Biobränsle Kol och koks Oljeprodukter Natur- och Stadsgas Övriga Värme El

11 31 28 123 -5 12

Egenanvändning i energisektornAnvändning för icke energiändamålÖverföring- och övriga omvandlingsförlusterOmvandlingsförluster i kärnkraftverkÅtervunnen energiStatistisk differens

Förluster och annan användning, 201 TWh

Energitillförsel och energianvändning i Sverige 2012, TWh

Omvandling i kraftanläggningar, värmeverk, gasverk, koksverk och raffinaderier. Distribution av el, värme och gas samt användning för annat ändamål än energi, t.ex. råvara i färg- och kemiindustrin.

Figur 1.1: Sveriges energitillförsel och energianvändning år 2012, TWh. Källa: Energimyndig-heten.

annat av Law, Harvey och Reay (2013) som det temperaturområde som inte går att återanvända iprocessen, vanligtvis från rumstemperatur upp till cirka 260◦C. Energimyndigheten har valt attdela upp spillvärme i äkta samt oäkta och definierar den äkta spillvärmen som ”utnyttjande avförluster som annars inte skulle ha blivit nyttiggjorda, och ingen alternativ användning av värmenbedöms finnas” (Holmgren och Sjödin 2008).

Emellertid är det allmänt accepterat att det är extremt svårt att värmeåtervinna i tempe-raturintervallet från omgivningstemperatur till 60◦C, vilket oftast innebär att nya lösningar påvärmeåtervinning krävs.

En som undersöker möjligheter till att återvinna spillvärme är Law, Harvey och Reay (2013).De undersöker värmeåtervinning i livsmedelsindustrin. De nämner att spillvärmen rent allmäntär avloppsströmmar i form av gas, ånga och vatten. För att hitta både lämpliga värmekällor ochanvändningsområden för spillvärmen behövs en energikartläggning av anläggningen. De nämner ävenatt det oftast är billigare att återanvända värmen direkt i processen eftersom det sparar kostnader förtransporter via rörledningar, kanaler och hjälputrustning. Lösningar som värmepumpar och andraenheter för att generera el eller kyla kräver mer kapital på grund av högre kostnader för utrustning.Och att det är vanligast att använda spillvärmen för att förvärma olika fluider som till exempel vidpastörisering av mjölkprodukter. Identifikation av värmekällor och användningsområden är centraladelar när det kommer till val av värmeöverföringsteknik. Överföringstekniker de anser som lämpligavar bland annat gas-gas värmeväxling, mer tillämpad för ventilation, en annan var gas-vätskavärmeväxling, där man värmer en vätska med en gas till exempel luft, mest vanlig för uppvärmningav lokaler. Mindre vanliga lösningar som elgenerering, värmepumpar och även en del kompaktavärmeväxlare finns också men är betydlig dyrare. Däremot kan de ökade energikostnaderna samtolika mål om minskade utsläpp av växthusgaser öka motivationen av sådana projekt.

Ett liknande fall i tillverkningsindustrin där Ammar et al. (2012) bland annat undersökervilka medium som passar för olika temperaturer från 0◦C till 200◦C. Artikeln beskriver också ommöjligheterna att ta tillvara på lågtempererad spillvärme under 40◦C. Med hjälp av värmepumparkan temperaturen vanligt vis höjas till ett spann mellan 50◦C och 90◦C. Tre kriterier som behöveruppfyllas för att återvinning ska vara möjlig. Ett att den utvunna värmen har en lämplig temperaturför ändamålet. Två att det är ekonomiskt försvarbart att transportera värmen. Tre att det finns ett

2

KAPITEL 1. INTRODUKTION 1.3. MÅL MED STUDIEN

behov av den värmen man återvinner.När man studerar värmeåtervinningssystem för byggtillämpningar finns en rad olika lösningar.

Alla har olika krav, för och nackdelar samt olika verkningsgradsintervall. Till exempel roterandesamt plattvärmeväxlare kräver att tilluft samt frånluft är nära varandra till skillnad från Run-around värmeväxling, där värmen överförs från en fluid till ett medium som vatten för att sedantransporteras till önskad plats och därefter överföras till en fluid. Det är relativt vanligt enligtMardiana-Idayu och Riffat (2012) att verkningsgraden för roterande värmeväxlare ligger över80% och verkningsgraden för run-around ligger mellan 45% till 65%. De nämner även att ’Heatpipes’ används mest vid passiv ventilation, också känt som självdrag, eftersom inga rörliga delarkrävs trots den låga verkningsgraden på 45% till 55%. För mekanisk ventilation används mestvärmepumpslösningar. Mekanisk ventilation förbrukar dock stora mängder el och kan i vissa fallöka hushållens elektriska strömförbrukning med upp till 50%.

Ett annat fall där Fracastoro och Serraino (2010) går in lite mer specifikt om värmepumpar.De beskriver effektiviteten på värmepumparna i förhållande till uteluften och jämför med andralösningar som bergvärme eller luft till luft värmepumpar. Det här görs via simuleringar i matlab förItalien. Frånluftsvärmepumpen visade ofta bättre verkningsgrad på grund av den mer gynnsammatemperaturen i frånluften under vinterhalvåret. Han påpekade också att installationskostnaderna ärlägre jämfört med de andra värmepumparna.

Sakellari och Lundqvist (2005) har till skillnad från föregående artikel simulerat värmebehovetför en enfamiljsvilla och data för klimatet är baserat på Stockholms temperaturer under ett år. Enfrånluft-till-vatten värmepump används för tillgodose behovet av byggnadens energianvändning.Modellen fokuserar på hur solinstrålningen och intern värme generering påverkar inneklimatet. Islutsatsen framgår det att i vissa förhållanden har solinstrålningen större påverkan på inneklimatetän den interna värmegenereringen. samt att i vissa fall brukas inte värmepumpen

1.3 Mål med studien

Som nämndes ovan genereras det värme från människans aktiviteter, alt ifrån bilkörning tillvardagligt jobb. Till exempel enligt en rapport från energimyndigheten (Holmgren och Sjödin2008) nämndes att i två av Sveriges stålverk visades en övergripande energibalans att ca 35% avenergitillförseln går till att reducera järnoxid i pellets till råjärn i masugnar och ca 15% återvinnsoch säljs vidare som exempel för användning i fjärrvärme. Resterande ca 50% är alltså förluster tillomgivningen i form av lågtempererad spillvärme. Det är allt ifrån värme från svalnande materialtill avloppsvatten.

Här finns det alltså stor mängd energi och att de lägre temperaturerna är viktiga för att hållanere användningen av energiresurser och på så sätt hålla nere utsläpp av växthusgaser. Saner et al.(2010) tar upp hur mycket CO2-utsläpp som kan reduceras med hjälp av en bergvärmepump. Tillexempel om en värmepump har en COP på 4 och används till golvvärme för ett enfamiljshus på200m2 får man en CO2eq-besparing från 18% till 88% beroende på landets el-mix. Detta är dåjämfört med ett uppvärmningssystem som går på olja och ett med gas.

Rapporten utreder möjligheter om återvinning av spillvärme leder till en långsiktig hållbarutveckling ur ekologiskt och ekonomiskt perspektiv. Det utreds hur man med hjälp av spillvärme skakunna tillgodose värmebehovet av lokaler. Den ökade efterfrågan av energi gör också att hållbaralösningar blir mer attraktiva. Ämnet är alltså inte bara aktuellt i Gävletrakterna. Om projektetvisar sig vara lönsamt kan liknande system utvecklas på andra ställen. Förhoppningsvis kan dettaarbetet komma till nytta vid liknande projekt på andra ställen i framtiden.

Frågan är hur mycket kan effektiviseras system så att mängden spillvärme begränsas. Vad finnsdet för möjligheter att återanvända spillvärmen när det handlar om låga temperaturer. Och vad

3

1.4. OMFATTNING & AVGRÄNSNING KAPITEL 1. INTRODUKTION

skulle ett sådant system kosta, hur lång tid skulle det ta innan systemet har betalat av sig och vadskulle miljövinsten bli? Problemställningen blir då.

• Hur mycket energi kan sparas, vad kan ett sådant projekt kosta, vad blir payoff-tiden och vadblir miljövinsten?

1.4 Omfattning & Avgränsning

Projektet omfattar en värmebehandling vars plats ligger i Gävleborgstrakten där det råder enövertemperatur i klimatzonen på grund av omfattande elanvändning främst från 11 stycken ugnar.Övertemperaturen av luften ventileras idag ut via takluckor där tilluften tas från bland annat öppnafönster samt tilluftssystem från byggnadens sidor. Ventilationen tar luften rakt utifrån utan någonluftbehandling. Värmebehandlingen har utöver den självdragna ventilationen några kylsystem, enoljekylning, en vattenkylning samt en fläkttrumma som kyler ned det behandlade godset.

Byggnaden är byggd år 1969 med några utbyggnationer år 1974 och har en golvarea på 3198m2

samt högsta höjd på ca 30m. Figur 1.2 visar byggnadskomplexet ovanifrån där det streckadeområdet är själva värmebehandlingen samt ett lager. I projektet räknades areor fram vid destreckade områdena. Värmebehandlingen har inget eget värmesystem utan får all sin värme frånden interna värmegenereringen. De byggnader runt om som visas i samma figur har dock ettuppvärmningsbehov. Det totala området sträcker sig mycket längre än vad figuren visar men tillhörandra avdelningar och kommer inte att undersökas. En annan sak är att de inte betalar för derasfaktiska värmeanvändning utan det är baserat på ett viktat tal. Kostnaden är baserad på det totalaområdet per kvadratmeter och arean för området på som figuren 1.2 visar. Värmen som dem köperin är i form av ånga som i sin tur är producerad från el via elpatroner i en huvudvärmecentral.Anledningen är att de har behov av ånga från annat håll och därför samtidigt använder den tilluppvärmning.

Produktionen på värmebehandlingen är på dygnet runt året om. Det vill säga, de jobbar i skiftså energianvändningen är någorlunda jämn under dygnet.

Figur 1.2: Visar det område arbetet omfattar, det streckade området är värmebehandlingensamt lager och står som underlag för uppskattning av areor.

Projektet syftar inte till att ta fram detaljritningar för hur spillvärmen ska användas. Endasten övergripande struktur kommer att beskrivas. Val av komponenter kommer att väljas genom de

4

KAPITEL 1. INTRODUKTION 1.5. DISPOSITIONEN

krav leverantörerna ställer. Extra fläktar kommer inte att beräknas för extra ventilation. I analysenkommer kostnadsuppskattningar att göras, siffrorna ska inte ses som exakta priser.

1.5 Dispositionen

Introduktion

Detta kapitel ger läsaren en bakgrund till energianvändning och vad den har för effekt på världen.En illustration som beskriver ett kretslopp och nyttan att använda spillvärme för att minimeraproduktionen av olika energislag. Läsare får en bakgrund till vad som menas med spillvärme samtger en bild till vad som har gjorts tidigare. Behovet av att studera ämnet som denna text kommeratt handla om. Olika mål och objektiv nämns.

Metodik

I detta kapitel diskuteras och motiveras den forskningsstrategi som valts (en fallstudie) och uppgifterom insamlingstekniker (empirisk datainsamling) som ligger till underlag för denna studie. Dessutomdiskuteras begränsningarna i den antagna strategin för denna forskning i termer av validitet ochreliabilitet, samt eventuella problem i samband med den genomförda fallstudien.

Resultat fallstudie

Detta kapitel presenterar data från fallstudien i form av energiflöden som beräknats enligt direktivi från metoddelen. Ett förbättringsförslag läggs fram genom ett koncept, konceptet används för attberäkna förslagets kostnad samt återbetalningstid. Lite snabbt om vad värdena visar.

Diskussion

Detta kapitel diskuterar om vad som kan vara olika felkällor i metoden samt om andra tillväga-gångssätt hade varit bättre. Om resultat delen är tillräckligt trovärdig,

Referenser

Detta kapitel innehåller en alfabetisk lista över de källor som avses i detta arbete. Om flera källorhar samma författare sorteras det efter årtal och sedan titel. Harvardsystemet används för attreferera (författare-datum-systemet).

5

1.5. DISPOSITIONEN KAPITEL 1. INTRODUKTION

6

Kapitel 2

Metodik

• Målet är att få ned energianvändningen, uppskatta vad ett sådant projekt skulle kosta ochvad skulle miljövinsten bli?

För att få svar på denna fråga har andras arbeten kring lågtempererad spillvärme studerats.Det gjordes genom att läsa vetenskapliga artiklar som har blivit kontrollerade så att de stämmer,så kallade peer reviewed. Även diskussioner samt intervjuer har använts för att uppskatta värden.

Det har även behövts en kvantitativ studie där empiriska variabler som temperaturen ochfluiders hastighet mäts för att sedan kalkylera fram energiflöden. Därför valdes fallstudie somstrategi där ett verkligt fall utreds. Fallet som undersökts har idag ett värmeöverskott på grund aven omfattande elanvändning i främst 11 st ugnar. Idag vädras överskottsvärmen ut via takluckor.

Vad skulle ett sådant system kosta och vad skulle payoff-tiden bli? Målet med fallstudien varatt ta reda på hur mycket energi som släpps ut till omgivningen för att sedan kunna ge förslagtill förbättring och uppskatta återbetalningstiden för förslaget. För att klara av det har det valtsatt göra en energikartläggning av systemet, bygga upp ett koncept på värmeåtervinning, beräknapayoff-tiden och utvärdera miljönyttan.

2.1 Energikartläggning

En energikartläggning är det förfarande genom vilket det är möjligt att analysera energibalansen i ettavgränsat system för att fastställa eventuella förbättringar, för att minska miljöpåverkan och för attreducera energikostnaderna. Dongellini, Marinosci och Morini (2014) har gjort en energikartläggningöver ett stålkraftverk i Italien och deras tillvägagångssätt när det gäller uppskattning av U-värdetså gör de inga beräkningar utan de använder sig av värdena på minimum kraven från Italiensenergimyndighet. Warfvinge och Dahlblom (2010) beskriver en byggnads energibalans som värmegenom transmission, ventilation och läckage ska vara lika som tillförd värme, solinstrålning samtintern värmegenerering. De nämner också att värmetillskotten från sol, elapparater och människorräknas normalt inte in i det dimensionerande effektbehovet dock att sol och intern värmegenereringär viktiga poster när en byggnads energibehov beräknas.

Warfvinge och Dahlblom (2010) beskriver en byggnads energibalans genom ekvationen (2.1)

Pt + Pv + Pov = Pw + Ps + Pi (W ) (2.1)

7

2.1. ENERGIKARTLÄGGNING KAPITEL 2. METODIK

Där Pt = Värme bortförs genom transmission.

Pv = Värmen bortförs genom ventilation.

Pov = Värme bortförs genom oavsiktlig ventilation som luftläckage.

Pw = Tillförd värme genom värmesystemet

Ps = Tillförd värme genom solinstrålning.

Pi = Intern genererad värme.

Eftersom temperaturen förändras under året men däremot inte produktiviteten kommer det blivarmare inneklimat på sommaren än på vintern. För att säkerställa att inneklimatet inte leder tillbristande säkerhet har det valts att undersöka vad termiskt obehag har för effekt på människor.En studie om produktivitetsförlust på grund av termisk obehag gjordes av Lan, Wargocki ochLian (2011). De undersökte i kontorsmiljö vilket PMV intervall man jobbade bäst under. Studienomfattade tolv (12) försökspersoner varav sex (6) kvinnor vid lufttemperaturer på 22◦C samt 30◦C.Testen visade på att människor presterar optimalt när temperaturen uppfattas något kallt, närPMV ligger runt -0,5 till 0.

I en annan studie gjord av Cui et al. (2013) tar upp effekten av luftens temperatur på motivation,prestation och deras förhållande. Testerna utfördes under jämnviktstillstånd vid fem olika tempera-turer (22◦C, 24◦C, 26◦C, 29◦C, 32◦C). Trettiosex försökspersoner (varav arton män) rekryteradesoch de delades in i två grupper. Där ena gruppen utsattes för alla fem temperaturer och den andragruppen bara utsattes för 26◦C. Prestationen mättes genom att varje person fick två sekunder attmemorera 6 randomiserade bokstäver och därefter 5 sekunder för att skriva ned dem i ordning.Antalet korrekta bokstäver användes för att utvärdera prestationen.

Det visade sig i denna studie att prestationen i hög grad påverkades av temperaturen. Inte baranär temperaturen var obehagligt varm eller kall men även när temperaturen ofta förändrades varinlärningstakten lägre. Testet visar att det optimala temperaturområdet i denna studie låg mellan22◦C och 26◦C. Varmare lufttemperatur hade negativ effekt på både motivation och prestation.

För att inte få allt för höga temperaturer sätts en jämn innetemperatur under året. I verklighetenär temperaturen högre på sommaren än på vintern och därmed används temperatur mätning frånoktober. Enligt energiprincipen kan energi varken skapas eller förintas enbart omvandlas. Detmenas att all den energi som flödar in i ett slutet system lika stor som den som flödar ut plusden lagrade energin. Då ute temperaturerna ändras under året med kallare temperatur (ger störredifferens mellan inne och uteluften) på vintern och varmare på sommaren kommer det behövas merventilation under sommaren.

2.1.1 Tillförd värme

Byggnadsdelen har inget värmesystem (Pw) men däremot används stora mängder el, det vill sägaPi. Elanvändningen går till att värma upp stål i ugnar. Eftersom värme är den faktiska produktenav ugnarna kan det antas att all el övergår till värme. Då uppskattning av solinstrålningen ärtidskrävande samt att den enligt Warfvinge och Dahlblom (2010) räknas normalt inte in i byggnadenseffektbalans samtidigt som McKenney et al. (2008) säger att solinstrålningen är lägre på vintern(uppvärmningssäsong) än på sommaren har denna (Ps) satts till noll. Ekvationen (2.1) för tillfördvärme blir då enbart Pi. Den tillförda värmen kan därför mätas med hjälp av elanvändningen.Företagets egna mätningar kommer att användas och redovisas i diagram.

8

KAPITEL 2. METODIK 2.1. ENERGIKARTLÄGGNING

2.1.2 Transmissionsförluster

Värmeenergin flödar genom byggnadens skal som väggar, golv och tak men också genom köldbryggorsom bildas mellan byggnadsdelar. Om ett intilliggande rum ska vara kallare sker en värmetransmissionockså till detta trots att det ligger inom byggnadens klimatskal. Transmissionsförlusterna bordedärför beräknas rum till rum. För att spara tid anses andra rum som inte är uppvärmda att hasamma temperatur som ute och samma gäller de rum som går utanför ritningarna. I det här fallethar linjeköldbryggans psi-värde (Ψ) och punktformiga chi-värde (χ) valts bort på grund av tidsbrist.Då temperaturen varierar under året beräknas den specifika värmeförlustfaktorn (W/K) enligtekvation (2.2). Värmeförlustfaktorn multipliceras därefter med månadernas medeltemperatur ochredovisas som diagram.

Areor av byggnaden mäts ifrån ritningar, av säkerhetsskäl kan ritningar över byggnaden intevisas. Däremot illusteras byggnaden i bilaga A i form av skisser. Eftersom hela byggnadskomplexetär relativt stort och för att spara tid har en del val gjorts över hur areorna är uppmätta. Närdet gäller uppskattning av väggarnas U-värden studeras byggregler från år 1963 samt 1975. Vadbyggreglerna säjer är just minimikrav. Samt att en del av byggnaden är konstruerad år 1969 ochden andra år 1975. Av det kontrolleras väggens U-värde genom att tre temperaturer mäts, luftenstemperatur inne och ute samt yttemperaturen av väggen på insidan. Därefter beräknas U-värdetgenom 1/Rtot och ekvationen (2.3) används. Enligt Sakellari och Lundqvist (2005) hade solenbetydande påverkan därav utförs mätningarna på morgonen för mindre yttre påverkningar.

Qt =

n∑i=1

Ui ×Ai +

m∑k=1

Ψk × lk +

p∑j=1

χi (W/K) (2.2)

Där Qt = Värmeförlustfaktorn (W/K)

Ui = Värmegenomgångstal för en byggnadsdel (W/m2K)

Ai = Byggnadens invändiga area (m2)

Ψk = Värmegenomgångstal för linjära köldbryggor(W/mK)

lk = Linjära köldbryggans längd (m)

Xj = Värmegenomgångstal för punktformig köldbrygga (W/K)

Rtot = Rsi ×∆Ttot

∆Tinne(m2K/W ) (2.3)

Där Rtot = Värmemotstånd för hela konstruktionen Rsi +R+Rse(m2K/W )

Rsi = Övergångsmotståndet mellan inneluften och innerväggen (m2)

∆tot = Temperaturskillnad på luften mellan inne och ute(K)

∆inne = Temperaturskillnad mellan luften och yttemperaturen på väggen (m)

Temperaturdifferensen är skillnaden mellan temperaturen inne och medeltemperaturen förrespektive månad. Data på temperaturerna tas från SMHI (2014) och medeltemperaturen valtsför tre år. Energimängden beräknas sedan genom ekvation (2.4) där E är energimängd och h ärantal timmar. Transmissionsförlusterna redovisas tillsammans med resterande värmeförluster kontravärmebehov i form av diagram.

9

2.1. ENERGIKARTLÄGGNING KAPITEL 2. METODIK

E = Q× ∆T × h (Wh) (2.4)

2.1.3 Kylsystem

Fläkttrumma

För att uppskatta effekten som förs bort via fläkttrumman behövs rörets diameter, luftens hastighetsamt temperatur då densitet och den specifika värmekapaciteten är kända.

Då hastighetsprofilen varierar i ett cirkulärt rör på grund av rörets friktionsfaktor samt fluidensviskositet, vilket medför en snabbare hastighet i rörets centrum och lägre närmare väggen. Det härmedför att enligt energibalansprincipen behövs ett medelvärde av luftens hastighet tas.

Friblåsande cirkulär luftstråle drar med sig omgivningens luft varvid lufthastigheten minskar,volymen ökar liksom den luftmängd som kommer i rörelse. För att få så bra mätvärden som möjligtmäts luftflödet vid fem punkter strax innan mynningen som illustreras av figuren 2.1 nedan.

Principen för varmtrådsgivare grundar sig på ett uppvärmt element, där värme leds bort av enkallare fluid. Temperaturen hålls konstant hela tiden med hjälp av en reglerkrets. Strömmen somkrävs att hålla temperaturen konstant räknas därefter om till en hastighet. När varmtrådsgivareanvänds i turbulenta flöden påverkas det uppvärmda elementet och en hastighet kan mätas indirekt.

Fläktarna här är på samma effekt under hela processen där utav blir flödet den samma åretrunt. När fläktarna körs så är de igång i två timmar och antal körningar per dag är någorlunda lika.Hastigheten på flödet mäts momentant och för temperaturen används sekundär data som är sampladevärden under en dag för att sedan ta medeltemperaturen på avluften och tilluften. Densiteten antasvara 1, 2kg/m3 lika specifika värmekapaciteten antas vara 1kJ/kgK. Det uppskattade energiflödetvid fläkttrumman blir därmed beroende av flödet samt temperaturen och beräknas genom ekvationen(2.5).

Figur 2.1: Mätpunkter vid frånluften.

Q = ρ× v̇ × Cp × ∆T (W ) (2.5)

Kylning med olja

Den bästa vägen att beräkna fram effektförlusten från oljan är mäta flödet samt temperaturskillnaden.I Det här fallet var det däremot inte möjligt. Samtidigt var pumparna från 1970 och någotflödesdiagram går inte att få tag på då företaget inte finns kvar idag.

Uppskattning av flödet beräknades här via hållbarhetskrav av oljan. Eftersom oljan inte harkrånglat något kan det antas att kraven hålls. Enligt Lindberg (2011) får kylningen inte överstigamer än 1W/cm2 eller mängden olja per timme ska motsvara vikten på godset med en faktor på 7:1,oljans specifika värmekapacitet är här 2kJ/kgK. Här används den senare metoden. Temperaturen

10

KAPITEL 2. METODIK 2.2. DIMENSIONERING & EKONOMISK KALKYL

uppskattas ifrån ett temperaturdiagram samt att en kontrollmätning av oljans returledning. Effektenberäknas genom ekvationen (2.5)

Kylvatten

Kylvattensystemet består av ett slutet system med en tank på ca 10500liter vatten som värmeväxlarmed vatten från en sjö. Temperaturen i tanken hålls stadigt på 30 grader året runt och temperatureni sjön varieras. Då det inte var möjligt att mäta varken temperaturer eller olika flöden har deprojekterade värden används. Effekten som förs bort med kylvattnet har sedan beräknats efterekvationen (2.5).

2.1.4 Värmebehov

Enligt Ammar et al. (2012) är ett av kriterierna att det måste finnas ett behov av den värme somåtervinns. Därför har det valts att undersöka värmebehovet av byggnader i ett större område. EnligtWarfvinge och Dahlblom (2010) dimensioneras värmebehovet utifrån två typer, värmeeffektbehovsamt värmeenergibehov. Värmeeffektbehovet beror på omslutningsarean av klimatskalet, isolering,värmetröghet, lufttäthet, ventilation, inneklimat samt uteklimat.

I denna studie har det valts bort att beräkna det dimensionerande uppvärmningsbehovet, iställethar det valts att studera mätningar av nuvarande värmesystem utan att ta hänsyn till BBRskriterier. Mätningarna gjordes med värmemängdsmätare genom att mäta temperaturen och fluidensflöde på fram och returledning av sekundärsidan i värmecentralen. Temperaturen samt flödenmäts en gång per timme därefter beräknas effekten efter ekvationen (2.5) samt energin genom attsummera alla effekter perioden.

Då temperaturmätningarna och flödesmätningarna inte var kompletta användes två metodertill att uppskatta värmebehovet. En viktningsmetod där värmebehovet beräknas fram som omantalet mätningar skulle varit kompletta. Till exempel oktober har 744 antal timmar men bara589 mätvärden därmed det uppmätta energibehovet bör viktas upp med en faktor av 744/589= 1,26. Viktade värmebehovet beräknas enligt ekvation (2.6). Där E/månad är den uppmättaenergimängden för en månad, h är antal timmar för månaden och x är antal mätningar för denmånaden.

Andra är en modifieringsmetod där värmebehovet uppskattas genom en värmeförlustfaktorenligt formel (2.7). Detta gjordes genom att granska de månader som hade flest mätningar, kallattäckningsgrad och sedan används deras värmeförlustfaktor för andra månader där mätvärden saknas.Problemet med denna metod är att den inte tar hänsyn till de andra effekterna så som Pi enligtekvationen (2.1). För att få mer korrekta värden på Qt används ett medelvärde för perioden apriltill september för sommar halvåret. Där efter beräknas värmebehovet enligt formel (2.8).

Viktat värmebehov =(E/månad)× h

x(Wh) (2.6)

Qt =E/månad

∆T20−ute × x(W/K) (2.7)

Modifierat värmebehov = h× ∆T20−ute ×Qt (Wh) (2.8)

2.2 Dimensionering & Ekonomisk kalkyl

För att uppskatta vilka möjligheter vid värmeåtervinning finns har observationer vid plats samtintervju med personal använts. Denna information har stått som grund vid konceptgenerering

11

2.2. DIMENSIONERING & EKONOMISK KALKYL KAPITEL 2. METODIK

samt urval av mindre rimliga koncept. Konceptskissen kommer att visa ett referens alternativ sombeskriver systemet idag och ett förslag som dimensioneras för tre fall. Vilka komponenter sombehövs tas upp mer i detalj i form av tabell.

Konstruktionen får inte störa fabrikens huvudsyfte. Därav ett koncept tagits fram med vär-meåtervinningsbatteri samt värmepump. Då rapporten har begränsat med tid beräknas inte denoptimala storleken på värmeåtervinningsbatteriet (VÅV-batteriet) utan fås från leverantören ochska klara av att leverera effekten till värmepumpen. Projektets kostnad uppskattas genom enkomponentlista. Priser på värmepump samt VÅV-batteri tagits från Kylma, och priser för andrakomponenter har tagits från sektionsfakta VVS 13/14 av Wikells (2013). Utefter det har i diskussionmed ÅF tagits fram priser för själva projektet, vilka påslag som brukar göras. Hur mycket ettprojekt kostar varierar. Det beror lite på hur mycket företagen har att göra. Det går alltså att fåannat pris om man lämnar kostnadsförslag en annan tid (Rinnström 2014). Dimensionering avvärmepumpen görs normalt inte efter största effektbehovet då pumpen skulle bli onödigt stor samtfå korta drifttider större delen av året, vilket ger högre slitage. Dimensioneringen av systemet skergenom att studera effektbehovet via figur A.8 för byggnadskomplexet och beräkna effekten efter entäckning på 70% till 90% av värmebehovet under ett år för tre fall. Där efter en skiss genereras avvilka komponenter som behövs samt en kostnadsuppskattning där priser tas från Wikells (2013) ochstår som grund som anskaffningskostnad. Återbetalningstiden bestämmer vilken dimensioneringsom är mest lämplig.

Det finns en mängd olika metoder för att se om ett projekt är lönsamt eller inte. Årskostnads-metoden, där den årliga vinsten räknas ut genom årlig vinst = årlig intäkt - årlig kapitalkostnad- driftkostnad, nuvärdesmetoden, där man beräknar värdet av en intäkt eller utgift som är åter-kommande under en bestämd tid. Eftersom det är omöjligt att förutspå räntor och elpriser haren enklare metod använts, nämligen payoff-metoden. Payoff-metoden eller som den också kallasåterbetalningsmetoden används för att beräkna hur lång tid det tar att få tillbaka de pengar somhar investerats (Wizelius 2007). Detta beräknas enligt formel (2.9) där anskaffningskostnad är helakostnaden för projektet och energikostnadsbesparing är den sänkta energikostnaden per år.

Återbetalningstid =Anskaffningskostnad (kr)

energikostnads besparing (kr/år)(år) (2.9)

För att kunna ta reda på driftkostnader av cirkulationspumpar behövs deras elanvändning,reparationskostnader samt underhåll som byte av filter. Driftkostnaderna ses här enbart somelanvändningen då det är för tidskrävande att uppskatta deras reparationsbehov. Elanvändningenberor på vad för pumpar som används, vad tryckfallet och flödet är. Val av pumpar fås genomatt beräkna tryckfallet i meter vattenpelare och det flöde som råder i fall 2. Elanvändningenräknas sedan om med hjälp av affinitetslagarna till fall 1 och fall 3 genom ekvationen (2.10).Flödesberäkningar fås genom en omskrivning av ekvationen (2.5) för samtliga fall.

P1

P2=V̇ 31

V̇ 32

(2.10)

Kostnadsbesparing för energin beräknas genom kostnadsdifferensen mellan referenssystemet(nuvarande system) samt de olika fallen. Kostnaden beräknas genom summan av köpt värme ochköpt el. Företaget betalar genomsnitt 0,5 kr/kWh för värme och 0,5 kr/kWh för el.

VÅV-batteri (värmeåtervinningsbatteri) gavs för fall 2 men inte för fall 3 eller fall 1. Däruppskattades kostnaden genom att beräkna fram hur många VÅV-batterier fall 3 behövde ochvälja närmsta heltal över. För fall 1 gjordes ingen beräkning då det inte går att välja ett halvtVÅV-batteri och här användes samma som i fall 2. Holman (2010) beskriver effektöverföringen fören värmeväxlare mellan 2 fluider enligt ekvation (2.11). Samt att temperaturförhållanden skiljer sig

12

KAPITEL 2. METODIK 2.3. MILJÖNYTTA

åt enligt figuren 2.2. För att beräkna temperaturens drivkraft för värmeöverföringen behövs detlogaritmiska genomsnittet av temperaturskillnaden mellan den varma och kalla strömmen vid varjeände av värmeväxlaren. Denna beräknas enligt ekvation (2.12)

Tv1

Tv2

Tk1

Tk2

T

A

Figur 2.2: Illustrerar temperaturen igenom en värmeväxlare med flöden som går motströms.

Q = U ×A× ∆TL (W ) (2.11)

∆TL =∆T1 − ∆T2

ln∆T2∆T1

(K) (2.12)

2.3 Miljönytta

För miljöbedömning ska man undersöka var energin kommer ifrån, det vill säga hur mycket av elenkommer ifrån kolkraftverk, vattenkraftverk och så vidare. Hur genererar de värme idag och vadär el-mixen? Istället för att studera värmebehandlingens el-mix samt värmemix har deras egnaCO2-utsläpps värden används. Denna varierar beroende på varifrån de köper in elen. Trovärdighetenhar inte kunnat utredas då dokumentationer över hur de räknat inte varit tillgängliga. Däremot harden nordiska elmixens CO2-utsläpp studerats för att ha något att referera till. Detta beräknadesenligt ekvation (2.13). Eftersom alla människor inte kan på ett enkelt sätt uppskatta hur mycketett kg eller ett ton CO2 är, visas även utsläppen i relation med hur många maxmålsburgare frånhamburgerrestaurangen Max, hur många flygresor tur och retur från Stockholm till New York dukan göra samt vad är denna CO2-besparingen värd i kr och beräknas enligt ekvation (2.14). Förberäkningarna angående hamburgarna har Max egna LCA studie för maxmålsburgare användsMax (2012). Denna LCA räknar med alla transporter det krävs från att plöja åkern när man sårgräset till korna till den energin det krävs för tillredning av maten, det vill säga från vagga till mun.Anledningen till Maxmålsburgare har valts är för att Max hamburgerrestaurang har en lättillgängligLCA där utsläpp kring deras hamburgare presenteras. För beräkningarna angående flygresor harCarbon Emission Calculator används (ICAO 2011) vars Sveriges transportstyrelse hänvisade till.Denna beräkning är gjord på enbart bränsleförbrukningen per person för resan med ett fullbesatt

13

2.3. MILJÖNYTTA KAPITEL 2. METODIK

flygplan i business klass. Naturvårdsverkets priser för utsläppsrätter används då inga alternativfanns tillgängliga (Naturskyddsforeningen 2014).

tonCO2= ∆E × CMWh (2.13)

Antalresor = tonCO2× CCO2

(2.14)

Kr = tonCO2 × CCO2 (2.15)

Där CO2 = Utsläpp i ton(ton)

∆E = Skillnaden i energi mellan referensalternativet och fallen.(MWh)

CMWh = Faktorn från CO2 per MWh för energibäraren.(ton/MWh)

CCO2 = Omräkningsfaktorn från CO2 till antal.(x/tonCO2)

14

Kapitel 3

Resultat fallstudie

Detta kapitel presenterar resultaten av empiriska data som samlats in från en värmeverkstad somligger i Gävleborgstrakterna, Sverige. En fallstudie har utförts för att samla in data för flöden avolika fluider och temperaturer. Uppgifterna har samlats in för att beräkna den teoretiska tillgångenpå lågtempererad spillvärme samt för en ekonomisk kalkyl av värmeåtervinningssystem.

Data kommer att presenteras och beräknas enligt energibalansprincipen ekvation (2.2) där olikavärmeförluster är lika som tillförd värme. De olika enheternas energiflöde presenteras var för sig.Mycket av beräkningarna är temperaturberoende vilket ger att de kan variera beroende på vilkentid under året. Därför presenteras data oftast i form av diagram med energimängd per månad. Förmer detaljerade uträkningar hänvisas till respektive bilagor.



Den första som presenteras är värmetillskott och enligt metoddelen är värmetillskottet summanav intern värmegenerering (Pi), Solinstrålning (Ps) samt köpt värme (Pw). Då de inte köper innågon värme till värmebehandlingen och de få fönster de har ligger mot norr räknas de som noll.Kvar är bara den interna värmegenereringen (Pi). Det energislag som används är primärt el därelen går till olika ugnar, eftersom värme är den faktiska produkten av ugnar kan det därför ansesatt all el övergår till värme. Figuren 3.1 nedan visar elanvändningen i MWh per månad under år2013 och år 2011. Elanvändningen är relativt jämn under året, det som avviker är framför alltbotten under december år 2013. Detta är på grund av ett temporärt driftstopp, det är oklart omhur ofta dessa driftstopp uppstår. Då båda åren har någon form av botten under juli kan det sessom anmärkningsvärt men botten är mer planerad i form av semester.

15

3.1. ENERGIKARTLÄGGNING KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE

jul aug sep okt nov dec

Transmissionsförluster

MWh

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec

MWh Elanvändning

År 2013

År 2011

Figur 3.1: Avdelningens elanvändning under ett år fördelat per månad.


Temperaturen varierar under året och som metod delen beskrev har en värmeförlustfaktor (Qt)beräknats fram enligt ekvation (2.2) på sidan 9 för byggnadskonstruktionen. Mer detaljrik beräkninghänvisas till A.3 i bilagan på sidan 36. Värmeförlustfaktorn för konstruktionen blir Qt7033W/K.Figuren 3.2 visar hur stor mängd energi som transporteras via transmission i klimatskalet per månad.Transmissionen är starkt relaterad till den temperaturdifferens då den största transmissionen ärunder de kallare månaderna januari, februari och december.

0

30

60

90

120

150

180


MWh Transmissionsförluster

MWh

Figur 3.2: Transmissionsförlusten under ett år fördelat per månad.

16

KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE 3.1. ENERGIKARTLÄGGNING

3.1.3 Kylsystem

Fabriken har tre kylsystem ett som kyler med hjälp av en olja, en som kyler med vatten från en sjöoch en som kyler med luft. Kylsystemen fungerar någorlunda lika och har en och samma effektunder hela året. Anledningen till att effekten är oberoende av temperaturvarieringen under åretför kylvattensystemet samt oljesystemet ar att flödena ändras. När det gäller fläkttrumman tarde ut stålet tidigare under vintertid, däremot går fläktarna fortfarande. Tabellen 3.1 nedan visareffekten samt fluidegenskaperna för de tre kylsystemen. Temperaturdifferensen för oljan är baseradpå en uppskattad medeltemperatur från figur A.5 i bilagan, kylvattnet använder det projekteradevärdet och temperatur för fläkttrumman uppskattas från figur i bilagan. Flödesberäkningar förfläkttrumman kan hänvisas till tabell A.5 i bilagan på sidan 37.

Tabell 3.1: Effektuträkningar för respektive kylsystem.

Enhet Q (kW) ρ(kg/m3) V̇ (m3/s) Cp(kJ/kgK) ∆T (K)Oljan 49 885 0,003955 2 7Kylvatten 8,9 1000 0,0003 4,18 7Fläkttrumma 273,0 1,2 20,68 1 11

3.1.4 Värmebehov

Då det råder övertemperatur i byggnadsdelen är det olämpligt att återvinna värmen direkt meden värmeväxlare. Istället har det valts att undersöka om det går att använda spillvärmen föruppvärmning av ett större område enligt figur 1.2. Då det fanns en värmemängdsmätare (VMM) hardet valts att studera värden för värmebehovet under ett år. Eftersom det är mätvärden för tillsattvärme från värmesystemet Pw kommer all annan värme från solinstrålning, intern värmegenereringinte behövas räknas fram. Dock måste det tas till hänsyn att ventilationen finns med. Det totalaenergibehovet som behöver tillgodoses är 5671 MWh/år. Energibehovet tillsammans med tillgångspillvärme visas fördelat på månader i figur 3.3. Då mätvärdena inte var kompletta har en korrelationanvänts som beskrivits mer i detalj i tabell A.7 bilagan på sidan 39.

Användbar spillvärme

Eftersom temperaturen varierar under året och därmed värmebehovet. Som Ammar et al. (2013)påpekade krävs det tre kriterier för återvinning av spillvärme där den sista är det måste finnas ettbehov av den värmen man vill återvinna. En sammanställning av vad energin tar vägen visas i tabell3.2 och nettoenergin kontra värmebehovet fördelat per månad visas i figur 3.3. Den användbaraspillvärmen är då begränsad av värmebehovet och den maximala energiåtervinningen blir då5081MWh.

Tabell 3.2: visar en sammanställning över hur mycket energi i GWh alla sektionenr drar.

Transmission Kylvatten Olja Fläkttrumma Elanvändning NettoGWh 1 0,07 0,16 2 13 9

17

3.2. DIMENSIONERING & EKONOMISK KALKYL KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE

0

200

400

600

800

1000

1200


MWh Tillgång spillvärme

värmebehov

Spillvärme

Figur 3.3: Visar tillgänglig spillvärme kontra värmebehov


Ett koncept har tagits fram enligt figur 3.5 och testats i tre olika fall med olika effekter påvärmepumpen samt passande värmeåtervinningsbatteri. Detta jämförs med referenssystemet 3.4.Systemet är presenterat så att byggnader som är sammankopplade med värmecentralen är inom detfält med den prickade linjen med undantag av värmebehandlingen som inte har ett värmesystem.Effekter som valts är 700kW, 750kW samt 800kW.

Figur 3.4: Konceptsskiss över befintligt värmesystem.

1. Framledning, värme i form av ånga

2. Befintlig värmeväxlare

18

KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE 3.2. DIMENSIONERING & EKONOMISK KALKYL

3. Returledning, okänd blandning mellan ånga och vatten.

Figur 3.5: Konceptskiss över utbyggt värmesystem.

1. Framledning, värme i form av ånga.

2. Befintlig värmeväxlare.

3. Returledning, okänd blandning mellan ånga och vatten.

4. Värmeåtervinningsbatteri, överför värmen från luften till en fluid som sedan transporteras tillvärmecentralen.

5. Värmepump för att höja temperaturen till 60◦C.

6. Ny värmeväxlare som ansluts vid returen av befintligt värmesystem.

I diskussion med Kylma ändrades de tre fallen till 635kW, 736kW samt 865kW då inga andralämpliga värmepumpar fanns. Dem ger här en täckningsgrad efter det ej modifierade värmebehovetenligt figur A.8 i bilagan på sidan 40 på 78% för fall 1, 81% för fall 2 och för 86% för fall 3.Undersöker man däremot de modifierade värmebehovet blev täckningsgraden istället 66%, 72%och 80%. Differensen kommer ifrån att värden från de kallare perioderna januari, februari samtdecember inte var kompletta eller saknades helt. För resterande värmebehov kan värmas med hjälpav det befintliga system. Figuren 3.6 nedan visar den energi som återvinns ur avluften vid takluckanför de tre fallen fördelat per månad. Värmepumpens COP ligger på 3,18, det vill säga 2,18 delarkommer ifrån den återvunna värmen ur luften och 1 del kommer ifrån själva elanvändningen frånvärmepumpen. Hur mycket värme varje pump klarar av att ge visas i figur 3.7. Summan av denenergi värmepumpen återvinner samt täcker visas i tabell 3.3 längre ned.

19

3.2. DIMENSIONERING & EKONOMISK KALKYL KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE

0

200

400

600

800

1000

1200


MWh Värmeåtervinning

värmebehov

Spillvärme

Fall 1

Fall 2

Fall 3

Figur 3.6: Visar den energin som återvinns ur avluften vid takluckan.

0

200

400

600

800

1000

1200


MWh Täckning

värmebehov

Spillvärme

Fall 1

Fall 2

Fall 3

Figur 3.7: Visar den energin som värmepumpen klarar av att ge fördelad per månad.

För att få ett värmeåtervinningssystem med ett VÅV-batteri samt värmepump att fungerabehövs pumpar på vardera sida om värmepumpen för att pumpa runt vattnet, en värmeväxlareför att överföra värmeenergin till sekundärsidan. Det behövs rördragning från värmeväxlaren ivärmecentralen till själva VÅV-batteriet, fästningsanordning eller stöd för rören och takarbeten iform av att borra hål. Det kan vara bra att ha en värmemängdsmätare och ett styr och reglagesystemså arbetet för återvinningen följer värmebehovet. Samt fläktar och spjäll (Rinnström 2014).

En kostnadsbedömning i detta skede baserat på denna lösning är ca 5,4 mnkr för fall 1 och2 till 5,9 mnkr för fall 3. Detta ger en payoff-tid enligt tabell 3.4 på 4,48 år för fall 1 4,12 år förfall 2 och 4,25 år för fall 3. Priserna är hämtade från wikells sektionfakta och är riktmärken för

20

KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE 3.3. MILJÖNYTTA

kostnadskalkyler. Data för respektive fall presenteras mer i detalj i tabell A.11 under bilaga AMed företagets egna värden för energipriser på 50 öre/kWh för både värme och el beräknas

fallens lönsamhet. Referens är vad som råder idag och står som grund i jämförelse. Alla värdeni tabellen avses för en period under ett år. Där återvunnen spillvärme är den energi som fallenåtervinner under ett år, köpt el är den elenergin värmepumpen kräver, köpt värme är den energisom värmepumpen inte klarat av att leverera och måste köpas in via befintligt system. El förpump avser den elenergi som pumparna kräver för att pumpa runt vattnet mellan VÅV-batteriet,värmepumpen och värmeväxlaren. Uppskattning av pumparnas elanvändning beskrivs mer i detalj itabell A.9 i bilagan på sidan 41.

Tabell 3.3: visar resultatkalkyl över systemen.

Fall 1 Fall 2 Fall 3 ReferensEffekt ut 645 736 865 - kWÅtervunnen spillvärme 2530 2818 3129 - MWhKöpt el 1161 1293 1442 - MWhKöpt värme 1980 1561 1100 5671 MWhEl för pump 142 210 341 MWhKostnad uppvärming 1641 1532 1442 2836 tkrBesparing 1194 1304 1394 tkrTäckning 3717 4081 4549 - MWhTäckningsgrad 66% 72% 80%

Tabell 3.4: visar payoff-tiden för de tre fallen.

Fall 1 Fall 2 Fall 3Besparing 1194 1304 1394 tkrKostnad 5353 5377 5929 tkrPayoff-tid 4,48 4,12 4,25 år

3.3 Miljönytta

Som introduktionen nämnde är CO2utsläpp en stor fråga i dagens läge. Förslagen bidrar till enreducering av CO2utsläpp på 684ton, 747ton samt 798ton för fall 1, fall 2, samt fall 3. Alla kanskeinte har en bra uppfattning om hur mycket ett ton CO2 är, därför visas i tabell 3.5 CO2utsläppen irelation med bland annat antal flygresor mellan Sthlm till NY, vad utsläppen motsvarar i antal tusenhamburgare samt hur mycket utsläppsrätterna motsvarar i tusen kronor. Dessa är inte inräknade ipayoff-tiden. Emissionsfaktorerna som används är 191g/kWh och är värmebehandlingens egna. Dennordiska elmixen ligger på 125,5g/kWh enligt Martinsson et al. (2012). Värdet är ett medeltal från2005 till 2009 där det lägsta ligger på 101g/kWh och högsta på 153g/kWh. Emissionsfaktorn frånvärmebehandlingen är ett tal från 2013.

Tabell 3.5: Visar minskade CO2 utsläpp i förhållande till hamburgare, antal flygningar och itusen kronor för varje fall.

Fall 1 Fall 2 Fall 3 ReferensCO2 utsläpp 949 887 836 1633 ton CO2

Besparing CO2 684 747 798 0 ton CO2

Flyg Sthlm- NY 676 738 789 0 antal resorMaxburgare 402 439 469 0 antal tusenUtsläpsrätter 103 112 120 0 tkr

21

3.3. MILJÖNYTTA KAPITEL 3. RESULTAT FALLSTUDIE

22

Kapitel 4

Diskussion



Enligt Warfvinge och Dahlblom (2010) var tillförd värme summan av värmen ifrån värmesystemet,solinstrålningen samt intern värmegenerering, det vill säga den värme som genereras när vi användernågon elektronik eller annan utrustning. I detta fall fanns inget värmesystem till byggnaden såPW = 0 samt har byggnaden väldigt få fönster som dessutom är riktade mot norr och därmednegligerats. Även om jag har fel så är felet åt rätt håll, skulle solinstrålningen vara en betydandedel blir värmetillförseln större därav mer värme går igenom luckan i taket och mer energi kanåtervinnas. Annars är den interna värmegenereringen så pass stor och solinstrålningen är liten påvinterhalvåret så resultatet borde inte påverkas.


Värmen som transporteras ut genom väggarna har en större osäkerhet, enligt ekvationen bestodtransmissionen av värmemotståndet samt eventuella köldbryggor i detta arbete beräknades U-värdetutan hänsyn till köldbryggor. En möjlig utredning ar att använda en IR-kamera för att se eventuellatemperaturskillnader. Annars visade figur 3.2 som förutspått att transmissionsförlusterna följerskillnaden mellan inne och utetemperaturen.

4.1.3 Kylsystem

Denna sektion handlar om de tre kylsystemen, kylning med olja, kylvatten samt fläkttrumman. Somnämndes under metodiken hade det varit bättre om jag haft möjlighet att direkt mäta temperatursamt flöden på fluiderna. Då hade resultatet blivit närmare det faktiska talet. Jag tycker det ärsvårt att uppskatta hur nära resultaten är då jag inte har någon referens.

De kylsystem som jag faktiskt mätte flödet på (fläkttrumman) har en osäkerhet på hur ofta dekylsystemen körs. Den medeltemperaturen jag räknade på är bara samplade under en dag och attdet hade blivit mer rättvist om jag hade samplat temperaturen under en längre tid som en månad.Jag tror inte att det skulle gå att komma mycket närmare om jag även hade samplat flödet dåfläktarna enbart kunde vara på eller av.

När det gäller oljan finns det en osäkerhet om kylaren verkligen bara kyler ner oljan till 120◦Ceftersom temperaturgivaren var på själva tanken. Här hade det varit bättre om jag kunnat ta redapå själva värmeöverföringsarean på värmeväxlaren och direkt fått ut ett värde för den effekt somgår ut med hjälp av reglerna för oljan 1W/cm2. Då värmeväxlaren är relativt gammal fanns inte

23

4.2. DIMENSIONERING & EKONOMISK KALKYL KAPITEL 4. DISKUSSION

någon sådan information i dokumentationen. För uppskattningen av flödet fanns det inget annatatt gå på än att vikten olja per timme ska motsvara vikten av godset i ugnarna med en faktor av7:1. Eftersom oljan inte har behövt bytas antog jag att kraven infrias. Tyvärr kunde inte företagetsom gör oljan tala om vad som skulle hända om de misshandlade oljan mer än att pumpen tarstryk. Även den har fungerat sedan år 1975 dock har de bytt filter så något kan det vara. En annanpoäng är att effekten för oljekylsystemet är väldigt litet i jämförelse mot de andra och kommerdärmed inte slå så hårt mot slutresultatet.

Då kylvattnet använder sig enbart av en varnare som varnar när vattnet är för varmt och integer någon temperatur. Det enda jag kunde göra var att gå på de projekterade värdena. Även härligger energin som förs bort med kylvattnet mycket lågt 0,07 GWh i jämförelse med allt de andraca 4GWh.

4.1.4 Värmebehov

Det bästa hade ju självklart varit om mätvärdena hade varit kompletta för hela året. Samtidigt haringen information om hur säker VMM är. Det finns inte heller några fakturor att förlita sig på dåkostnaden av värmebehovet är ett viktat tal som grundar sig i det totala uppvärmningsbehovet förhela området per kvadratmeter och värmebehandlingens yta.

Den teoretiska beräkningen av värmebehovet har några svagheter. På sommaren täcks detmesta av uppvärmningsbehovet av den interna värmegenereringen. Som sågs i figur A.6 varvärmebehovskurvan brantare än temperaturkurvan. Det kan ha som förklaring att Ps, Pw och Pi

är det egentliga värmetillskottet. Pw står bara för behovet av den köpta värmen. Kanske hade jagkunnat göra en tredje beräkning där jag uppskattade den interna värmegenereringen för området. Detfinns även osäkerheter angående områdets värmekälla, det vill säga värmeförlusten för transportenav ånga från huvudvärmecentralen till områdets värmecentral.

Jag har inte gått in på ångan i det här arbetet, däremot tror jag att mycket besparingsåtgärderfinns att göra där. Angående beräkningarna så ser det ut på figurerna A.6 och A.7 att det verkligabehovet av köpt värme finns i närheten där. Däremot har jag tagit ett år av uppvärmning och ettmedel på tre år för temperaturen. Det hade varit bättre om jag hade beräknat på temperaturen förjust det året mätvärdena var gjorda. Dock så fanns det inte sådana värden för denna plats och tid.


För konceptet fanns inte mycket mer jag kunde göra. Då jag tycker det inte är lämpligt att utvärderaalternativ som skulle påverka produktionen negativt. Därmed ändra återvinningssystem skullekunna vara vid utflödena. Det vill säga fläkttrumman, oljan, kylvattnet inne i värmebehandlingen.Då temperaturen vid fläkttrumman max kom upp till 60◦C och enbart under en mycket kort tid blirdet olämpligt med en värmeväxlare eftersom luften skulle kyla resterande del. Kylningen med oljanskulle kunna kopplas med en värmeväxlare till de rör byggs efter i förslagen, däremot är kylningmed oljan inte igång hela tiden och skulle leda till temperaturskillnader på den varma strömmentill värmepumpen.

Kylvattnet har så låg effekt samt temperatur och kostnad för att enbart installera en VMMligger på 100tkr. Det här ledde till att återbetalningstiden skulle bli väldigt lång och besparingenliten. Kvar var då återvinningssystem med värmepump samt kylbatteri. Uppskattning av projektetskostnad är svår att säga något om då arbeten och komponenter kostar vad de kostar. Extrafläktarnakanske är onödiga ur återvinningssynpunkt men människor ska faktiskt kunna jobba där också ochdärmed tycker jag de är nödvändiga.

Priset angående VÅV-batteri i fall 3 har lite större osäkerhet, det är möjligt att det finns ett

24

KAPITEL 4. DISKUSSION 4.3. MILJÖNYTTA

billigare alternativ om VÅV-batteriet skulle vara högre istället för djupare och längre. Kanske finnsdet ett alternativ som leder till att ombyggnation av taket inte är nödvändig. Det här skulle möjligenleda till att fall 3 skulle bli bättre. För fall 1 finns det antagligen billigare varianter men då självaarbetet med att få den på plats ligger runt 50tkr kommer den inte under 4,12 år i återbetalningstid.En annan sak är att i samtliga fall kan behövas ett extra hål i taket för att klara ventilationsbehovetunder sommaren.

Då elanvändningen för pumparna som driver runt vattnet mellan värmeväxlaren, värmepumpenoch VÅV-batteriet är baserade på val av pump för fall 2 sedan omräknat till de andra fallen utanatt ta hänsyn till tryckförlusterna för rören ändras mellan fallen kan det finnas viss osäkerhet menextra driftkostnad för fall 3 och lägre driftkostnad för fall 1.

Då jag arbetar med vatten som är en inkompressibel fluid och densiteten inte ändras särskiltmycket antog jag att förutsättningarna för att använda affinitetslagarna är giltiga. Affinitetslagarnaanvändes för att spara tid då jag endast behövde uppskatta tryckfallet för ett fall sedan välja sammapump fast vid ett annat varvtal eller flöde. Hade jag haft mer tid hade jag kunnat göra en djuparestudie där jag kunde beräkna tryckfallet mer noga och valt pump för de enskilda fallen.

4.3 Miljönytta

Det uppgifter jag fick angående utsläpp av CO2 per kWh ändras beroende på varifrån de köper insin el och vad för bränslen de använder. Enligt värmebehandlingen är deras CO2-utsläpp 191g/kWh.Vilket är högt jämfört med den nordiska el-mixen som ligger på 125,5g/kWh. Då värmebehandlingensemissionsfaktor är nyare skulle det vara mer rättvist att jämföra värdena för en rimlighetsbedömning.Ett intervall på 125g/kWh plus minus 25kWh ligger ändå rätt nära. Det kan finnas andra orsakertill värmebehandlings något högre emissionsfaktor men det är inte studerat här. Annars är enminskning av CO2utsläpp på 684ton till 800ton ungefär en halvering från referensalternativet rättbra.

När det gäller omvandlingarna anser jag att resultatet är något missvisande speciellt vadutsläppen motsvarar i pengar då inga grafer över hur priset för utsläppsrätter varierat varittillgängliga. Utsläppen i relation med hamburgare är nog den bästa jämförelsen sett till LCA, docksvår att uppskatta. Den bästa jämförelsen för att få en konkret bild anser jag är vad utsläppen är irelation med antal flygresor, då det är allmänt känt att flygresor släpper ut stora mängder CO2.

25

4.3. MILJÖNYTTA KAPITEL 4. DISKUSSION

26

Kapitel 5

Slutsats

Projektet sparar 2,5GWh till 3,1GWh beroende på vilket fall. Kostnadsuppskattningen uppgårtill 5,4Mkr för fall 1 och 2 samt 5,9Mkr för fall 3. Projektet sänker uppvärmningskostnaden med1,2Mkr till 1,4Mkr vilket ger en payoff-tid på 4,48 år för fall 1, 4,12 år för fall 2 och 4,25 för fall 3.Därmed är fall 2 mest lönsam ur ekonomiskt perspektiv.

Vad det gäller miljövinsten ger fall 2 ett minskat CO2utsläpp på 747 ton CO2 vilket motsvarar738 flygresor från Stockholm till New York tur och retur.

27

KAPITEL 5. SLUTSATS

28

Kapitel 6

Att forska vidare på

Ett område som är av intresse att studera vidare på är deras närvärmesystem för hela området.Idag använder de ånga för uppvärmning av lokaler samt vad jag hört är att ångan produceras avel. Ångan har dock andra användningsområden som jag inte vet om. En till sak är att när ångankondenseras verkar som den inte används till något och släpps ut i avloppet.

29

KAPITEL 6. ATT FORSKA VIDARE PÅ

30

Referenser

Ammar, Y., S. Joyce, R. Norman, Y. Wang och A.P. Roskilly (2012). “Low grade thermal energysources and uses from the process industry in the {UK}”. Applied Energy 89 (1). Special issueon Thermal Energy Management in the Process Industries, s. 3 –20. issn: 0306-2619. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.06.003. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261911003734.

Ammar, Y., Y. Chen, S. Joyce, Y. Wang, A.P. Roskilly och D. Swailes (2013). “Evaluation oflow grade heat transport in the process industry using absorption processes”. Applied ThermalEngineering 53 (2). Includes Special Issue: PRO-TEM Special Issue, s. 217 –225. issn: 1359-4311. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.04.056. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431112002992.

Bindoff, N. L., P. Stott, K. AchutaRao, M. Allen, N. Gillett, D. Gutzler, K. Hansingo, G. Hegerl,Y. Hu, S. Jain, I. Mokhov, J. Overland, J. Perlwitz, R. Sebbari och X. Zhang (2013). Detectionand Attribution of Climate Change: from Global to Regional. Cambridge University Press, s. 867–952.

Cui, W., G. Cao, J.H. Park, Q. Ouyang och Y. Zhu (2013). “Influence of indoor air temperatureon human thermal comfort, motivation and performance”. Building and Environment 68 (0),s. 114 –122. issn: 0360-1323. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.06.012.url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S036013231300190X.

Dongellini, M., C. Marinosci och G. L. Morini (2014). “Energy Audit of an Industrial Site: A CaseStudy”. Energy Procedia 45 (0). {ATI} 2013 - 68th Conference of the Italian Thermal MachinesEngineering Association, s. 424 –433. issn: 1876-6102. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.046. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610214000472.

Energimyndigheten (2013). “Energiläget 2013”. url: https://energimyndigheten.a-w2m.se/Home.mvc?ResourceId=2735.

Fracastoro, G.V. och M. Serraino (2010). “Energy analyses of buildings equipped with exhaustair heat pumps (EAHP)”. Energy and Buildings 42 (8), s. 1283 –1289. issn: 0378-7788. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.02.021. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778810000630.

Holman, J. (2010). Heat Transfer. 10th. Boston, MASS. McGraw-Hill.

Holmgren, K och J. Sjödin (2008). Styrmedel för industriell spillvärme, en förstudie. Energimyndig-heten.

ICAO (2011). Carbon Emissions Calculator. url: http://www.icao.int/environmental-protection/CarbonOffset/Pages/default.aspx.

31

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.06.003

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261911003734


http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.04.056



http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.06.012

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S036013231300190X

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.046

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.046



https://energimyndigheten.a-w2m.se/Home.mvc?ResourceId=2735

https://energimyndigheten.a-w2m.se/Home.mvc?ResourceId=2735

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.02.021



http://www.icao.int/environmental-protection/CarbonOffset/Pages/default.aspx

http://www.icao.int/environmental-protection/CarbonOffset/Pages/default.aspx

REFERENSER REFERENSER

Lan, L., P. Wargocki och Z. Lian (2011). “Quantitative measurement of productivity loss dueto thermal discomfort”. Energy and Buildings 43 (5). Tackling building energy consumptionchallenges - Special Issue of {ISHVAC} 2009, Nanjing, China, s. 1057 –1062. issn: 0378-7788. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.09.001. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778810003117.

Law, R., A. Harvey och D. Reay (2013). “Opportunities for low-grade heat recovery in the {UK}food processing industry”. Applied Thermal Engineering 53 (2). Includes Special Issue: PRO-TEM Special Issue, s. 188 –196. issn: 1359-4311. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.03.024. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S13-59431112002086.

Lindberg, G. (2011). MARQUENCH 729. Tekn. rapport.

Mardiana-Idayu, A. och S. Riffat (2012). “Review on heat recovery technologies for buildingapplications”. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16 (2), s. 1241 –1255. issn: 1364-0321.doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2011.09.026. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211100476X.

Martinsson, F., J. Gode, J. Arnell och J. Höglund (2012). Emissionsfaktor av nordisk elmix.B1218. hämtad: 2014-04-05. Svenska miljöinstitutet. url: http://www.ivl.se/download/18.372c2b801403903d2751cbb/1377869576146/B2118.pdf.

Max (2012). url: http://www.max.se/Global/Download%20Files/klimatbokslut-f%C3%B6r_2012.pdf.

McKenney, D.W., S. Pelland, Y. Poissant, R. Morris, M. Hutchinson, P. Papadopol, K. Lawrence ochK. Campbell (2008). “Spatial insolation models for photovoltaic energy in Canada”. Solar Energy82 (11), s. 1049 –1061. issn: 0038-092X. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2008.04.008. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X08000996.

Naturskyddsforeningen (2014). hämtat 20140528. url: http://www.naturskyddsforeningen.se/vad-du-kan-gora/butiken/kop-utslappsratter.

Rinnström, A. (1998). Temperarutmätning avluft. temperaturdata. ÅF.

— (2013). Temperarutmätning panna. effektdata. ÅF.

— (2014). Disskusion om kostnadsbedömning. muntligt. ÅF.

Sakellari, D. och P. Lundqvist (2005). “Modelling and simulation results for a domestic exhaust-air heat pump heating system”. International Journal of Refrigeration 28 (7), s. 1048 –1056.issn: 0140-7007. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2005.03.007. url:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140700705000629.

Saner, D., R. Juraske, M. Kübert, P. Blum, S. Hellweg och P. Bayer (2010). “Is it only CO2 thatmatters? A life cycle perspective on shallow geothermal systems”. Renewable and SustainableEnergy Reviews 14 (7), s. 1798 –1813. issn: 1364-0321. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2010.04.002. url: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032110001061.

SBN (1967). Föreskrifter, råd och anvisningar till byggnadsstadgan. Statens planverk. url: http://www.boverket.se/Global/Bygga_o_forvalta/Dokument/Bygg-och-konstruktionsregler/

aldre-byggregler/SBN-1967.pdf.

32

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.09.001





http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S13-59431112002086

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S13-59431112002086

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2011.09.026



http://www.ivl.se/download/18.372c2b801403903d2751cbb/1377869576146/B2118.pdf

http://www.ivl.se/download/18.372c2b801403903d2751cbb/1377869576146/B2118.pdf

http://www.max.se/Global/Download%20Files/klimatbokslut-f%C3%B6r_2012.pdf

http://www.max.se/Global/Download%20Files/klimatbokslut-f%C3%B6r_2012.pdf

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2008.04.008

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2008.04.008

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X08000996

http://www.naturskyddsforeningen.se/vad-du-kan-gora/butiken/kop-utslappsratter

http://www.naturskyddsforeningen.se/vad-du-kan-gora/butiken/kop-utslappsratter

http://dx.doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2005.03.007






http://www.boverket.se/Global/Bygga_o_forvalta/Dokument/Bygg-och-konstruktionsregler/aldre-byggregler/SBN-1967.pdf




SMHI (2014). Temperaturdata Gävle A. 107420. hämtad: 2014-04-05, 1995-2014. url: http://opendata-download-metobs.smhi.se/explore/#.

Warfvinge, C. och M. Dahlblom (2010). Projektering av VVS-installationer. Studentlitteratur,Lund.

Wikells (2013). sektionsfakta VVS 13/14. Elander.

Wilo (2014). Online catalogue Värme, klimat och kyla. hämtad: 2014-05-02. url: http : / /

productfinder.wilo.com/se/SE/start.

Wizelius, T. (2007). Vindkraft i teori och praktik. Studentlitteratur, Lund. isbn: 978-91-44-02660.

33

http://opendata-download-metobs.smhi.se/explore/#

http://opendata-download-metobs.smhi.se/explore/#

http://productfinder.wilo.com/se/SE/start

http://productfinder.wilo.com/se/SE/start


34

Bilaga A

Data

A.1 Area

De skissade ritningarna visar det område som arean räknades fram för. Observera att det är rum 2som är själva värmebehandlingen och de andra är intilliggande rum. Arean räknades fram som omrum 1, 2 och 3 var ett och samma samtidigt som 4, 5 och 6 räknades som om de var utetemperatur.Detta är för att areaberäkningen skulle gå fortare och att felet går åt rätt håll, det vill sägatransmissionsförlusten blir större än vad den egentligen är. Skälet var att transmissionen är ca10% av den tillförda energin och kommer inte på så sätt att ha stor betydelse. Figur A.1 visarbyggnadsdelen ovanifrån medans figur A.2 visar byggnadsdelen från sidan.

32m

1.

6.5.4.

52m

2. 3.

25m 8m

Figur A.1: En illustrering av byggnaden ovanifrån.

35

A.1. AREA BILAGA A. DATA

1. 2. 3.

52m

6,7m

11,5m

18,7m

2.2.

30m

11,3m

18m

25m 8m

Figur A.2: En illustrering av byggnaden från sidan.

Den gamla enheten för värmegenomgångskoefficienten var enligt SBN (1967) kCal/m2hc ochden nya är W/m2K. 1 kCal/m2hc = 4184Joules. Därmed visas värdena enligt nya standarden ifiguren A.1 nedan. Dessa värden är minimikrav vid nybyggnation för fönster, golv, tak samt väggfrån SBN. Då mätvärden för U-värdesberäkning av vägg gjordes används de istället för minimikravenoch redovisas i tabell A.2.

Tabell A.1: Visar omvandling av värmegenomgångskoeficienten från gammal enhet till ny.

Konstruktion kCal/m2hc W/m2KFönster 2,7 3,1Vägg 0,7 0,8Tak 0,4 0,5Golv 0,35 0,4

Tabell A.2: Temperaturmätning för Uvärde

ute inneluft yta yta luft tot Uvärde3,5 4,5 17,4 18,8 15,3 0,7

Den totala värmeförlustfaktorn för transmission Qt beräknades enligt ekvation (2.2) på sidan9. Tabellen A.3 nedan visar areor för vägg, tak, fönster och golv. Dessa areor multipliceras medrespektive U-värde och sedan summeras.

Tabell A.3: Visar beräkningar för värmeförlustfaktorn.

vägg tak fönster golv SummaArea (m2) 5522 3198 21 3198 11939Uvärde (W/m2K) 0,70 0,50 3,10 0,47 0,59Värmeförlustfaktor (W/K) 3865 1599 65 1503 7033

36

BILAGA A. DATA A.2. TEMPERATUR

A.2 Temperatur

Temperaturerna som används för beräkning av transmissionsförluster i värmebehandlingen visas itabell A.4. Den dimensionerande temperaturen för uppvärmning av lokalerna för området är satttill 22◦C.

Tabell A.4: Medeltemperaturen samt temperaturdifferensen mellan inne och ute under ett årfördelat på månader i ◦C.

2011 2012 2013 Tmedel Tinne ∆Tjan -4,0 -3,4 -5,6 -4,3 27 31,3feb -7,5 -4,0 -2,8 -4,8 27 31,8mar -0,2 3,5 -4,9 -0,5 27 27,5apr 7,7 3,3 3,5 4,8 27 22,2maj 10,0 9,5 10,9 10,1 27 16,9jun 15,3 12,2 14,6 14,0 27 13,0jul 17,4 15,8 16,4 16,5 27 10,5aug 15,7 14,6 15,7 15,3 27 11,7sep 12,6 10,8 10,8 11,4 27 15,6okt 7,0 5,0 6,4 6,1 27 20,9nov 4,3 3,2 2,5 3,3 27 23,7dec 0,7 -6,1 1,7 -1,2 27 28,2

A.3 Kylsystem

Fläkttrumma

Numreringen i tabellen avser de positioner för mätning av lufthastigheten i cirkulära rör. Därnr 1 är i mitten, 2 och 3 är den vänstra och den nedersta medans 4 och 5 är övre samt högrapositionen. Medelvärdet av dessa är 16,2 m/s, diametern för röret är 1,25m. ∆T för luften fåsgenom sekundärdata där temperaturen är samplade under en dag. Figur A.4 visar vad temperaturenär under ett dygn med 15 minuters intervall. Medeltemperaturen för avluften är 22,6◦C medansför uteluften 11,0◦C, detta medför att ∆Tfläkt är 11,6 ◦C. Data på temperatur är från Rinnström(1998)

12

3

4

5

Figur A.3: Visar de punktersom mätningarna gjordes.

Tabell A.5: Visar värderna påmätningarna i m/s

1 2 3 4 516 15,3 16,1 15,3 16,3

15,5 17,6 15,3 16,7 17,815,3 18,3 15,8 17 16,314,2 17,3 15,8 17,2 16,614,7 14,7 15,5 16,6 15,714,8 15,3 14,2 16,2 14,718,2 15,5 16,3 17,1 14,515,3 16,8 17,4 16,8 15,514,7 17,5 18,1 16,5 16,215,6 17,7 16,5 16,1 15,9

37

A.3. KYLSYSTEM BILAGA A. DATA

0

10

20

30

40

50

60

70

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

°C

mätvärde

Temperatur fläkt

Ute

Avluft

Figur A.4: Visar temperaturen på avluften contra uteluften.

Olja

Uppskattning av oljans temperatur mättes samt räknades fram som ett medel från figuren A.5nedan. Figuren visar en process på ca tre timmar samt att kylningen varar i ca en timme. På grundav sekretess är figuren är modifierad så att alla andra temperaturer inte syns. Uppskattningenär gjord genom att mäta arean av det område som kurvan på figuren samt en linje på 120◦Cskulle skapa och sedan dividera med antal minuter för att få en medeltemperatur. Detta gav entemperatur på 8◦C. För flödet användes kravet att flödet på oljan måste motsvara vikten av godsetmed en faktor på 7:1 enhet kg/h och ekvationen (2.5) används för beräkning av effekten. Indatasamt beräkning visas i tabell A.6. Enligt figuren syns det att kylning används enbart under 1/3 avtiden. För att få ut ett medel tas effekten delat på 3, då blir effekten för oljan 18,7kW.

Figur A.5: Visar temperatur för oljan under processen.

Tabell A.6: Visar effektberäkning för oljan.

Vikt gods (kg) Flöde (kg/h) Flöde (m3/s) ∆T Cp (kJ/kgK) Effekt (kW)1800 12600 0,003955 8 2 56

Q = ρ× v̇ × Cp × ∆T (W )

38

BILAGA A. DATA A.4. VÄRMEBEHOV

Kylvatten

Indata för kylvattnet är för flödet 1080 l/h, temperaturer 37 - 30◦C, ρ sätts till 1000kg/m3 och Cp

till 4, 2kJ/kgK

A.4 Värmebehov

För uppskattning av värmebehovet användes en modifieringsmetod enligt ekvation (2.8) samt enviktningsmetod ekvation (2.6). Värmebehovet visas i tabellen A.7 nedan. Där mätvärden är antalmätvärden för respektive månad, täckningsgraden visar mätvärden kontra antal timmar per månad.Qt är modifierade förlustfaktorn, EV är det viktade värmebehovet och EM är det modifieradevärmebehovet. För beräkning av värmebehov där mätvärden inte fanns användes ett medel av marsoch novembers Qt-värde. Under sommarhalvåret användes ett medel av Qt-värdet från april tillseptember.

Figuren A.6 visar temperaturskillnaden kontra viktat värmebehov, det är viktigt att viktatvärmebehov avser den köpta värmen för området samt temperaturskillnaden är skillnaden mellan dendimensionerade innetemperaturen på 20◦C och utetemperaturen. Figur A.7 visar det modifieradevärmebehovet kontra det viktade värmebehovet och används för grafisk bedömning av värmebehovetdär mätvärden saknas.

Tabell A.7: Visar beräkningar för uppskattning av värmebehov.

Energi Mätvärden Timmar Täckningsgrad Qt ∆T EM EV

(MWh) (Antal) (h) % (MW/K) ◦C (MWh) (MWh)jan - - 744 - - 24 984 -feb 334 326 672 49% 0,041 25 904 688mar 767 743 744 100% 0,050 21 767 768apr 362 720 720 100% 0,033 15 362 361maj 129 734 744 99% 0,018 10 130 130jun 39 244 720 34% 0,027 6 111 116jul 0 0 744 0% - 3 67 -aug 12 126 744 17% 0,021 5 90 73sep 0 2 720 0% - 9 161 51okt 337 589 744 79% 0,041 14 514 425nov 699 718 720 100% 0,058 17 720 701dec 255 225 744 30% 0,053 21 882 842

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900


0

5

10

15

20

25

30

MWh Co Bedömning värmebehov

ΔT

Viktat värmebehov

Figur A.6: Visar de viktade värmebehovet fördelat per månad kontra temperaturskillnaderna.

39

A.5. DIMENSIONERING BILAGA A. DATA

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0


MWh Bedömning värmebehov

Modifierat värmebehov

Viktat värmebehov

Figur A.7: Visar de viktade kontra det modifierade värmebehovet fördelat per månad.

A.5 Dimensionering

Dimensioneringen görs genom att undersöka en täckningsgrad för tre fall. De tre fallen valdes till700kW, 750kW samt 800kW. Då det inte fanns några lämpliga värmepumpar valdes de närmsta,nämligen 645kW 736kW och 865kW. Dessa värmepumpars täckningsgrad beräknades genom attsummera den energin där effekter är upp till 645kW, 736kW och 865kW. Data är från Rinnström(2013)

0

500

1000

1500

2000

2500

Dimensionering

Effekt

Fall 1

Fall 2

Fall 3

Figur A.8: Visar värmeeffektbehovet samt tre fall av värmepumpar under året.

A.6 Val av pump

För att uppskatta val av pump beräknades tryckfallet i systemet. För det dynamiska trycket nämntrör i tabellen A.8 sattes tryckfallet per meter till 100Pa/m eftersom det dimensionerade tryckfalletligger i området 50Pa till 150 Pa enligt Warfvinge och Dahlblom (2010). Med längd avser sträckanfrån VÅV-batteriet till värmeväxlaren i värmecentralen, H avser vad tryckfallet skulle vara i metervattenpelare. De två beräkningspumparna blir då Wilo-BL 125/225-5,5/4 Wilo-DL 150/260-18,5/4

40

BILAGA A. DATA A.7. AVLUFT

med sammanlagd effekt på 24kW (Wilo 2014). Uppskattningen av konsumerad elenergi är gjord påom dessa pumpar är på under hela året (8760 timmar) och energimängden blir då ca 210MWh. Medaffinitetslagarna räknas denna mängd om till de tre fallen enligt tabellen A.9. Flödesberäkningarnabygger på (2.5) där V̇ bryts ut och Q sätts till den effekt som återvinns.

Tabell A.8: Visar beäkning för val av pump

Längd Höjd DP kpa HRör 150 30 36Höjd 30 295VÅV-batteri 44total 375 38,1

Tabell A.9: visar en uppskattning av elanvändning för pump av de tre fallen.

Effekt (kW) Flöde l/s m3/h Faktor Energi (MWh)Fall 3 593 28,2 101,7 1,62 341Fall 2 505 24,0 86,5 1,00 210Fall 1 442 21,1 75,8 0,67 142

A.7 Avluft

För att kontrollera att temperaturen inte blir alltför låg på avluften samt hur flödet varierar underåret beräknas luftens energimängd samt flöde per månad med hjälp av ekvation (2.5). För attklara av ha en temperatur på 27(◦C) inne krävs det ett flöde på 60 till 80 m3/s under sommarensvarma månader. Detta innebär att det behövs extra fläktar. ∆T avser temperaturskillnaden mellaninne och uteluften för värmebehandlingen, (27◦C − Tute). Värdena på avluften används även tillareauppskattning av VÅV-batteri för fall 3.

Tabell A.10: Visar temperatur på avluften samt vilket flöde som krävs för att hålla innetem-peraturen på konstant 27(◦C).

Timmar Spillvärme Effekt ∆T Flöde Temperatur Avluft(h) (MWh) (MW) (◦C) (m3/s) Fall 1 (◦C) Fall 2 (◦C) Fall 3 (◦C)

jan 744 799 1,1 31,3 28,6 14,1 12,3 9,7feb 672 719 1,1 31,7 28,1 13,9 12,0 9,4mar 744 760 1,0 27,5 31,0 15,1 13,4 11,0apr 720 820 1,1 22,2 42,8 18,4 17,2 15,4maj 744 874 1,2 16,9 57,9 20,6 19,7 18,5jun 720 874 1,2 12,9 78,4 22,3 21,6 20,7jul 744 547 0,7 10,4 58,9 20,8 19,9 18,6aug 744 834 1,1 11,6 80,5 22,4 21,8 20,9sep 720 880 1,2 15,6 65,3 21,4 20,6 19,4okt 744 853 1,1 20,8 45,9 19,0 17,8 16,2nov 720 836 1,2 23,6 41,0 18,0 16,7 14,9dec 744 669 0,9 28,2 26,6 13,1 11,2 8,4

A.8 Kostnadskalkyl

Priserna är tagna från sektionsfakta VVS 13/14 och ska ses som ungefärliga priser. Prisernagrundar sig på branschens prislistor med standardrabatter. I materialkostnaden för rör är kostnadermedräknat för rördelar i förhållande till förläggningssätt.(Wikells 2013) Batteriet för Fall 3 avser

41

A.8. KOSTNADSKALKYL BILAGA A. DATA

enligt tabellen A.12 2 st batterier samt ändring av takkonstruktionen på grund av extra hål. Dåstorlek för VÅV-batteriet i fall 3 inte var tillgänglig beräknades överföringsarean teoretiskt ochredovisas i tabell A.12.

Tabell A.11: Visar kostnaden för de tre fallen.

Komponenter Fall 1 (tkr) Fall 2 (tkr) Fall 3 (tkr)Fläktar 200 200 200spjäll 50 50 50El arbeten VP, Fläkt 100 100 100Styr och regler 320 320 320Takarbeten Bygg 100 100 100Underentreprenadkostnader 20% 154 154 154VP 640 660 770VVX 220 220 220Batterier 150 150 500Rördragning 150 dim 815 815 815Armaturer 100 100 100Pump 200 200 200Rörstöd 75 75 75VMM 100 100 100Huvudentreprenadkostnader 15% 737 737 737Projektledning 100 100 100Förfrågningsunderlag 400 400 400Oförutsedda kostnader 20% 892 896 1008Summa 5353 5377 5949

Då enligt metoddelen kan effekten beräknas genom Q = UA∆TL och den logaritmiska medeltem-peraturen beräknas enligt ekvationen (2.12) Tabellen A.12 visar areaberäkning för VÅV-batteriet.Arean för VÅV-batteriet fall 2 i bilaga b på 1983, 3m2. ∆T1 avser skillnaden mellan luftens innetem-peratur på 27◦C och temperaturen på vattnet från VÅV-batteriet (runt12◦C) medans ∆T2 avsertemperaturskillnaden mellan luften efter VÅV-batteriet (lägsta temperaturen från tabell A.10) ochvattnet till VÅV-batteriet (7◦C).

∆TL =∆T1 − ∆T2

ln∆T2∆T1

(◦C)

Tabell A.12: visar area beräkning för värmeåtervinningsbatteri i fall 3 där areafaktorn avgörhur många batterier fall 3 behöver.

∆T1(◦C) ∆T2(◦C) ∆TL(◦C) P (kW) U (kJ/kgK) A (m2) Area faktornFall 2 15,36 4,2 -8,6 548 -0,0321 1983,3 1Fall 3 14,36 1,4 -5,6 644 -0,0321 3569,6 1,8

42

Bilaga B

Komponenter

Bilaga B tar upp data på komponenter samt intervjuer med personer.

B.1 Värmepumpar

Hej RobertAggregaten/effekt blev tyvärr mitt emellan dom effekter du frågade efter.Slutkundspris är:HWF 2512 A 640000:-HWF 2812 A 660000:-HWF 3212 A 770000:-Priset avser anslutning till färdigdragna rör till aggregatet, igångkörning, årlig kontroll, Samt 2årsgaranti.Tänk på att ev intransportkostnad kan tillkomma eller kranlyft. Inga rörarbeten är inräknade.

HWF 2812 A är mest prisvärd.

Hej RobertBifogar en körning på ett värmeåtervinningsbatteri Som passar till HWF 2812 A aggregatet.Slutkundspris ligger på ca 100000:-Mvh Robban.2014-05-13 Robert Simmefalk

43

B.1. VÄRMEPUMPAR BILAGA B. KOMPONENTER

44

BILAGA B. KOMPONENTER B.1. VÄRMEPUMPAR

45


46


47


48


49

B.2. VÄRMEÅTERVINNINGSBATTERI BILAGA B. KOMPONENTER

B.2 Värmeåtervinningsbatteri

50

BILAGA B. KOMPONENTER B.2. VÄRMEÅTERVINNINGSBATTERI

51

U tvärdering värmeåtervinning av spillvärme733353/FULLTEXT01.pdf1.2. BAKGRUND SPILLVÄRME...

Documents

Transcript of U tvärdering värmeåtervinning av spillvärme733353/FULLTEXT01.pdf1.2. BAKGRUND SPILLVÄRME...