Ansøgningsskema PSO - F&U 2009

Transkript

1 Ansøgningsskema PSO - F&U 2009 Dok. ansvarlig: JBJ Sekretær: mmh Sagsnr: 05/ Doknr: 4 Alle GULE felter udfyldes Alle BLÅ felter udregnes automatisk Brug alt+retur for linieskift i felter Dato: Ansøger: Teknologisk Institut Køle- og Varmepumpeteknik Kongsvang Alle 29, 8000 Århus C Ansøgning sendt til: Ansøgers referencer: Dato for eventuel revision: 1. Projekttitel: Projekttitel på dansk: Projekttitel på engelsk: Indsatsområde: 2. Kort beskrivelse af projektets formål: 3. Dato: Underskriftansvarlig: Telefon: Dansk Energi-net, Rosenørns Allé 9, 1970 Frederiksberg C, Att.: Jørn Borup CSP/PSC Fremtidens køletårne Cooling towers of the future Indsatsområde 4: Køling I kølebranchen ses i øjeblikket en tendens til at anvende såkaldte tørkølere frem for køletårne, idet der hersker en udbredt opfattelse af, at tørkølere har en bedre levetidsøkonomi end køletårnssystemer. Dette er imidlertid en rigtig dårlig udvikling, idet tørkølere i sig selv har et væsentligt højere energiforbrug end køletårne. Desuden medfører de et øget energiforbrug til det køleanlæg som de servicerer med op til 15 %. Årsagen til at levetidsøkonomien for en tørkøler alligevel kan konkurrere med et køletårn, er primært, at der er forbundet et stort vandforbrug med driften af et køletårn. Desuden er der en potentiel sundhedsrisiko forbundet med brugen af et køletårn, idet man potentielt kan få en legionellaforgiftning, hvis man indånder den luft som køletårnet afgiver. Projektets formål er, at udvikle et køletårnssystem der dels fjerner risikoen for legionellaforgiftning, og som anvender regnvand som spædevand. Ved at anvende regnvand i stedet for postevand i køletårnet reducerer man væsentlige driftsomkostninger for køletårnet og regnvand bliver pludselig en resurse frem for et problem. I bilag 1 er der redegjort for et samlet energibesparelsespotentiale for projektet på 71 TJ svarende til ton CO 2. Projektets deltagere består af hele værdikæden fra udstyrsleverandører over vidensinstitutioner til slutbrugere og projektets indhold inkluderer både udvikling og fuldskalademonstration. (Se bilag 5 for engelsk version) Claus Schøn Poulsen claus.s.poulsen@teknologisk.dk 4. Oplysninger om projektansvarlig og andre deltagere Projektansvarlig (virksomhed/institution): Adresse: CVR-nr.: Projektleder: Telefon: Fax: Teknologisk Institut Center for Køle & Varmepumpeteknik Konsgvang Allé Århus C Peter Schneider peter.schneider@teknologisk.dk Se respektive virksomhedsark for øvrige projektdeltagere

2 Alle deltagende projektvirksomheder (V1-V10): Udfyldes aut. Teknologisk Institut Vestas aircoil A/S SILHORKO-EUROWATER A/S Multi Wing Rambøll Skive Kommune Nyrup Plast A/S 5. Finansiering og timeforbrug: Hvis der ønskes et højere omkostningstillæg end beskrevet i regelsættet, skal der anføres en særskilt begrundelse herfor. Virksomhed/institution (Øvrig finansiering skal specificeres) Teknologisk Institut PSO-tilskud Udligning PSOtildelt Egenfin. timer Egenfin. øvrig Total Heraf løn Timer Vestas aircoil A/S SILHORKO-EUROWATER A/S Multi Wing Rambøll Skive Kommune Nyrup Plast A/S ( ) (38.400) (96.000) (96.000) (48.000) Total Tilbagebetaling ved afslutning PSO-tilskud i % af totalbudget: PSO-tilskud pr. time - 52,1 477 Bemærkninger til finansieringen:

3 6. Projektbeskrivelse (Må maks. fylde nedenstående felt). Ud fra beskrivelsen skal en fagkyndig kunne bedømme projektets målsætning, indhold og metode. Der vil ofte være behov for en uddybende projektbeskrivelse til brug for den faglige vurdering. Supplerende materiale vedlægges elektronisk om muligt. Projektet må gerne opdeles i faser, der er naturlige for indholdet af aktiviteterne. Tidspunktet for aktiviteternes afholdelse angives under punkt 12. Tidsplan. Projektets målsætning er at udvikle et køletårn, der har en væsentlig bedre levetidsøkonomi end nutidens køletårnssystemer og tørkølere. Det vil ske ved at anvende de seneste forskningsresultater (ref : bilag 4) og anvende regnvand, som spædevand. Projektet gennemføres i henhold til følgende faser: Se i øvrigt bilag 1 for yderligere uddybende projektbeskrivelse og baggrund. Ved søgning i forskningsdatabaserne er der ikke fundet publicerede resultater på udvikling af køletårne og køletårnssystemer. Fase 1. Feasibility studium Arbejdet i fase 1 vil medføre en nærmere analyse af økonomien i en eksisterende køletårnsløsning men med fokus på en løsning baseret på det nye køletårnskoncept, og med udgangspunkt i de allerede identificerede barrierer (økonomi og sundhedsrisiko), samt hvorvidt der måtte være andre ikke identificerede barrierer. Dette vil blive sammenlignet med økonomien for en tørkølerløsning. Ud fra disse oplysninger vil det blive dokumenteret, hvor og hvornår man med fordel bør vælge et køletårn frem for en tørkøler til varmeafgivelse på et køleanlæg. Der vil endvidere blive udviklet et beregningsprogram, som kan anvendes til at beregne levetidsomkostningerne for de tre systemer, som er beskrevet i de forudgående afsnit. (1. Køletårn med postevand, 2. Køletårn med regnvandssystem og 3. Tørkølere). Beregningsværktøjet kan bidrage i en beslutningsproces om hvorvidt man skal vælge en køletårnsløsning eller en tørkølerløsning. Ansvarlige: Rambøll A/S, Teknologisk Institut, Vestas Aircoil A/S og Nyrup Plast Fase 2: Design og afprøvning af pilotskala køletårn. Ud fra analysen i fase 1 fremstilles et pilotskala køletårn med tilhørende miniskala regnvandsreservoir inklusiv vandbehandling, der kan opfylde de identificerede kriterier fra fase 1. Ved design af køletårnet vil den seneste forskning på køletårne bliver inddraget. De seneste forskningsresultater (bilag 4) viser, at det er muligt at designe køletårne som ikke river væske med i afkastluften, hvorved sundhedsrisikoen er elimineret. Princippet er baseret på at fordele vandet ud over skråtstillede plader og lade vandet løbe, som en tynd film, ned over pladerne i modstrøm med den gennemstrømmende luft. Metoden giver ingen aerosoldannelse modsat de kommercielt tilgængelige køletårnes principper. En vigtig parameter i det nye koncept er fordelingen af vandet over pladen. Dette kan afhjælpes ved anvendelse af en hydrofil overflade, der vil bidrage til at sørge for en optimal fordeling af vandet udover pladernes areal. Teknologisk Institut har patent på en særlig hydrofil overflade, som er baseret på SolGel teknologien (SolGel teknologien er en lak der kan tilføres forskellige egenskaber bl.a. ved indlejring af nanopartikler i en given struktur). Denne teknologi vil blive inddraget i designet af pilotskala køletårnet. En anden vigtig konkurrenceparameter for køletårne er støjniveauet, hvorfor MultiWing vil blive inddraget i projektet til valg og design af en støjsvag og effektiv ventilator. Ventilatoren dimensioneres efter det ønskede luftflow og tryktab over køletårnet. Der henvises til bilag 2 og 3 for yderligere tekniske beskrivelser af køletårne.der foretages kapacitetsmålinger på køletårnet, og udfra målingerne vil der blive fremstillet et beregningsværktøj, der skal anvendes til opskalering af køletårnet til fuldskala. Støjen fra køletårnet vil ligeledes blive målt. Pilotskala køletårnet vil blive testet hos Teknologisk Institut, Center for Køle og varmepumpeteknik. Ansvarlige: Vestas Aircoil A/S, Teknologisk Institut, MultiWing, Silhorko. Fase 3: Design og fremstilling af fuldskala køletårn med regnvand Baseret på erfaringerne fra Fase 1 og 2 vil der blive designet og fremstillet et fuldskala køletårn som i fase 4 vil blive installeret på Skive Rådhus med tilhørende regnvandsreservoir og vandbehandling. Køletårnet vil blive udformet med vandbehandlingsanlæg fra Silhorko og ventilator fra MultiWing. Regnvandsreservoiret vil blive designet og leveret af Nyrup Plast. Ansvarlige: Vestas Aircoil, Teknologisk Institut, MultiWing, Silhorko Fase 4: Afprøvning af fuldskala køletårn med regnvand Fuldskala køletårnet, som er designet i fase 3, vil blive installeret ved Skive Rådhus med regnvandstilslutning og vandbehandling. Der vil blive gennemført målinger af støj, vandkvalitet, vandforbrug, energiforbrug samt driftsomkostninger til hele systemet, og det vil blive dokumenteret gennem målinger, at der ikke er nogen sikkerhedsrisiko forbundet med driften af køletårnet. Ansvarlige: Vestas Aircoil A/S, Teknologisk Institut, MultiWing, Silhorko, Skive Rådhus og Nyrup Plast. Fase 5: Rapportering og formidling Der udføres en samlet rapport over resultaterne indeholdende anbefalinger til opbygning af køletårne med anvendelse af regnvand som spædevand. Rapporten indeholder yderligere en vurdering af anlæggets besparelsespotentiale sammenlignet med tilsvarende almindelige anlæg og indeholder en række anbefalinger til, hvordan et effektivt og velfungerende køletårn med tilbehør opbygges og reguleres baseret på resultater fra projektet. Dette vurderes i forhold til anlæggets investeringsomkostninger. Viden og resultater opnået i projektet vil blive forankret i de deltagende virksomheders produkter. Både viden der gereres på komponentniveau og på systemniveau vil blive udnyttet af de involverede parter. Disse resultater gør det muligt for deltagerne at fortsætte arbejdet med køletårne inden for deres fagområde og at opnå en kommercialisering af teknologien. Ansvarlige: Vestas Aircoil, Teknologisk Institut, Rambøll

4 7. Projetets relevans: (Må maks. fylde nedenstående felt). Der kan argumenteres for projektets energipolitiske, samfundsmæssige og internationale relevans. Der skal redegøres for projektets relevans i forhold til PSO-udbuddet for gældende år. Ansøger skal kunne placere projektet i en større sammenhæng. Det kan være i forhold til publicerede strategier på området, eller til eksempelvis nationale målsætninger. Ansøger skal redegøre for hvorledes projektet bygger på tidligere resultater. På informationsmødet om det aktuelle PSO udbud afholdt i Fredericia d. 20. August blev køleområdet fremhævet som et særligt indsatsområde. Nærværende projekt omhandler et væsentligt emne i forhold til industrielle køleanlæg, og vil bidrage positivt til fremme af energibesparende og miljørigtige køleløsninger, idet anvendelsen af et køletårn medfører væsentligt lavere energiforbrug end anvendelse af tørkølere. På De Danske Køledage i 2008 præsenterede Rambøll (Nikolaj Haaning) en analyse, som Rambøll har gennemført. Analysen viser, at tørkølere har en bedre levetidsøkonomi end nutidens køletårne. Dette skyldes primært køletårnets store vandforbrug, der med de senere års prisudvikling på vandforsyning og afledning er blevet en betydelig omkostning for et køletårn. Dette stemmer godt overens, med de tendenser man ser i kølebranchen i øjeblikket, hvor man er på vej væk fra at anvende køletårnsløsninger. Samtidig har Miljøstyrelsen(Tilskud til miljøeffektiv teknologi annoncerunde), ved et nyt projektudbud for nylig, sat fokus på udnyttelse af regnvand som resurse, idet nutidens og fremtidens klimaændringer forventes at medføre væsentlige større nedbørsmængder i Danmark, end vi har været vant til. Derfor bliver bl.a. kommunerne nødt til at tænke i nye baner. Ved at anvende regnvand som spædevand i køletårne i stedet for grundvand opnås: 1. Væsentlige driftsbesparelser på energisystemet direkte energibesparelser på køletårnet og i særdeleshed indirekte energibesparelser på køletårnet 2. Reduceret grundvandsforbrug 3. Anvendelse af regnvand som resurse mindre belastning på kloaksystemet Ifølge Nyrup Plast, som leverer regnvandssystemer, og er projektdeltager, er Danmark på det nærmeste et uland i forhold til udnyttelse af regnvand. Eksempelvis har vores tyske naboer haft fokus på udnyttelse af regnvand som resurse i mange år. Set i sammenhæng med det franske udviklingsprojekt, som omhandler et optimeret køletårnskoncept, og som er beskrevet i bilag 4, kan man konstatere, at der foregår en anderledes udvikling i de to lande, end der gør i Danmark pt. Det franske udviklingsprojekt har vist, at det er muligt at designe et kompakt køletårn, der ikke medfører en sundhedsrisiko ved anvendelse. Sundhedsrisikoen er i dag en væsentlig barriere for anvendelse af køletårne på niveau med de økonomiske forhold. Udover projektets formål om energibesparelser og driftsbesparelser er projektets formål også at generobre markedsandele for Vestas Aircoil A/S overfor tørkølerleverandørerne. Det vil sikre arbejdspladser og øget omsætning for Vestas Aircoil A/S.

5 8. Projektansvarliges F&U-strategi: Beskriv sammenhængen med den projektansvarlige virksomheds øvrige projekter med relevans for den foreliggende ansøgning, gerne i form af en F&U-plan eller strategi. I det omfang ansøger er bekendt med beslægtede projekter skal disse oplyses. Teknologisk Instituts overordnede mål er bl.a. at øge samspillet med danske og udenlandske forskningsinstitutioner og virksomheder for selv fortsat at være på teknologisk forkant med udviklingen. Samtidig er målet at gavne det danske samfund som helhed og dansk erhvervsliv i særdeleshed. Instituttets strategi er bl.a. at kunne udkrystallisere nye love og rammebetingelser til brugbare analyser og værktøjer. Arbejdet initieres primært af de enkelte Centre på deres specifikke fagområder. Center for Køle- og Varmepumpeteknik arbejder således for at sikre førerpositionen på det køletekniske område og har særligt fokus på energibesparelser.. Inden for industriel køling udfører Teknologisk Institut løbende energioptimeringsprojekter og har stor kontaktflade til industrien. Vestas Aircoil A/S har produceret Køletårne siden 1985 og er vokset til en af verdens største producenter af køletårne. Grunden til denne ekspansion har været fokus på nyudviklingerne under anvendelse af mest økonomiske produktionsmetoder og dimensioneringsværktøjer til køletårne (CFD og FEM). For at fastholde og øge markedsandelene er det vigtigt for Vestas Aircoil heletiden at fokusere på nye teknolgier inden for varmevekslere og køletårne. Vestas ser dette projekt som en oplagt mulighed for at kunne udvikle firmaet til fremtiden. Vestas Aircoil planlægger at starte deres egen tørkøler produktion, således at både kan tilbyde køletårne og tørkølere og en kombination af begge til deres kunder. Silkorko leverer vandbehandlingsanlæg til forskellige industrier. En af områderne er vandbehandlingsanlæg til køletårne, hvor Silhorko fremstiller en standard unit bestående af bødgøringsanlæg. Doserinsganlæg samt posefilter. Ved anvendelse af regnvand kan der antageligt ses bort fra blødgøringsanlægget, hvilket stiller nye krav til vandbehandlingsanlægget. Silhorko vil være med til at udvikle vand behandlingssystemer til køletårne baseret på regnvand for at øge markedsandele. Multi Wing, der fremstiller aksial ventilatorer, fokuserer på tre markedssegmenter : Ventilation, køling og varmevekslere. Multi Wing har deltaget i tidligere PSO projektet for at opnå større kendskab til samspillet med ventilatorer og de systemer ventilatoren monteres i. Med dette kendskab vil Multi Wing være i stand til at vejlede kunder bedre ved valg af ventilatorer. Multi Wing ser dette projekt som en mulighed for at udvikle firmaet. Rambøll, en af Danmarks største rådgivende ingeniørfirmaer, yder rådgivning inden for HVAC området. Rambøll har tidligere lavet analyser på tørkølere og køletårne, og vil også fremover kunne rådgive deres kunder omkring valg af den ene løsning frem for den anden. Dette projekt indgår som en naturlig del af Rambøll s udviling inden for rådgivningsbranchen. Skive Kommune s mission er at være selvforsynende med energi og varme inden for 20 år. For at opnå dette mål har der igennem de sidste 25 år været igangsat adskillige energibesparelses projekter. Ved at deltage i dette projekt forsættes linjen ved til stadighed at fokusere på energibesparelser Nyrup Plast., der fremstiller anlæg til regnsvandopsamling, fokuserer på miljørigtige løsninger. Ved at deltage i dette projekt, vil der skabes nye markeds områder, for at allerede eksisterende produkt. Nyrup Plast vil dermed opnå kendskab til andre markedsområder og kunne rådgive kommende kunder.

6 9. Formidlingsplan, offentliggørelse og forankring af projektets resultater: Oplys hvilke formidlingsaktiviteter der er planlagt i projektet, for eksempel artikler eller konferenceindlæg. Beskriv hvorledes projektets resultater tænkes anvendt efter projektets afslutning. Resultater og rapportering af projektet vil som hovedregel være offentligt tilgængeligt. Viden og resultater opnået i projektet vil blive forankret i de deltagende virksomheders produkter. Både viden der gereres på komponentniveau og på systemniveau vil blive udnyttet af de involverede parter. Disse resultater gør det muligt for deltagerne at fortsætte arbejdet med køletårne inden for deres fagområde og at opnå en kommercialisering af teknologien. Desuden formidles projektets resultater på følgende måde: Der udføres en teknisk rapport, hvor resultater beskrives. Denne rapport vil indeholde en række anbefalinger til, hvordan et effektivt og velfungerende køletårn med tilbehør opbygges og reguleres baseret på resultater fra projektet. Artikler i fagblade vil informere producenter og brugere om køletårne. Såfremt muligt vil der blive givet et indlæg om resultaterne på konferencer, f.eks Danske Køledage. Der vil blive arrangeret en tema dag omkring køletårne

7 10. Samlet budget: Her vises de totale faktiske omkostninger i projektet. Sum pr. år/total Teknologisk Institut Vestas aircoil A/S SILHORKO-EUROWATER A/S Multi Wing Rambøll Skive Kommune Nyrup Plast A/S Total År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Total Eventuelle indtægter og restanlægsværdi ved projektafslutning Sum netto Årsopdelt finansieringsplan Beløb i DKK Totalt budget År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Total PSO Øvrige Timer

8 12. Tidsplan Her markeres tidspunkterne for de forskellige aktiviteter, afholdes jf. punkt 6 projektbeskrivelse. For at fremme kendskab og udbredelse markeres også formidlingsmæssige milepæle med henblik på formidling af projektresultater og forventede resultater/aktiviteter undervejs i projektperioden og ved projektes afslutning. Startdato: Slutdato: Fase 1 : Feasibility studium Fase 2: Design og afprøvning af pilotskala køletårn. Fase 3: Design af fuldskala køletårn med regnvand Fase 4: Afprøvning af fuldskala køletårn med regnvand Fase 5: Rapportering og formidling Fase 6 Fase 7 Fase 8 Milepæl 1 Milepæl 1 Milepæl 1 Milepæl 1 År 2009 År 2010 År 2011 År Eksempel: Fase 1 Fase 1

9 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: Teknologisk Institut Adresse (gade/nr) Kongsvang Alle 29 Postnummer 8000 By Århus C Telefon peter.schneider@teknologisk.dk CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 0 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Kostpris Overhead PSO Egenfinans Peter Schneider Lars Reinholdt img C Jeffrey Cox E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total ( ) ( ) Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Teknologisk Institut har stor erfaring med opbygning af beregningsmodeller og test af komponenter og systemer til kølesystemer i laboratoriet i Århus. Arbejdsopgaver i projektet: Teknologisk Institut varetager projektledelsen og vidensformidlingen i projektet samt opbygning og måling på pilotskala anlægget i laboratroiet hos Teknologisk Institut. Teknologisk Institut vil sammen Vestats designe det nyudviklede køletårnsprincip. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Peter Schneider peter.schneider@tek Lars Reinholdt lars.reinholdt@teknol

10 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: Vestas aircoil A/S Adresse (gade/nr) Smed Hansens vej13 Postnummer 6940 By Lem Telefon va@vestas.biz CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 20 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinans Kostpris Overhead PSO Egenfinans A B C C D E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere ( ) PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Vestas Aircoil er en af verdens største producenter af køletårne. Vestas Aircoil besidder produktionsapparatet til fremstilling af køletårne samt det termodynamiske know how til design af køletårne. Arbejdsopgaver i projektet: Vestas Aircoil vil deltage i designet og producere både pilot skala køletårnet samt fuld skala tårnet. Vestas skal bistå med måling og evaluering på pilotskala køletårnet og fuldskala køletårnet. Desuden deltager Vestas Aircoil i af rapporteringen. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Claus Hünne Ibsen ci@vestas.biz

11 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: SILHORKO-EUROWATER A/S Adresse (gade/nr) Århusvej 79, Stilling Postnummer 8660 By Skanderborg Telefon td@silhorko.dk CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 20 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Kostpris Overhead PSO Egenfinan s A B C C D E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere (38.400) PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Silhorko fremstiller vandbehandlingsudstyr. Silhorko har stor erfaring i vandbehandling til køletårne og leverer til markedets store producenter af køletårne. Arbejdsopgaver i projektet: Silhorko vil til projektet levere et vandbehandlingsanlæg der skal special fremstilles til regnvand. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Thomas Dalsgaard td@silhorko.dk

12 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: Multi Wing Adresse (gade/nr) Staktoften 16 Postnummer 2950 By Vedbæk Telefon info@multi-wing.com CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 20 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Lars D. Sørensen B C C D E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere (96.000) PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Multi wing fremstiller aksial ventilatorer. Multi Wing har deres egen vind kanal til måling af kapaciteter og støj på ventilatorer Arbejdsopgaver i projektet: Multi Wing skal i projektet være med til at optimere indbygningen af ventilatoren i køletårnet, således at optimale strømning forhold for luften opnås. Ventilatoren skal støjsvag og højt ydenden. Multi Wing vil til projektet levere forskellige ventilatorer, der vil blive afprøvet i pilot skala køletårnet. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Lars D. Sørensen lds@multi

13 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: Rambøll Adresse (gade/nr) Bredevej 2 Postnummer 2830 By Virum Telefon info@ramboll.dk CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 50 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Nikolaj Haaning B C C D E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere - PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Rambøll er en af Danmarks Største rådgivende ingeniør firmaer. Rambøll har tidligere gennemført sammenligninger køletårne og tørkølere. Arbejdsopgaver i projektet: Rambøll skal i projektet lave en analyse af barriererne for anvendelse køletårne i forhold til tørkølere. Desuden medvirke til afrapportering af projektets resultatere for test kørsel af pilot skala og fuld skala køletårnet. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Lars Nikolaj Haaning nkh@ramboll.dk

14 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: Skive Kommune Adresse (gade/nr) Torvegade 10 Postnummer 7800 By Skive Telefon sk@skive.dk CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 20 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Kostpris Overhead PSO Egenfinan s A Michael Petersen C C D E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere (96.000) PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Skive Kommune har været en af pionerkommuner for energibesparelse. På Skive Rådhus er der implementeret mange eneribesparelser : Solvarme, Regnsvandopsamling, Elproduktion på ombyggede dieselmotorer med rapsolie drift. Arbejdsopgaver i projektet: På Skive rådhus vil fuldskala køletårnet bliver installeret og afprøvet gennem 1 år. Der vil blive installeret måleudstyr på køletårnet, således at vandforbrug og energiforbrug måles. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Michael Petersen mipe@skivekomm

15 Bilag 1 til ansøgningsskema Budgetspecifikation af lønomkostninger til punkt 11 af ansøgningsskema Virksomhed/org.: Nyrup Plast A/S Adresse (gade/nr) Kannikevej 1 Postnummer 4296 By Nyrup Telefon admin@nyrupplast.dk CVR-nummer Internet Medarbejderkategorier: Kategori A: Projektleder Kategori B: Forsker Kategori C: Ingeniør Kategori D: Teknisk/administrativt personale Kategori E: Andet Alle felter markeret med stjerne () SKAL udfyldes Overhead i %: 20 Medarbejderkategori Timer Kostpris Overhead PSO Egenfinan s Kostpris Overhead PSO Egenfinan s A B C C D E Total Timer Omkostningsart Lønomkostninger Overhead Rejse og ophold Eksterne ydelser Apparater, udstyr og materialer Andet Sum Egenfinansiering Til timer Til øvrige Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum PSO til/fra (-/+) øvrige deltagere (48.000) PSO tildelt Restværdi ved afslutning År 2009 År 2010 År 2011 År 2012 Sum Udligning Total Bemærkninger: Kvalifikation i relation til projektet: Nyrup Plast fremstiller og udvikler regnopsamlinganlæg. Arbejdsopgaver i projektet: Nyrup plast skal projektet være med til levere et regnopsamlingsanlæg og filter til fuldskala køletårnet. Nyrup Plast vil gennem projektet være med til at udvikle regnopsamlingsanlæh til køletårne. Projektdeltagere: Telefon: CVR-nr.: Henrik Johansen hj@nyrupplast.dk

16 Bilag 1. Uddybende projektbeskrivelse. Fremtidens køletårne

17 Indledning (mangler energibesparelser)...3 Formål...3 Nuværende køletårnes problemstillinger...3 Vandforbruget...4 Energiforbruget...4 Vandbehandling...4 Sundhedsrisiko...5 Service og vedligehold...5 Samlede omkostninger (casen)...5 Tørkølere...5 Sammenligning af tørkølere og køletårne...6 Fremtidens køletårnsystemer...7 Vandforbruget - regnvand...7 Vandbehandling...8 Eliminering af legionella risikoen...8 Projektets målsætning...8 Forretnings- og energibesparelsespotentiale...9

18 Indledning Vestas Aircoil oplever i disse tider at kølebranchen i stigende grad vælger tørkølerløsninger frem for køletårnsløsninger, hvilket medfører omsætningsnedgang på de pågældende markeder. Set ud fra et køleteknisk og energimæssigt synspunkt er det en forkert udvikling, idet en tørkøler bruger mere energi til luftcirkulation end et køletårn, samtidig med at en tørkøler ikke kan afkøle vandet så meget, som et køletårn kan det. Dette medfører en væsentlig øget energiomkostning på det energisystem, som skal have fjernet energi i køletårnet eller tørkøleren. Den primære årsag til at tendensen går i retning af tørkøleren er, at levetidsomkostningerne for et typisk køletårnssystem er højere end hvad tilfældet er for tørkølersystemer. Dette gælder imidlertid kun, når man udelukkende ser på økonomien i selve kølerløsningen. Èn af løsningerne til at forbedre økonomien for køletårnssystemet er at anvende regnvand i stedet for postevand. Herved fjernes en væsentlig driftsomkostning for køletårnet, og regnvandet bliver pludselig en resurse i stedet for en byrde for lokalmiljøet. Formål Formålet med projektet er således, at udvikle et konkurrencedygtigt og sundhedssikkert køletårn som kan tilbageerobre markedsandele fra tørkølerløsninger. Køletårne er billigere i anskaffelse, er mere kompakte, og har et lavere energiforbrug til ventilatordrift end tørkølere se efterfølgende afsnit. En køletårnsløsning giver samtidig mulighed for, at køle det medie der skal køles til en lavere temperatur, end hvad der er muligt med en tørkøler. Den højere grad af afkøling har stor indflydelse på driftsøkonomien og graden af investering i det energisystem, der skal fjernes energi fra, som for eksempel, hvis der skal fjernes energi fra varmeafgiversiden af et køleanlæg. Årsagen til at tørkølere er på vej til at udkonkurrere køletårnene formodes at være, at der er en udbredt opfattelse i branchen af, at tørkølere samlet set har den bedste levetidsøkonomi af de to alternativer. Dette er bl.a. undersøgt og dokumenteret af Rambøll (Nicolaj Haaning), som også deltager i nærværende projekt. Desuden er der andre problemstillinger med et køletårn, som kan give unødvendige omkostninger samt drifts- og sundhedsmæssige problemer. Køletårnet virker primært ved at fordampe vand og sekundært ved sensibel afkøling af vandet, hvilket medfører et resurseforbrug til vand samt omkostninger til vandbehandling. Dette er køletårnets primære økonomiske ulempe, idet der er væsentlige omkostninger forbundet hermed. Dette forhold medfører ofte en dårligere levetidsøkonomi for køletårne sammenlignet med tørkølere. Den seneste udvikling på køletårnsområdet (se bilag 4), i kombination med stigende fokus på anvendelse af regnvand som resurse, gør, at der er basis for at forbedre økonomien og sundhedsaspektet ved anvendelsen af en køletårnsløsning. Dette vil være til stor gavn for energi og miljø jf. de faktiske og potentielle direkte og indirekte energibesparelser, som beskrives nærmere i denne udvidede projektbeskrivelse. Nuværende køletårnes problemstillinger For at konkretisere problemstillingerne for køletårne med det nuværende design og typiske systemkonfiguration, er der taget udgangspunkt i en case, hvor der skal fjernes 500 kw i 5000 timer om året (2.500 MWh).

19 Vandforbruget Køletårnets største økonomiske problem er, at der er forbundet et stort vandforbrug med driften. Dette kan ikke undgås, idet køletårnets virkemåde primært er baseret på fordampning af vand. En tommelfingerregel siger, at der fordampes 1 m 3 vand for hver 0,8 MWh der skal fjernes i køletårnet. Dette vandforbrug skal der ikke betales afledningsafgift af men alene vandforbruget som koster ca. 7 kr/m 3. Ved fordampning af vandet ophobes mineraler og andet biologisk materiale i det vand der ikke fordamper, og man må derfor kontinuerligt spæde vand til, samt skylle noget af vandet ud for at holde koncentrationen af urenheder nede. Hertil anvendes i dag postevand, som indeholder kalk. Hvis ikke dette fjernes ødelægges køletårnets funktion på sigt ved kalkudfældninger og der må foretages vedligeholdelsesmæssige indgreb. Kalkindholdet fjernes typisk i et blødgøringsanlæg, der virker ved ionbytning. Et ionbytteanlæg bevirker, at der i stedet ophobes salt i vandet, i takt med at vandet fordamper i køletårnet. Saltniveauet holdes på et tilpas lavt niveau ved jævnligt at skylle en del af vandet ud. Denne del udgør erfaringsmæssigt mellem 30 og 70 % af køletårnets samlede vandforbrug. Udover et ekstra vandforbrug til udskylning, er der også en lille del såkaldt væskemedrivning. Dette består i, at ventilatorerne der cirkulerer luft gennem køletårnet, river små vanddråber med luften ud af køletårnet. Denne del er meget forskellig fra køletårn til køletårn, men de nyeste tårne river i størrelsesordnen 0,05 % med. Så i denne sammenhæng er dette bidrag uvæsentligt. Hvis det antages at det ekstra vandforbrug til udskylning er 50 % svarer det til et specifikt vandforbrug på 1,9 m 3 /MWh. Vand- og afledningsafgiften varierer meget fra kommune til kommune men i Århus er den eksempelvis pt. 32 kr/m 3 (ex. moms) fordelt med 7,3 kr/m 3 i vandforbrug og resten afgifter. I det scenarie er de specifikke omkostninger til køletårnets vandforbrug ca. 37 kr/mwh. Dertil kommer omkostninger til det salt som blødgøringsanlægget kræver. De specifikke omkostninger til dette er ca kr/år (760 g/m 3 og 3,2 kr/kg). Med de givne forudsætninger medfører de MWh køleeffekt at omkostningerne til vand er ca kr/år og omkostningerne til salt Energiforbruget Køletårnet kræver tilførsel af elenergi til at drive ventilatorer, om end væsentligt mindre end tilfældet er for tørkølere. Til eksemplet anvendes tre ventilatorer der hver har en effekt på 3 kw (registreret på Teknologisk Instituts to køletårne). Dette giver årlige elomkostninger svarende til (3 kw x 3 x h/år x 0,7 kr/kwh) = kr/år ved en elpris på 0,7 kr/kwh. Vandbehandling I alle vandbårne systemer kræves behandling af vandet for at reducere korrosion og opbygning af uønskede belægninger. Belægningerne kan være enten mikrobiologisk- eller kemisk betingede og begge dele nedsætter funktion og levetid. Idet køletårnet kræver kontinuerlig tilførsel af spædevand, og samtidig er åbent til naturen, skal der løbende renses vand og doseres kemikalier. I tørkølere gøres dette én gang når systemet sættes i drift. Omkostningerne til biocid, der tilsættes vandsystemerne for at holde den mikrobiologiske aktivitet i ave, kan ligge mellem 300 til /år/ m 3 afhængig af systemerne og vandkvaliteten [BioTeks 1 ]. I de videre betragtninger antages beløbet at være 650 /år/m 3 inklusive korrosionsinhibitorer. 1 BioTeks er akronym for et innovationskonsortium der er gennemført med Teknologisk Institut som projektleder.

20 Et 500 kw køletårnssystem kan have et vandreservoir på 10 m 3 hvilket medfører omkostninger til kemikalier på kr/år. Sundhedsrisiko Som nævnt under afsnittet om vandforbruget rives der små vanddråber med ud af køletårnet. Disse indeholder legionellabakterier, og potentielt i mængder der kan være sundhedsskadelige ved indtagelse gennem indånding. Derfor er der lokaliteter i verden, hvor det ikke er tilladt at bruge køletårne pga. den potentielle risiko. Service og vedligehold Et køletårn kræver rensning af lameller og filtre typisk én gang årligt. Dette kan typisk gennemføres på én dags arbejde, hvilket i runde tal anslås til Det er endvidere god praksis løbende at kontrollere vandkvaliteten ved prøvetagning og efterfølgende analyser. Dette anslås til kr/år. Hvis man ikke sørger for ordentlig service og vedligehold af køletårnssystemet, kan det medføre større serviceomkostninger og reparationer end nødvendigt og det antages, at det meget vel kan være det, der i praksis medfører, at man i stigende grad fravælger køletårne. Samlede omkostninger (casen) I casen beløber de årlige driftsomkostninger sig til: kr til vand kr til el kr til salt til inhibitorer (biocid og korrosion) kr i service og vedligehold af køletårnet kr til prøvetagning og analyser I alt Et nyt køletårn med en ydelse på 500 kw koster i dag ca kr i anskaffelse og et passende blødgøringsanlæg dertil koster ca (Oplyst af Silhorko). Tørkølere Driftsudgifterne til tørkøleren er primært til ventilatordrift og sekundært til rensning af overflader. Der anvendes i praksis lidt mere end dobbelt så meget effekt til ventilatordrift for en tørkøler, som der anvendes til køletårne for den samme køleeffekt. For casen giver dette årlige driftsomkostninger på ca Desuden bliver tørkøleren dimensioneret efter den tørre temperatur, som oftest er højere end den våde lufttemperatur (Wetbulb) og nødvendigvis med en passende temperaturdifferens mellem luften, og vandet der skal afkøles. Afgangstemperaturen af vandet er i grove tal 6 grader højere end den tørre temperatur Se diagrammet i figur 1 og afsnittet om forretnings- og energibesparelsespotentialet.

21 35 25 T_tør [ C] T_våd [ C] 15 Temperatur [ C] Timer [h] Figur 1. Den blå kurve i diagrammet viser den tørre temperatur og de pinke prikker viser den tilsvarende våde temperatur i løbet af årets 8700 timer. Dry data over Danmark år Den ekstra temperaturdifferens giver ekstraomkostninger til driften af det køleanlæg, som tørkøleren servicerer, set i forhold til hvis der var anvendt et køletårn. Som tommelfingerregel bruger et køleanlæg 2,5 % ekstra energi for hver grad fordampnings- eller kondenseringstemperaturen ændres i forkert retning. Ved en gennemsnitlig temperaturforskel på 6 grader mellem en tørkølerløsning og en køletårnsløsning giver det ekstra omkostninger til køleanlægget fra casen på ca kr (833 MWh ved en vurderet gennemsnitlig COP 2 på 3 og en elpris på 0,7 kr/kwh). Se bilag 2 for beregninger af temperaturforskelle for tørkølere og køletårne. En tørkøler med en ydelse på 500 kw som returnerer vandet ved en temperatur der er 7 K højere end lufttemperaturen koster ca (tilbud fra kølegrossist) Sammenligning af tørkølere og køletårne Ud fra de opgivne priser og antagelser fremgår det, at nutidens køletårnssystemer er billigere i anskaffelse end en tilsvarende tørkøler, men at vandforbruget til køletårnet hurtigt øger de samlede omkostninger og gør køletårnsløsningen dyrere end tørkølerløsningen isoleret set. Dette gælder imidlertid kun, hvis man ikke medtager de indirekte energibesparelser, der er på køleanlægget som illustreret ved den stiplede grønne kurve i diagrammet i figur 2. 2 COP Coefficient Of Performance som er forholdet mellem køleeffekten og tilført effekt til kølekompressorer

22 Akkumulerede udgifter inkl. afskrivning over 5 år [kr] Nutidens køletårn Tørkøler Tørkøler uden ekstraomkostninger på køleanlægget Fremtidens køletårn Figur 2. Diagrammet viser de akkumulerede udgifter til nutidens køletårns løsninger som det ser ud i dag og til en tørkøler løsning (med og uden ekstra omkostninger til køleanlægget) og til fremtidens køletårnsløsning. Der regnes i nutidsværdier med en rente på 5 % og en inflationstakt på 3 % og afskrivninger over 5 år. Det er medtagelsen af afskrivningerne efter 5 år, der knækker kurverne. Fremtidens køletårnsystemer Vandforbruget - regnvand Af analysen fremgår det, at et køletårn som anvender regnvand som spædevand vil kunne udkonkurrere en tørkøler. En positiv sideeffekt ved at anvende regnvand er, at regnvand ikke indeholder kalk, og skal derfor ikke blødgøres. Vandet skal derimod vedligeholdes på en anden måde, end hvad man normalt gør i køletårnsystemer, og man skal være forberedt på at behandle det forskelligt fra system til system. Det skal man, fordi de lokale forhold hvor man opsamler regnvandet fra, er meget forskellige fra sted til sted. Regnvand opsamlet fra et paptag i byen, vil indeholde andre urenheder end regnvand opsamlet fra en støvet parkeringsplads på landet, og vil give forskellige anledninger til mikrobiologisk vækst som skal håndteres. For at det kan lade sig gøre at udnytte regnvand som spædevand, skal der nødvendigvis etableres et regnvandsreservoir, hvilket i sagens natur øger investeringsbehovet. For den beskrevne case er vandforbruget til køling ca. 0,6 m 3 /h (3) svarende til 261 m 3 /måned. I gennemsnit faldt der i 2007 i Østjylland ca. 60 mm vand om måneden, hvilket overslagsmæssigt medfører et nødvendigt opsamlingsareal på 4350 m 2 for at kunne dække køletårnets vandforbrug. Ifølge en tommelfingerregel for beregning af regnvandsbeholdere, kan man skønsmæssigt beregne et beholdervolumen på 6 % af det årlige vandforbrug. I dette tilfælde giver det en beholdervolumen på 188 m 3. Ud fra disse størrelsesbetragtninger anslås det, at der kan etableres et passende År 3 Dette er forbruget udelukkende til køling, dvs. at der ikke bruges vand til fortynding af mineralindhold

23 regnvandsopsamlingssystem for kr hvilket inkluderer beholder, tilslutning og filtreringssystemer. Dette beløb er medtaget i levetidsberegningerne for fremtidens køletårnssystemer i diagrammet vist i figur 2. Visse steder i landet gives endvidere tilskud til udnyttelse af regnvand, hvilket kan bidrage positivt til regnestykket. Dette er ikke medtaget i beregningerne. Vandbehandling Opsamling og anvendelse af regnvand til køleformål er, så vidt vides, ikke set anvendt i Danmark men i udlandet. Desuden findes såkaldte spray- eller coolingponds der virker efter samme princip som køletårne, men hvor kølingen foregår i selve vandreservoiret ved at spraye eller sprøjte vand op i luften, hvorved vandet afkøles. I disse cases har man beskrevet hvilke forhold man skal være opmærksom på, og hvordan man kan komme omkring dem i forhold til vandbehandling. Udgangspunktet for vandbehandlingen i dette projekt vil være anvendelsen af et sandfilter, og/eller eventuelt ultra- eller mikrofiltrering plus dosering af inhibitorer. Men projektet vil belyse dette spørgsmål nærmere, idet der findes et væld af vandrensningsteknologier, som kan komme i spil. Eliminering af legionella risikoen Der er bakterier overalt - også i vores drikkevand. Men det bliver først sundhedsskadeligt hvis koncentrationen af bakterier bliver for høj. Væsentlige parametre der forbedrer vækstrater for bakterier, er et højt organisk næringsindhold i det miljø hvor de findes her vand, samt en tilstrækkelig høj temperatur. I et regnvandsreservoir er der gode vækstbetingelser for bakterier, som skal holdes i ave ved behandling og hensigtsmæssigt anlægsdesign. Som tidligere beskrevet er sundhedsrisikoen ved brug af køletårne forårsaget af, at der med de nuværende koncepter uundgåeligt rives aerosoler 4 af vand med ud af tårnet, som potentielt indeholder for høje koncentrationer af bakterier. Legionellabakterien er den som tiltrækker mest opmærksomhed. Men et nyt koncept, udviklet i et fransk projekt (bilag 4), har fjernet denne medrivning ved at fordele vandet i køletårnet uden dråbedannelse. Nærværende projekt vil tage afsæt i det franske koncept og videreudvikle dette med udgangspunkt i anvendelse af funktionelle overflader på kølefladerne i køletårnet. De funktionelle overflader kan tilføres egenskaber som slip let, hydrofile 5 eller bakteriedræbende hvor den hydrofile funktion vurderes at være meget relevant. I projektet vil det blive undersøgt hvilke egenskaber, der vil være mest fordelagtige at anvende i et køletårn. Teknologisk Institut har eksperter på de pågældende områder, som vil blive inddraget i projektet i fornødent omfang, og de teknologierne vil, efter nærmere foranalyser, blive afprøvet i laboratorietest og i fuldskala demonstrationsdelen. Projektets målsætning Det er således projektets målsætning at udvikle et køletårn, der ikke indebærer en sundhedsrisiko, og som har en bedre levetidsøkonomi end en tørkøler. Dette vil ske ved at anvende behandlet regnvand som spædevand i stedet for postevand, og ved at forhindre dråbedannelse i køletårnet. I fase 1 af projektet vil det endvidere blive afdækket, om der er andre barrierer, som ikke er beskrevet i de foregående afsnit, der taler for anvendelsen af tørkølere frem for køletårne. 4 Aerosoler er mikroskopiske dråber i væskeform som ikke er opløst i luften 5 En hydrofil overflade har den egenskab at hvis en vanddråbe placeres på overfladen flader den ud. Modsætningen er en hydrofob overflade som er vandafvisende, og en dråbe placeret på en hydrofob overflade vil være mere kugleformet.

24 Forretnings- og energibesparelsespotentiale For at finde det samlede økonomiske og energibesparende potentiale for projektet, er der i det efterfølgende foretaget en vurdering og analyse af det nationale marked for køletårne og tørkølere i industriel størrelse. Ved industriel størrelse forstås i denne sammenhæng kølesystemer med en køleydelse større end 100 kw. Projektets samlede økonomiske potentiale består af 3 delelementer. 1. Et optimeret køletårnskoncept, der har et direkte omsætningspotentiale ved at tilbageerobre markedsandele fra tørkølerløsninger 2. Et direkte energibesparelsespotentiale gennem et lavere energiforbrug til ventilatorer i et køletårn sammenlignet med tørkølere 3. Et indirekte energibesparelsespotentiale gennem et lavere energiforbrug til det køleanlæg som køletårnet fjerner energi fra. For at kunne vurdere omfanget af de tre umiddelbart kvantificerbare potentialer, er det relevant at kende minimum to tal: 1. Energiforbruget- og den potentielle besparelse for segmentet 2. Antallet af relevante kølesystemer i segmentet I forbindelse med gennemførelsen af et EFP-projekt under titlen Energioptimal Styring og Overvågning, ESO : EFP j.nr. 1273/ , blev der gennemført en markedsanalyse, der opdelte energiforbruget til køleanlæg på forskellige typer og anvendelsessegmenter. Den markedsanalyse er anvendt som udgangspunkt for at vurdere antallet af relevante anlæg og energiforbruget af disse. Ad.1.) Energiforbruget- og den potentielle besparelse for segmentet Ifølge analysen foretaget i ESO-projektet, er det årlige energiforbrug til vandbårne kølesystemer i følgende anvendelsessegmenter: 1. Luftkonditionering (A/C): 292 GWh/år 2. Industri (primært fødevarer og sekundært kemisk industri): 676 GWh/år 3. Engroshandel (primært køle-/fryselagre): 311 GWh/år. Ved summering af disse tal fås 1273 GWh pr. år (år 2000). Størstedelen af anlæggene i disse segmenter anvender vandbårne energisystemer. Ifølge en markedsundersøgelse, gennemført i et andet nyere projekt: Energimærkning af industrielle produkter udvikling af metodebeskrivelse og demonstration på fabriksfremstillede køleunits chillere PSO nr.: (herefter kaldet chiller projektet), er man nået frem til, at det samlede energiforbrug til væskekølere (Chillere) er 1700 GWh/år. Væskekølerne, identificeret i det pågældende projekt, anvendes i høj grad i det industrielle segment, som dette projekt fokuserer mod, og betragtes derfor som en anden reference til energiforbruget for segmentet. Det vurderes derfor, at energiforbruget for det industrielle kølesegment er et sted mellem 1273 og 1700 GWh/år. I den videre analyse anvendes et energiforbrug på 1500 GWh/år som forbrug for industrielle vandkølesystemer. Det gennemsnitlige besparelsespotentiale for beregningerne er 15 % jf. beregningerne i bilag 2. Under antagelse af, at det samlede energiforbrug for segmentet er 1500 GWh/år og besparelsespotentialet beregnet i eksemplet kan anvendes som gennemsnitsbetragtning, er det

25 samlede besparelsespotentiale altså 824 TJ/år svarende til ton CO 2 /år og 229 GWh alene for køleanlægget vedkommende. Derudover kommer det øgede energiforbrug til ventilatorer (23 kw 9 kw) beregnet og estimeret til 42 GWh. Et forsigtigt bud er, at projektet vil medføre, at der på 5-års sigt installeres køletårne i stedet for tørkølere på 100 køleanlæg, hvilket vil medføre en energibesparelse på 13 GWh på køleanlægget (gennemsnitlig køleydelse MWh, driftstid 5000 h/år og COP = 3), plus det ekstra energiforbrug til ventilatorerne på 14 kw per anlæg svarende til 7 GWh. Det svarer til 71 TJ og ca ton CO 2. Ved en energipris på 700 /MWh er det samlede økonomiske besparelsespotentiale 13.8 millioner kroner per år, når alle 100 anlæg er installeret. Ad. 2) Antallet af køleanlæg i segmenterne Det største besparelsespotentiale ligger på de store industrielle systemer, hvorfor der fokuseres på dette segment i projektet. I det efterfølgende er der gjort et forsøg på at finde frem til, hvor mange køleanlæg, der eksisterer i segmentet, som med fordel kunne køles med et køletårn i stedet for en tørkøler. Det understøtter vurderingen af, om det er realistisk, at kunne sælge 100 ekstra køletårnssystemer på de 5 år, som beregningerne forudsætter. Markedsanalysen gennemført i ESO projektet, angiver nogle tal for installerede køleanlæg i nogle af segmenterne, og i andre segmenter angives kun det samlede energiforbrug. Følgende tabel giver et overblik. Segment Virksomheder Køleanlæg Proceskøling 1338 Frysehuse mv Antal mejerier Isproduktion Margarine 9 27 Bryggerier Dybfrost Fiskefars Kødforædling Fjerkræ Kreaturslagterier Svineslagterier Chillere til A/C 2920 I alt Tabel 1: Oversigt over relevante segmenter og estimeret anlægsmasse og slutteligt antaget antal varmevekslere. Tallene skrevet med rødt, er værdier baseret på antagelser om, at der i gennemsnit er installeret 3 køleanlæg pr. virksomhed. Dette er antagelser foretaget af Teknologisk Institut.

26 I segmentet proceskøling er der ikke angivet et virksomhedsantal, men det er anført, at de fleste anlæg i segmentet er chillere. Antallet af chillere til A/C, angivet i tabellen, stammer fra chiller projektet. Der er et overlap i tabellen omkring antallet af chillere, således at køleanlæggene, angivet i segmentet Proceskøling, er inkluderet i segmentet Chillere til A/C. Så i stedet for et samlet antal køleanlæg på reduceres antallet til ( )) stk. Ud fra den betragtning vurderes det muligt at sælge de 100 køletårns systemer som tidligere estimeret. Opsummering af erhvervspotentialet: 1. Omsætning i løbet af 5 år på køletårnssystemet x 100: 18 mio. 2. Energibesparelser i løbet af 5 år: 13.8 mio. kr/år. I alt: 31.8 mio. /år

27 Bilag 2. Tørkølere I en tørkøler strømmer det varme vand indvendigt i rør og afgiver sin varme til luften, der suges henover tørkøler ved hjælp af en ventilator. Tørkøleren er forsynet med udvendige finner for at øge det varmeoverførende areal. Varmeovergangstallet på luftsiden er den begrænsende faktor for varmeafgivelsen i en tørkøler, hvorfor det varmeoverførende areal er meget stort til en given varmeydelse. I henhold til ASHRAE Handbook 2004 HVAC Systems and Equipment Kapitel 36 kan vandet i en tørkøler, ud fra et økonomisk optimum køles til 11 K over den tørre temperatur. I forhold til tilbuddet fra den danske kølegrossist giver ASHRAES beregninger et optimum der ligger 4 K over temperaturen som loves i tilbuddet. I de efterfølgende sammenligninger anvendes tallene fra tilbuddet. I nedenstående figur er temperaturprofilet for en tørkøler vist. Luften med den tørre temperatur Tli bliver varmet op til temperaturen Tlu ved afkøling af vandet med indgangstemperaturen Tvi til udgangstemperaturen Tvu. Forskellen mellem Tli og Tvu benævnes DT og er de før omtalte 11 K (eller 7 K). Temperatur T vi Tørkøler Kølevand T vu DT T lu T li Luft Areal Energiforbruget til ventilatorer er fundet i et beregningsprogram fra Güntner som leverer tørkølere. For en tørkøler med en køleydelse på 500 kw bruger ventilatorerne 23 kw. Køletårn I køletårnet køles det opvarmede vand ved en kombination af masse og varmetransport. Dette giver betydeligere højere varmeovergangstal end i en tørkøler. Det er samtidig muligt at skabe store varmeoverførende arealer per volumen i et køletårn. I et køletårn afkøles vandet derfor typisk til ca. 2-3 K (ASHRAE Handbook HVAC Systen and Equipment) over den våde temperatur. I nedenstående figur er temperaturprofilet gennem et modstrømskøletårn vist. Temperaturdifferencen mellem vandets afgangstemperatur Tvu og luftens våde temperatur Tvb. er de før omtalte 2-3 K.

28 Temperatur Køletårn T vi Kølevand T lu DT T vu T wb Luft Areal Da den våde temperatur er gennemsnitlig 1,6 C lavere end den tørretemperatur i Danmark ( DRYdata) og der samtidig kan opnås en væsentlig bedre afkøling af vandet i et køletårn, vil vandet derfor gennemsnitligt kunne køles 6,1 K (7 K + 1,6 K - 2,5 K) mere i et køletårn end i en tørkøler. Ventilatoreffekten til et 500 kw køletårn er ca. 9 kw. En tommelfingerregel siger, at for hver grad kondenserings- eller fordampningstemperaturen i et køleanlæg ændres i forkert retning øges energiforbruget med 2,5 %. Ud fra forudgående analyse af typiske temperaturforhold for en tørkøler og et køletårn antages som gennemsnitsbetragtninger at kondenseringstemperaturen for det køleanlæg køletårnet eller tørkøleren køler vand til vil være ca. 6,1 K grader lavere ved brug af et køletårn i stedet for en tørkøler. Ud fra førnævnte forhold omkring øget energiforbrug vil anvendelsen af et køletårn reducere køleanlæggets energiforbrug med ca. 15 %.

29 Bilag 3: Teknisk beskrivelse af et køletårn Åbent køletårn Luft ud Vand ind Fyld legemer Luft ind Luft ind Vand ud Ovenstående figur viser henholdsvis et åbent og et lukket køletårn. Beskrivelse af et åbent køletårn: Det varme vand fra køleanlæægets kondensator ledes til et dysesystem og fordeles udover fyldlegemer, der udemærker sig ved at have en stor overflade pr. volumenenhed. På fyldlegemerne vil det varmevand fordele sig som en tynd film med stor overflade. Vandet strømmer i modstrøm med luften, der suges ind i bunden af køletårnet. Hvis luften ikke er mættet med vanddamp vil der ske en fordampning af det varmevand, der således bliver afkølet. Luften suges ud med et højere vandindhold af en ventilator, der sidder i toppen af køletårnet. For at undgå væskemedrivning af vandet sidder der prelplader før ventilatoren, der udskiller det vand som måtte blive revet med af luften. Beskrivelse af et lukket køletårn Det lukkede køletårn kan opfattes som en blanding mellem et køletårn og en luftkølet kondensator. Kølevandet cirkulerer i en lukket kreds fra køleanlæggets kondensator til køletårnet. Afkølingen foregår ved at spray vand udover varmeveksleren og der dannes igen tyndfilm på overfladen af varmeveksleren. I modstrøm med vandet der sprayes udover varmeveksleren, suges luft. Hvhis luften ikke er mættet med vanddamp, vil der ske en fordampning af vandet fra overfladen af varmeveksleren til luften. Fordampningen sker ved varmeafgivelse, der tages fra kølevandet, der cirkulerer inde i rørene af varmeveksleren, og det varmevand bliver således afkølet. Spray vandet falder ned i bunden af køletårnet og recirkuleres af en pumpe tilbage til spraysystemet. Vandforbruget vil være den mængde vand der fordamper til luften og evt. rives med luften gennem ventilatoren til omgivelserne. Der skal således spædes nyt vand til køletårnet. Hvis der i stedet for strømmer kølemiddel inde i rørene i stedet for vand kaldes det lukkede køletårn en fordampningskondensator, idet der sker en fordampning af vandet uden på rørene og en kondensering af kølemiddel indvendigt i rørene.

30 Tørkøler Luft ud Varm vand ind Varm vand ud Luft ind Luft ind Ovenstående figur viser en principskitse af en tørkøler. Det varme vand fra f.eks. en kondensator i et køleanlæg ledes til tørkøleren, hvor det strømmer indvendigt i rørene. Det varme vand afkøles under varmeafgivelse til luften, der suges igennem tørkøleren af en ventilator. Tørkøleren er på luftsiden forsynet med finner, der øger varmeoverganstallet og det varmeoverørende areal. Varmeovergangstallet på luftsiden er lavt, hvorfor tørkølere skal have et stort varmeoverførende areal. Ved design af en tørkøler anvendes luften tørre temperatur. Drift af køletårne og tørkøler Fordelen ved at anvende køletårne frem for luftkølede kondensatorer eller tørkølere er at køletårne afgiver varmen ved den våde temperatur og tørkøler/ luft kølede kondensatorer ved den tørre temperatur. Nedenstående figur data for reference året i Danmark med temperauren på y aksen og antal timer på x-aksen. I figuren er den tørre temperatur og den våde temperatur indtegnet. Man ser at den våde temperatur ligger under den tørre temperatur, hvilket betyder at et køletårn kan køle det opvarmede vand til en lavere temperatur end en tørkøler, hvilket har stor indflydelse på f.eks. driften af et køleanlæg. Ved at sænke vand temperaturen til køleanlæggets kondensator sænkes kondenseringstemperaturen. Den våde temperatur er gennemsnitlig 1,6 K lavere end den tørre temperatur, hvilket betyder at kondenseringstemperaturen på køleanlægget kan sænkes med 1,6 V. Dette betyder energibesparelse på køelanlægget, idet en tommelfinger regel siger at energiforbruget kan sænkes med 2,5% for hver grad kondenseringstemperaturen sænkes.

31 Temperatur [ C] 10 0 T_tør [ C] T_våd [ C] Timer [h]

32 Bilag 4 : Fransk paper på nyt køletårnsprincip

33 ICR07-B ENERGY PERFORMANCE OF A NEW DESIGNED COOLING TOWER WITH ZERO AEROSOL FORMATION Chantal MAATOUK, Assaad ZOUGHAIB, Denis CLODIC Ecole des Mines de Paris, Center for Energy Studies 60, boulevard Saint-Michel F Paris Cedex 06 Phone: Fax: Chantal.maatouk@ensmp.fr, assaad.zoughaib@ensmp.fr, denis.clodic@ensmp.fr ABSTRACT Cooling towers have been spreading widely in urban environment, increasing consequently the risk of legionella. A new design of cooling tower is proposed with zero aerosol formation thus reducing the risk of legionella. The new design is based on counter-current water-air flow on inclined surface. A film of water flows in laminar regime and avoids aerosol formation. This paper presents the evaluation of the energy performances of this new design and summarizes the study of several technical options for improving them. A test bench realized at the CEP has allowed optimizing the different parameters in order to attain comparable energy performances to classical cooling towers. 1 INTRODUCTION Cooling towers are commonly used to dissipate heat from water-cooled refrigeration and industrial process systems by a combination of heat and mass transfers. The water to be cooled is distributed to the tower by water sprays or jets that break up the water volume into droplets exposing thereby a very large water surface area to atmospheric air. Atmospheric air is circulated by fans, convective currents, natural wind currents, or induction effect from sprays. To increase contact surfaces, as well as exposure time, a heat transfer medium, or packing fill, is installed below the water distribution system, in the path of the air. The water circulating in a cooling tower contains dissolved solids, such as salts, and suspended solids, such as algae, bacteria and other organic matters. When a large water droplet hits the packing fill surface, it breaks up into finer droplets. These latter are transported with the up going air stream into the atmosphere along with their solids particles. In 1976 at an American Legion convention in Philadelphia, 221 people contracted a previously unknown lung infection and 34 subsequently died (Skaliy et al., 1980). The bacterium responsible, Legionella pneumophilia, grows in water and droplets carry it to the lungs, causing Legionellosis or Legionnaires disease. Many outbreaks of fatal infection worldwide have been traced to the drift loss from cooling towers with substantial growths of organic matters. The control of this specific bacterium in cooling towers became a public health issue. Many measures for preventing infection with Legionnaires disease are recommended e.g., chemical treatment and cleaning program (Thomas et al., 1989). However, no treatment was considered to be statically 100% effective in preventing Legionella colonization (Miller et al., 2006). Chemical and physical treatments are used to limit the survival and proliferation of legionella bacteria in water circuits, but that is insufficient when water contamination is fast. In 1998, laws and regulations were established by the European communities, to set up an epidemiological surveillance and control of this disease (COJEC, 1998), mainly in cooling towers. International Congress of Refrigeration 2007, Beijing. 1

34 In order to eliminate dissemination in the atmosphere, a new concept of cooling tower was developed, avoiding aerosol formation and dispersion in the atmosphere. 2 DESCRIPTION OF THE NEW CONCEPT The laboratory scale prototype, developed at the CEP is a new concept (Clodic et al., 2004) of cooling tower based on laminar liquid flow on a smooth surface, in counter-current with the airflow. The nozzles and the fill of classical cooling towers are eliminated and replaced by a system of water flooding on an inclined plane surface. The basic concepts are the management of water distribution in order to control the water film thickness flowing on a reference surface, as well as the velocity of both the water and the air flows in order to avoid water drift. 2.1 Concept basis A cooling tower consists mainly of a system of water distribution, a fill, a ventilation system, and a water-collecting basin. The usual devices for the water distribution on the fill are nozzles spraying water on the fill. This system presents the major deficiency to be aerosol generators. The risk of aerosol drift in a cooling tower is located in three parts of a classical cooling tower: The pulverization and bursting of water The counter-current flow of air and water in the fill The water recovery, which is usually a cross flow between air entering the cooling tower and water leaving the fill. The measurements done on existing cooling towers and the modeling of counter-current flow show that efforts must be concentrated on water distribution and on water recovery. This requires a water film stuck on the heat-transfer surface to control its thickness and the good distribution on this surface, which constitutes the first stage of prevention of aerosol entrainment. Then it is necessary to control the water velocity on the heat-transfer surface so that the amplitude of the free-flow waves is low enough so that they cannot be chopped by the airflow. Finally, it is necessary that the water film can be recovered without being crossed by the airflows. 2.2 Water distribution The technical solution for the water distribution is a flooding water method with controlled film thickness that sticks on the surface. A water distribution system is used for each elementary heattransfer surface. The feeder tank receives a fraction of the total water flow; its dimensions and its structure make it possible to have a calm water film correctly distributed all over the elementary surface. Water leaves this feeder tank through a lip of distribution, whose opening and length allow precise control of the water film thickness. The association of the feeder tank and the lip of distribution allow circulation of the desired fraction of the water flow all over the heat exchange surface with a desired water film thickness. Once the water film, at constant thickness, is homogenously distributed all along the surface, the surface slope, and its properties, will determine the water velocity in conjunction with the airflow. Indeed, water circulates by gravity and thus its movement is uniformly accelerated. In the present study, the heat exchange surface width is 2 m long, the length and the slope are optimized based on experiments. The water film thickness at the feeder tank exit is controlled to be 1 mm. Figure 1 shows the water distribution system. As it is presented in this figure, the feeder tank is divided into three compartments. The water flow enters the first compartment at high velocity, and then it passes through slots to the second then the third compartment, where it changes direction and passes between the tank and the lip. Finally the water exits the feeder tank and flows on the heat exchange surface. International Congress of Refrigeration 2007, Beijing. 2

35 In literature (Ishii et al., 1975), droplet entrainment is related to the wavy shape of the interface of the liquid film. Controlling the effect of gravity acceleration of the water film is essential to maintain a slightly wavy flow with a low Reynolds number that defines a wavy laminar flow. Then the wave amplitudes are sufficiently low to not being chopped by the airflow, thus avoiding the formation of aerosols. Figure 1. Water distribution system. The water distribution system width is 2 m long, similarly to the heat exchange surface. It has the same thickness as the heat exchange surface, which is 6 mm. CFD simulations were realized to optimize the length of the feeder tank, and the number and dimensions of the slots. Figure 2 presents water velocity in the distribution system as well as water distribution on the heat exchange surface. Figure 2. Water velocity inside and at the exit of the tank. 2.3 Counter current water/air flow and water recovery Heat-transfer plates are made of extruded polycarbonate relatively light weighted, but capable of insuring good system rigidity and resisting against bending. International Congress of Refrigeration 2007, Beijing. 3