Transkritisk varmegenvinding med CO2-køleanlæg

2011 Transkritisk varmegenvinding med CO2-køleanlæg Anders Riis Thomsen 08-06-2011

Titelblad Forfatter: Anders Riis Thomsen (7037) Hold: A08-2 Modul: Bachelorsemester Projekttitel: Transkritisk varmegenvinding med CO 2 køleanlæg Projekttype: Bachelorprojekt Fagområder: Køl Placering i uddannelsesforløb: 6. semester Uddannelsesinstitution: Aarhus Maskinmesterskole Vejleder: Per Hessellund Afleveringsdato: 08-06-2011 Antal normalsider: 40 Forside: SuperBrugsen Høruphav 2

Abstract This report will deal with the main issue of heat reclaim with a transcritical CO 2 cooling application. The report will explain theory about CO 2 and its potential in cooling applications and in heat reclaim applications. CO 2 will in the report be compared to conventional HFC refrigerants and under some circumstances found lower on energy consumption. It will be found that the benefit of CO 2 in heat reclaim is CO 2 ability to create high temperature quality. In connection to the installation of a CO 2 -boostersystem in SuperBrugsen Høruphav the report will deal with the difficulties experienced here. The optimum heat reclaim has not been obtained and temperatures in the shop are too low in wintertime. The buildings gas fired boiler has been removed and the intention is that all heat needed, should be supplied from the CO 2 - boostersystem. The report will investigate how the buildings heating installation will prove to be insufficient due to lower temperatures of the water entering; compared to the gas fired boiler. The report will analyze this problem by looking into the thermodynamic cycle of the CO 2 -boostersystem with heat reclaim. The report will conclude that lower water return temperatures will make the boostersystem able to raise pressure and thereby create more heat and higher temperature quality. The report will conclude that the shop heating installation has to be improved in order to obtain the heating needed. The solution will be to raise the air circulation in the shop and, if possible, to lower temperatures of the water returning to heat reclaim system. The report will investigate and evaluate three options for finding a solution. A solution will be recommended, on the base of further investigation. The report will conclude that forced convection is a good solution for circulating heat in the shop. A heat ventilator will be suggested. This recommendation will be based on conclusions of the technical analysis and also on the base of an economical assessment. The investment of the CO 2 -boostersystem as a whole will be assessed. The conclusion will be that the investment is sensitive to gas prices. The investment seen with today s gas prices will give a zero balance. However the investment is expected to give a positive result due to the raise of gas prices. 3

Indholdsfortegnelse Titelblad... 2 Abstract... 3 Forord... 6 Indledning... 7 Problemformulering... 10 Afgrænsning... 10 Metode... 11 Teori... 12 Tilstandsændringer for stoffer... 12 Varmegenvinding med CO 2... 14 Beregning af COP-Varme... 15 Sammenligning af COP-varme... 18 COP-køl -sammenligning af energiforbrug... 19 Anlægget i Hørup Hav... 21 Specifikationer... 22 Effekt pr m 2 for opvarmning... 22 Kredsproces to-trins booster anlæg... 23 Opbygning af køleanlægget... 24 Varmegenvindingsanlægget... 28 Styring og regulering... 29 Teknisk Analyse... 33 Indledning... 33 Driften af anlægget 17-03-2011... 34 Kredsprocessen... 36 Returtemperaturen... 36 Højtryk... 36 Opsummering på driften... 37 Konvektor installationen... 38 Forsøg med blæsere... 39 Beregning på potentiale ved øget konvektion... 39 Tvungen konvektion på eksisterende konvektorer Customløsningen... 42 Opsummering... 47 4

Integreret løsning... 48 Tilbud fra Meinertz... 49 Kovektorernes placering... 50 Luftflow... 52 Opsummering... 53 Varmeventilator... 53 Air Connection... 54 Tilbud fra Air Connection ApS... 54 Placering af varmeventilatorerne... 55 Luftflow... 56 Opsummering... 57 Økonomisk analyse... 57 Indledning... 57 Valg af løsningsmodel... 57 Custom løsningen... 57 Meinertz løsningen... 57 Airconnection løsningen... 58 Attraktivitet... 58 Opsummering... 59 Udnyttelse af overskudsvarme -afgifter og rentabilitet... 60 Rentabilitet i praksis... 61 Rentabilitet af CO 2 -anlægget SuperBrugsen Høruphav... 62 Tidsfaktorens betydning levetid... 64 Cashflow... 64 Følsomhed over for gasprisen... 66 Alternativt overskud... 67 Opsummering... 68 Konklusion... 69 Litteraturliste... 70 Bilagsfortegnelse... 71 5

Forord Denne rapport vil indeholde teori omkring anvendelsen af CO 2 som kølemiddel og til varmegenvinding. Rapporten indeholder en beskrivelse af opbygning samt driftsreguleringen af CO 2 køleanlægget hos SuperBrugsen i Hørup Hav. Rapporten vil behandle problematikken omkring at kunne udnytte varme fra køleanlægget i Høruphav. Rapporten vil afdække, hvad der kan gøres for at optimere udnyttelsen af overskudsvarmen og hvorfor. Der vil blive anbefalet en løsningsmodel. Rapporten vil basere sin tilgang på de valgte metoder. Der vil være en perspektivering af de afgiftsmæssige forhold, som knytter sig til varmegenvinding. Det forudsættes at læseren har den grundlæggende viden, på maskinmester niveau, om køleanlæg, varmeveksling og konvektion og kender de grundlæggende tekniske termer. Afsnittenes opsummering vil indeholde de konklusioner, som uddrages af det pågældende afsnit. Fodnoter hvor der henvises til intern vedrører kildemateriale som Danfoss, Køleafdelingen, forbeholder sig retten til ikke at offentliggøre som helhed. Priser i rapporten er ex moms. Tak til Thomas Rask, Kenneth Bank Madsen, Peter Bjerg, Jens Wind, Ole Høj Lauritsen, Dennis Thaysen Jensen og Jan Smed. Anders Riis Thomsen 08-06-2011 6

Indledning Høje priser på fossile brændstoffer gør, at der i dag er et stigende fokus på udnyttelse af overskudsvarme fra proces. På Energistyrelsens webside 1 kan man se udviklingen af oliepriserne for de sidste 20 år. Prisen i $ stammer fra U.S. Energi Administration s (EIA) webside 2 og er udskibningspriser for Europa (fob) 3 pr. tønde råolie. Illustration af olieprise fra Energistyrelsens webside 1 På websiden kan der konstateres en stigning fra priser omkring 30$ pr tønde olie i december 2003 til en pris på 117,82$ pr tønde d. 10. maj 2011. En 390% stigning på under 11 år. Ifølge Danmarks Statistik s webside 4 kan det læses at inflationen i samme periode, for Danmark, har lagt mellem 1,2 og 3,4% p.a. En samlet inflation for perioden på 13,6% kan derfor ikke forklare tilvæksten og denne, må derfor kategoriseres som en prisstigning. 1 Energistyrelsen: Oliepriser siden 1991 http://www.ens.dk/dadk/info/talogkort/statistik_og_noegletal/energipriser_og_afgifter/oliepriser/sider/forside.aspx, sidst lokaliseret 18-05-2011 2 U.S. Energi Administration: Oliepriser pr tønde råolie, oversigt. http://www.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/leafhandler.ashx?n=pet&s=rbrte&f=d, sidst lokaliseret 18-05-2011 3 EUR LEX: begrebet fob. http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=celex:31977d0190:da:html, sidst lokaliseret 18-05-11 4 Danmarks Statistik: Inflation i Danmark siden 1900. http://www.dst.dk/statistik/nogletal/seneste/indkomst/priser/fpi_inflation.aspx, sidst lokaliseret 18-05-11 7

Ifølge resultaterne af Energistyrelsens projekt: Virksomhedsrentabel udnyttelse af overskudsvarme, samt afdækning af evt. potentiale 5 side 3, vurderes det, at der i dansk erhvervsliv er et potentiale for genvinding af 5000 TJ. Dette svarer på baggrund af tal fra Energicenter Vestjylland 6 og egne beregninger til forbruget af varme i 67.000* husstande. Køleanlæg er i den forbindelse interessante pga. køleprocessens afgivelse af varme. I dag gælder restriktioner og forbud for kølemidler indeholdene drivhus- og ozonnedbrydendegasser. På Retsinformation s webside kan man i Miljøministeriets bek. om visse ozonlagsnedbrydende stoffer 7 og i bek. om regulering af visse industrielle drivhusgasser 8 læse om forholdene. Ligeledes også på Kølebranchens Miljøordning s webside 9. Skatteministeriets har desuden indført afgift på CFC og andre industrielle drivhusgasser. Lovbekendtgørelsen kan findes på Retsinformations webside 10. De aktuelle afgiftsniveauer kan findes på Skatteministeriets webside 11 Begrænsningerne gør at der søges alternative teknologier. Danfoss, Køleafdelingen (RA), skriver side 4 i rapporten Refrigerant options now and in the future 12 at der indenfor industrien er sket en stor udvikling over de sidste 20 år mod anvendelsen af naturlige kølemidler. I forhold til at opnå en høj energieffektivitet på køleprocessen, driftssikkerhed, lave investeringsomkostninger og udnyttelse af overskudsvarme er det nødvendigt at finde et kølemiddel, som er i stand til at opfylde alle krav. Danfoss anser i dag CO 2 som det mest attraktive naturlige kølemiddel inden for industri og fødevare detailhandelen 13. Danfoss begrunder på deres webside 14 vurderingen med, at CO 2 er et miljøvenligt kølemiddel og at lovgivningen i mange lande ønsker at fremmer brugen af de naturlige kølemidler som CO 2. Desuden at CO 2 ikke er giftigt og ikke er brændbart. *Beregnet ud fra opvarmning; 125kWh pr m 2 om p.a. og varmt brugsvand: 750 kwh pr. person p.a. 140 m 2 bolig og 4 personer. 5 Energistyrelsens projektrapport (2007): Virksomhedsrentabel udnyttelse af overskudsvarme, samt afdækning af evt. potentiale. http://193.88.185.141/graphics/publikationer/energibesparelser/overskudsvarmeafsluttenderapportfebruar2009.pdf, sidst lokaliseret 18-05-2011 6 EnergiCenter Vestjylland: Gennemsnitligt energiforbrug. http://www.energicentervestjylland.dk/default.asp?id=127, sidst lokaliseret 17-05-2011 7 Retsinformation: bek. om visse ozonlagsnedbrydende stoffer, https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=12553, sidst lokaliseret 18-05-2011 8 Retsinformation: Bek. om regulering af visse industrielle drivhusgasser. https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=12578, sidst lokaliseret 18-05-2011 9 Kølebranchens Miljøordning: Lovgivning omkring kølemidler. http://www.kmo.dk/949.aspx, sidst lokaliseret 18-05-2011 10 Retsinformation: Lbk. om afgift på CFC og andre industrielle gasser. https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=18091, sidst lokaliseret 18-05-2011 11 Skatteministeriet: Aktuelle afgiftssatser for visse ozonlagsnedbrydende stoffer og drivhusgasser. http://www.skm.dk/tal_statistik/satser_og_beloeb/184.html, sidst lokaliseret 18-05-2011 12 Danfoss RA rapport: Refrigerant options now and in the future. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA). http://www.ra.danfoss.com/technicalinfo/literature/manuals/ra/dkrape300a302.pdf, sidst lokaliseret 19-05-2011 13 Danfoss RA: Danfoss - Your CO2 Solution Provider. http://www.danfoss.com/businessareas/refrigerationandairconditioning/refrigerants/co2.htm, sidst lokaliseret 18-05-2011 14 Danfoss RA: Hvorfor CO2 Food Retail applikationer. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA). http://www.danfoss.com/denmark/businessareas/refrigeration+and+air+conditioning/kolemidler/hvorfor+co2+food+retail+ap plikationer.htm, sidst lokaliseret 19-05-2011 8

Ud fra undersøgelser på anlæg i detailhandelen har effektiviteten ved et CO 2 -anlæg vist sig lige god eller bedre end anlæg med konventionelle kølemidler. I Danfoss s interne rapport High efficient heat reclaim with CO 2 15 side 4 og 5 påvises CO 2 s gode egenskaber ift. varmegenvinding; idet der fra et CO 2 anlæg kan produceres varmt vand med en høj temperaturkvalitet, som ellers ikke kan opnås direkte fra andre anlæg. Det er dog ikke altid at implementeringen af teknologien går lige let alle steder. I SuperBrugsen Høruphav på Als fik man efter brand i april 2010 installeret et CO 2 -anlæg med varmegenvinding. Her har det givet store problemer, at bygningens varmeinstallation ikke er blevet designet med henblik på varmegenvinding fra et CO 2 -anlæg. Bygningens varmesystem blev ifølge direktør Jens Wind genopbygget, som det havde været før branden. Dette var forsikringens krav. På daværende tidspunktet blev det ikke overvejet, om varmesystemet i butikken kunne opfylde de krav, som varmegenvinding med CO 2 køleanlægget ville stille. Det har ifølge Brugsuddeler Ole Høj Lauridsen ikke været muligt at opnå komforttemperaturer. Bygningens gasfyr blev sløjfet efter genopbygningen og det har i vinteren 2010-2011 været nødvendigt med elektriske varmeblæsere, fordi der ikke genvindes nok varme. Dette tilkøb af varme er uønsket og dyrt. Desuden giver de lave temperaturer problemer med arbejdsmiljøet. I dag er man i et forløb hvor ingeniører fra Danfoss Køleafdeling, Teknikere fra Vojens Køleteknik og VVSmontører fra Kellman-VVS forsøger at løse problemerne. At der ikke umiddelbart kan ses en endegyldig løsning finder jeg spændende. Som jeg ser det er der mange faktorer der spiller ind på hinanden og at løse problemet er ikke simpelt. Jeg mener dog at der er et realistisk potentiale for optimering Billede af skaderne efter branden i Høruphav, JydskeVestkysten: SuperBrugsen i Høruphav raseret af brand (04-04-2010) 16. 15 Danfoss RA (2010): High efficient heat reclaim with CO2. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA). Vedlagt som bilag 1 16 JydskeVestkysten http://www.jv.dk/artikel/855902:soenderborg--superbrugsen-i-hoeruphav-raseret-afbrand?image=0#image, sidst lokaliseret 19-05-11 9

Problemformulering Hvordan optimeres varmegenvindingen i SuperBrugsen Høruphav for derigennem at understøtte den økonomiske rentabilitet i forhold til drift af anlægget? Afgrænsning Jeg vil undersøge, om en større varmeafsætning i butikkens varmekreds, og lavere returvandstemperaturer vil give højere temperaturkvalitet og mere varme fra genvindingsanlægget og herved løse problemet med opvarmningen i butikken. Jeg vil undersøge muligheden for bedre varmeafsætning og lavere returvandstemperaturer ved tvungen konvektion. Dette med udgangspunkt i butikkens eksisterende konvektorer. Det skal undersøges om der herved, kan findes en egnet løsning. To andre løsningsmodeller med tvungen konvektion vil blive undersøgt i den tekniske analyse og vurderet teknisk egnet eller uegnet. På baggrund af den tekniske analyse og et økonomisk overslag vil attraktiviteten af løsningsmodellerne blevet vurderet. Der vil på baggrund af dette blive anbefalet en løsningsmodel. Teoriafsnittet vil beskrive CO 2 og de specielle egenskaber, som knytter sig til stoffet i forhold til varmegenvinding og køling. Jeg vil beskrive de tekniske egenskaber ved at se på sammenligninger med HFCkølemidler. Det skal undersøges om investeringen i anlægget i Høruphav er rentabel, når det forudsættes, at genvindingsanlægget leverer den varme som der er behov for. Dette skal undersøges ved at se på tilbagebetalingstiden og anlæggets levetid. Tilbagebetalingstiden vil blive set i forhold til opvarmning med gaskedel. Der vil være fokus på brændsels- og afgifts- mæssige forhold. Jeg ønsker at perspektivere økonomien i forhold til det afgiftsmæssige ved udnyttelse af overskudsvarme i Danmark. 10

Metode Jeg vil i rapporten tage udspring i den videnskabelige positivisme. På baggrund af empiri og fagteknisk forforståelse vil jeg opstille forslag til optimering. Den empiriske og fagtekniske forforståelse er bestemmende for, hvilke forhold jeg anser som relevante at undersøge. Fordelen er at en forforståelse giver en lettere tilgang til en undersøgelse. Ulempen er, at alle forhold ikke vil blive undersøgt. Jeg vil igennem processen forsøge at være opmærksom på forhold i projektets randzone for ikke at udelukke disses indflydelse. De ændringer som skal laves på anlægget, bliver først gennemført efter projektperiodens afslutning. Det bliver derfor ikke mulig, at bekræfte indflydelsen på driften ved observation og forsøg. Jeg ønsker derfor at verificere de forhold som kan have en positiv indflydelse, hovedsageligt ud fra teori. Min metodiske tilgangsvinkel hertil vil være deduktion, som forklaret af Nina Bonderup Dohn i Teoriers muligheder og begrænsninger 17, s.7. For at give den rigtige konklusion, er det her en betingelse at præmisserne for de fagtekniske teorier er korrekte. Validitet af disse teorier vil jeg sikre ved bl.a., at anvende kendte undervisningsmaterialer for maskinmesteruddannelsen. Jeg ønsker desuden at være kildekritisk med udgangspunkt i Lotte Rienecker og Peter Stray Jørgensen s Den gode opgave 18 s.248, ved; at forholde mig til kilders troværdighed ud fra deres faglige status, at vurdere metoder og dokumentation brugt i analyse, samt at vurdere på objektivitet, aktualitet og kildens forhold til andre kilder. 17 Bonderup Dohn, Nina 2007: Teoriers muligheder og begrænsninger. Netforelæsning på Aau. http://campus.aams.dk/mod/resource/view.php?id=9120, sidst lokaliseret 22-05-2011 18 Rienecker, Lotte og Stray Jørgensen, Peter 3. udgave 2005: Den gode opgave. Forlaget Samfundslitteratur 11

Teori I dette afsnit vil stoffers tilstandsændringer blive beskrevet og herunder CO 2 s egenskaber. CO 2 s potentiale for varmegenvinding og som kølemiddel vil blive beskrevet på baggrund af stoffets egenskaber. Sammenligninger mellem CO 2 -køleanlæg og anlæg med konventionelle kølemidler vil blive beskrevet. Ligeledes sammenligninger i forhold til varmegenvinding. Tilstandsændringer for stoffer Når stoffer opvarmes vil de gennemgå 3 tilstande; fast stof, væske og gas. Hvis man betragter en konstant masse af væske, indeholdt i en cylinder ved konstant tryk, vil tilstandene udvikle sig som vist i nedenstående eksempel fra bogen Termodynamik 19. Startende ved (a) med kold væske. I (b) har væsken opnået mætningstemperaturen t m, der er sket en mindre udvidelse og fordampningsprocessen begynder. I (c) er processen i gang og der sker en stor volumenudvidelse, temperaturen er konstant. Under processen vil der være en blanding af væske og damp, kaldet våddamp. I (d) er al væske fordampet til mættet damp, der er sket yderligere volumenudvidelse. Opvarmning over dette punkt (e) vil nu få temperaturen til at stige over mætningstemperatur, dampen overhedes og bliver til gas. Opvarmningsforløb fra væske til gas ved konstant tryk. Illustration fra bogen Termodynamik s.107 figur 5.1. En ændring i trykket for denne opvarmningsproces vil ændre mætningstemperaturen, den temperatur som fordampningen sker ved, afhængigt af stoffet. Unikt for processen er, at der til et bestemt mætningstryk svarer en bestemt mætningstemperatur. Det kræver en fordampningsenergi for at gennemføre fordampningsprocessen. Hæves trykket mindskes denne energimængde. Ved en kombination af et bestemt tryk (kritisk) og en bestemt temperatur (kritisk) bliver fordampningsenergien 0. Den stofafhængige kombination kaldes stoffets kritiske punkt. Ved højere tryk- og temperatur- kombination overgår stoffet direkte fra væske til damp, uden våddampfasen, og den superkritiske fase indtræffer. Som illustration er der på næste side vist et Log p-h diagram for CO 2 fra Danfoss RA applikationsmanual: CO 2 -kølesystemer til detailhandlen 20. I teksten herefter kaldet APPMAN. 19 Birkkjær Lauritsen, Aage og Gundtoft, Søren og Bredahl Eriksen, Aage. 2. udgave 2007: Termodynamik. Nyt Teknisk Forlag. 20 Danfoss RA (Refrigeration and Air Conditioning Division) 2009: Applikationsmanual CO2 -kølesystemer i detailhandlen. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA). 12

For CO 2 ligger det kritiske punkt ved 31 C og 73,6bar. Eksempel: trykket er 85bar (over det kritiske tryk) og temperaturen er 20 C (under den kritiske temperatur). Der sker nu en opvarmning til 40 C og CO 2 overgår direkte fra væske til damp også kaldet superkritisk væske. Så snart temperaturen er over 31 C starter overhedningen og CO 2 bliver til en gas. Overgangen er illustreret ved en grøn pil på diagrammet. Den sorte linje mellem væske (gult) og superkritisk væske (rødt) er isotermen for 31 C. Temperatur-/tryk- fasediagram for CO 2. Overgang fra væske til damp markeret med grøn pil (udelukkende illustrativ). Illustration fra Danfoss Applikationsmanual s.4 Et andet punkt som skal bemærkes i ovenstående illustration er Tripelpunket. I dette punkt kan alle tre faser eksistere samtidigt. Hvis tryk og temperatur kombinationen kommer under 5,2bar og -56,6 C vil der opstå faststof. http://www.ra.danfoss.com/technicalinfo/literature/manuals/01/dkrcepar1a102_the%20food%20retail%20co2%20applicatio n%20handbook_dila.pdf, sidst lokaliseret 30-05-2011 13

En anden egenskab ved det kritiske punkt er, at massefylden for dampfase og væskefase her er lige stor, som vist i nedenstående diagram. Forskellen mellem faserne forsvinder, læs APPMAN side 4. Massefylden for væske- og damp- fasen ved forskellige temperaturer. Ens massefylde i det kritiske punkt. Illustration fra Danfoss APPMAN s.4 Varmegenvinding med CO2 For køleanlæg som arbejder under det kritiske punkt, (subkritiske) afsættes varme fra køleprocessen hovedsageligt ved en kondensering af kølemidlet. Tryk og temperatur er bundet til hinanden og kondenseringen sker ved konstant temperatur på samme måde som fordampningsprocessen. Se s.11. Antages temperaturen igennem kondensatoren at være konstant, vil den maksimale temperatur, som kølevandet kan opnå, være mætningstemperaturen for det anvendte kølemiddel. Ved kølevandets udløb er temperaturforskellen mellem kølemiddel og vand mindst. Potentialet for at opnå en høj vandtemperatur begrænses, da kondenseringstemperaturen ikke kan overstiges. Nedenstående illustration viser temperatur og strømningsforløbet i en modstrømsvarmeveksler. Rød pil er kondenserende kølemiddel og blå pil er kølevand under opvarmning. Kondenserende kølemiddel i modstrømsvarmeveksler. Illustration fra Danfoss APPMAN s.6. 14

Ved transkritisk afkøling skifter CO 2 ikke fase ved kondensering og har et fortsat temperaturfald gennem varmeveksleren. Dette kaldes for temperaturglidet, se APPMAN s.6. Tryk og temperatur er ikke længere bundet til hinanden. Vandets temperatur er ikke længere afhængig af kølemidlets kondenseringstemperatur men af kølemidlets indløbstemperatur. Illustrationen under viser temperatur- og strømnings- forløbet i en modstrømsvarmeveksler. Rød pil er CO 2 på gasform og blå pil er kølevand under opvarmning. Temperaturforskellen er stor ved CO 2 ens indløb og dette giver mulighed for at opnå en høj vandtemperatur. Transkritisk gas i modstrømsvarmeveksler. Illustration fra Danfoss APPMAN s.6. Temperaturen for CO 2 i varmevekslerens indløb reguleres ved at regulere trykket i anlægget. Ved at hæve trykket i kredsen hæves CO 2 ens afgangstemperatur fra kompressoren; se Danfoss rapport; High efficient heat reclaim with CO 2 s.2, fra nu benævnt HEHR 21. I samme rapport s.6, konkluderes det, at der er potentiale for en vandtemperatur på omkring 80 C. Ifølge Danfoss ingeniør Kenneth Bank Madsen en temperatur som ikke kan opnås i et subkritisk anlæg eller med en konventionel varmepumpe. Beregning af COP-Varme Varmeafgivelsen varierer med gassens temperatur. Trykket i kredsen bestemmer denne temperatur. Danfoss har i et teoretisk eksempel i HEHR s.4 set på sammenhængen mellem COP-varme og COP-køl. Der tages udgangspunkt i den situation, hvor anlægget har sin højeste COP-køl. Denne indtræffer ved lavest mulige tryk (i subkritisk tilstand), som beskrevet i artiklen Transcritical CO 2 booster system 22 s.4. Anlægget bruger det minimum af energi, som skal til for at levere den behøvede køleeffekt. Hvis der ønskes mere varme, vil anlægget bruge mere energi, fordi trykket hæves. Danfoss beregner COP-varme s.4 i HEHR, ud fra den ekstra effekt som kompressorerne bruger over minimumsforbruget. Forholdet kan opstilles som i formlen næste side: 21 Danfoss RA 2010: High efficient heat reclaim with CO2. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA), vedlagt som bilag 1 http://www.r744.com/papers.view.php?id=747, sidst lokaliseret 30-5-2011 22 Danfoss RA 2010. Artikel, Transcritical CO2 booster system. Danfoss http://www.ra.danfoss.com/technicalinfo/approvals/files/rapidfiles/01/article/supermarketco2/dkrcepz000g102_article_tr ANSCRITICAL%20CO2%20SYSTEM%20IN%20A%20SMALL%20SUPERMARKET.pdf, sidst lokaliseret 30-05-2011 15

Egen formel. Formel opstilet ud fra teori foregående side Nedenstående skema fra HEHR s.4, er et teoretisk eksempel på sammenhængen mellem COP-køl og COPvarme i en kølekreds med CO 2 og varmegenvinding. % angiver hvor meget af anlæggets varme der udnyttes. Ved 40 og 50bar er anlæggets varmegenvinding ikke begyndt og anlægget er stadig subkritisk. Udendørstemperaturen er -5 C. Det ses at COP-varme stiger med trykket i gaskøleren P gc og at COP-køl falder. Nedenstående skema fra HEHR s.4 P gc [bar] COP køl Varmegenvinding COP varme 40 8,8 0% - 50 5,7 0% - 60 4,3 25% 2,6 70 3,6 40% 3,1 80 3,1 80% 5,1 80 3,1 100%* 5,1 *By-pass af gaskøleren Sammenhæng mellem COP-varme og COP-køl. Skema fra HEHR s.4 øverst For at vise omgivelsestemperaturernes indflydelse på både COP- køl og -varme er der i HEHR s.4 opstillet et eksempel for samme kredsproces ved 3 C. Ved højere omgivelsestemperaturer er kølebehovet større og der bruges mere kompressoreffekt til køling. Men idet den ekstra kompressoreffekt henregnes til minimumsforbruget (køl) og varmeafgivelsen stiger vil dette, ifølge formlen (over), give højere COPvarme. COP-varme vil blive højere med omgivelsestemperaturerne. Tallene for 3 C ses i nedenstående skema. P gc [bar] COP køl Varmegenvinding COP varme 50 5,7 0% - 60 4,3 25% 5,6 70 3,6 40% 5,0 80 3,1 80% 7,3 80 3,1 100%* 7,3 *By-pass of gaskøleren Højere COP-varme pga. af højere omgivelsestemperaturer. Skema fra HEHR s.4 nederst 16

Heatreclaim % of rejected heat COP_ref [-] Transkritisk varmegenvinding med CO 2 -køleanlæg For begge situationer er COP-varme højest ved fuldlast. Hvis COP-varme ønskes højere ved dellast, er der behov for en varmepumpe som beskrevet s.4 i HEHR. Der kan laves et teoretisk billede af kompromisset mellem køle-cop og den %-sats varme som genvindes. Vandtemperaturen hæves i eksemplet fra 15 til 55 C. Jo større andel af varmen der udnyttes (heatreclaim %), jo lavere bliver COP-køl (COP_ref). Heat reclaim ratio (15-55 ºC) 100% 80% Limit t c =18ºC (10 ºC air) Ratio COP 5 4 60% 40% 20% 3 2 1 0% 0 50 60 70 80 90 Pressure in gas cooler [Bar] Illustration fra Bank, Madsen Kenneth 2009. Norge uge 5 2009 23 s.122. Danfoss. Intern 23 Bank Madsen Kenneth 2009. Norge uge 5 2009. Danfoss Intern 17

COP heating Transkritisk varmegenvinding med CO 2 -køleanlæg Sammenligning af COP-varme Danfoss ingeniør Kenneth Bank Madsen udtaler at der er mere behov for dokumentation om sammenligning af CO 2 med konventionelle kølemidler, i forhold varmegenvinding. Teoretisk har Danfoss i HEHR s.5, lavet en sammenligning mellem CO 2 og R134a. Sammenligningen er sket ved -10 C fordampning og ved 55 C kondensering; for at kunne varme vand fra 15 C til 55 C. CO 2 VS R134A in heat reclaim applications 6 5 4 3 COP HP CO2 - - COP HP R134A 2 1 0 25% 50% 75% 100% Ratio Sammenligning af COP-varme for CO 2 og R134A. Illustration fra HEHR s.5 HEHR konkluderer s.6 at COP-varme for CO 2 er fra 25 % til 150 % bedre end R134A og bedst når kun en del af varmen genvindes. 18

COP-køl -sammenligning af energiforbrug CO2 har gode egenskaber for varmegenvinding men for at anvende CO2 som kølemiddel, skal der også opnås COP-Køl på højde med anlæg med konventionelle kølemidler. For at sammenligne CO 2 -køleanlægs energiforbrug til køling, med konventionelle anlæg, har Danfoss udført en undersøgelse i Supermarkedskæden Fakta. Undersøgelsen beskrives af Danfoss i artiklen: Energy consumption in the transcritical Fakta supermarket chain 24. Tre typer anlæg uden varmegenvinding er blevet sammenlignet i artiklen. Forudsætninger for undersøgelsen uddybes i Kylteknisk Göteborg 28-03-2011 25 s.17 og 18. De sammenlignede anlæg i Fakta er: 10 HFC anlæg 10 1. generations transkritiske CO 2 anlæg 7 ud af 7 2. generations transkritiske CO 2 anlæg Butikkernes åbningstider er de samme og størrelserne næsten ens. Der er målt kw/h fra maj 2010 til april 2011 HFC anlæggene er igennem 10 år blevet optimeret til lavt energiforbrug 1. generations CO 2 anlæggene er med On/off regulerede kompressorer 2. generations anlæggene er med optimerede kompressorer fra Bitzer og med frekvensregulering på HT-kompressorerne 24 Danfoss RA 2010. Energy consumption in the transcritical Fakta supermarket chain. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA), vedlagt som bilag 2 25 Bank Madsen, Kenneth. 2011. Kylteknisk Göteborg 28-03-2011. Danfoss. Intern 19

Det ses ud af skemaet under, at 1. generations CO 2 anlæggene har haft et højere forbrug, med mellem 14,8% til 34,2% i måleperioden. 2. generationsanlæggene har fra start haft det samme forbrug som HFC anlæggene frem til juli 2010. Herefter er forbruget mindre frem til april 2011. Største forskel er 21% i marts måned. Energiforbrug for de tre typer anlæg. Illustration fra Danfoss: Energy consumption in the transcritical Fakta supermarket chain s.2. Som det ses af skemaet afhænger forbruget af årstiden og et helt år er minimum for en valid undersøgelse. Danfoss har lavet en undersøgelse af, hvor i Europa der kan forventes en besparelse efter de gennemsnitlige udendørstemperaturer. Kylteknisk Göteborg 28-03-11 s.15 og 16. Det forklares her, at Danfoss anlæg er designet til en omgivelsestemperatur på 32 C og at energiforbruget ved denne temperatur er højere end for HFC-anlæg. Se også artiklen Transcritical CO 2 in a small supermarket 26 s.3. Under 32 C bliver energiforbruget mindre. 26 Danfoss RA 2008. Transcritical CO2 in a small supermarket. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA). http://www.ra.danfoss.com/technicalinfo/approvals/files/rapidfiles/01/article/supermarketco2/dkrcepz000g102_article_tr ANSCRITICAL%20CO2%20SYSTEM%20IN%20A%20SMALL%20SUPERMARKET.pdf, sidst lokaliseret 28-05-2011 20

Danfoss regner med en gennemsnitstemperatur for Danmark på 7 C. Nedenstående kort viser, med positive tal hvor der kan forventes besparelser. Den blå linje er et udtryk for ens forbrug. Besparelse i energiforbrug på køling HFC/CO 2. Illustration fra Kylteknisk Göteborg 28-03-2011 s.16 Anlægget i Hørup Hav Det anlæg som denne rapport bygger over, er et CO 2 -boosteranlæg med direkte ekspansion installeret i SuperBrugsen Høruphav på Als. Anlægget forsyner butikkens kølemøbler og frostrum. Desuden genvindes varme fra processen, gennem to modstrøms- kølemiddel- til vand- pladevarmevekslere. Butikken har tidligere haft et HFC anlæg, men dette blev udskiftet efter branden i 2010. Målet var at forsyne bygningen med varme udelukkende fra det nye køleanlæg. Vojens Køleteknik har stået for installeringen. Komponenter og styreenheder er leveret af Køleafdelingen hos Danfoss og er indreguleret af ingeniør Peter Bjerg fra Danfoss. 21

Specifikationer Under er samlet relevante oplysninger for bygningen i Høruphav, samt for køleanlægget Effekt pr m 2 for opvarmning For at kunne dimensionere anlægget til varmegenvinding er det nødvendigt at kende effektbehovet for opvarmning pr m 2. Amdi Worm fra Esbensen Rådgivende Ingeniører A/S Aarhus 27 bedømmer 17-05-2011 effektforbruget pr m 2 for butikkens lokaler. Pil angiver værdi gående imod højeste/laveste. Værdierne er vist på en plantegning af bygningen fra Butiksudvikling COOP Danmark 28. Butikslokalet ses som det store lokale i midten, med det blå butiksinventar. Fokus i rapporten vil vægtes på dette lokale. Lagerlokale 150m 2, højde 6m, 45-50W/m 2 Resterende areal blandet; kontor, flaskerum, frokoststue ca. 900m 2, højde 3m, 35-40W/m 2 Butiksareal 1000m 2, højde 4m, 40 45W/m 2 Plantegning af SuperBrugsen Høruphav fra Projektleder Peter Kristensen, Butiksudvikling COOP Danmark. De 1000m 2 butiksareal er indrammet med grønt. Amdi Worm fra Esbensen Rådgivende Ingeniører har bedømt effektbehovet pr m 2 27 Esbensen Rådgivende Ingeniører A/S. http://www.esbensen.dk/da/om-esbensen/, sidst lokaliseret 06-06-2011 28 Plantegning fra Projektleder Peter Kristensen, Butiksudvikling COOP Danmark. E-mail: Peter.Kristensen@coop.dk 22

Køleanlæg Anlægstype CO 2 -booster Dimensioneret og opstillet af Vojens Køleteknik Idriftsat Juli 2010 i samarbejde Danfoss og ingeniør Peter Bjerg, Danfoss Fyldning 200kg Nominel køleeffekt 196,4kW Nominel varmeeffekt 226kW (+55kW uudnyttede fra LT-kompressorer) Kølekompressorer (HT) 4 stk. Bitzer 4FTC-20K-40P Maksimal effekt P 1 24,6kW Swept volumen 17,8 m 3 /h ved 1450 RPM Frostkompressorer (LT) 4 stk. Bitzer 4MTC-7K Maksimal effekt P 1 6,8kW Swept volumen 6,5 m 3 /h ved 1450 RPM Maksimalt driftstryk +100bar Max t gas fra HT-kompressor 140 C Data på kompressorer fra Bitzer Kühlmaschinenbau GmbH KR-130-4 produktblad 29 Køle og varme effekt fra og resterende data fra Ingeniør Kenneth Bank Madsen. Kredsproces to-trins booster anlæg Nedenstående diagram er kredsprocessen for anlægget ved transkritisk drift og temperaturglid i gaskøleren. Nummereringen passer med Opbygning af køleanlægget næste side. Her en oversigt: Ekspansion begynder ved HT-ventil Temperaturglid i gaskøler Afgang fra HTkompressor 100bar og t = 105 C Ekspansion til MT og LT fordampere MT-fordamper 26bar og t = -10 C Receiver 35 bar og t = 0 C Flashgas bypass FGB Afgang fra LTkompressor 37bar og t = 30 C LT-fordamper 14bar og -30 C Log p-h diagram for CO 2 fra Refrigeration Utilities. Egen tegnet kredsproces 29 Bitzer datablad for kompressor: http://www.bitzer.de/ger/productservice/p4d/kp-130 23

Opbygning af køleanlægget Det anbefales at have tegningen af kølekredsen på bilag 4 ved siden af rapporten, da numrene i teksten refererer til dette bilag. De vigtigste komponenter kan samtidig ses i rapporten (billeder). Illustration af kølekredsen fra Transcritical CO 2 boostersystem s.2. Ses på bilag 4 Anlægget er opbygget i tre tryksektioner; lavtrykssektionen LT, mellemtrykssektionen MT og højtrykssektionen HT. Designtrykkene er hhv.; 25, 40 og 120 bar. Med udgangspunkt i højtryksstyreventilen (3) beskrives kredsprocessen: Igennem (3) falder trykket fra HT-sektionen til trykket i MT-sektionen. (3) Højtryksventil ICMTS. Eget billede 12-05-2011. 24

Ved ekspansionen opstår der en blanding af gas og væske som opsamles i receiveren (4). (4) Receiveren ses bagerst i billedet som den store vandrette beholder. Eget billede 12-05-2011 Væskefasen står i bunden af receiveren og gasfasen står i toppen. Gasfasen føres igennem flashgas bypasset, FGB, ved bypassventilen (5). Det er vigtigt at holde den korrekte væskestand i recieveren for at et minimum af væske føres videre igennem ventilen. Der regnes i bypassledningen med et acceptabelt væskeindhold på 1-2%. Der vælges ofte et tryk på 30 til 35 bar i receiveren, se s.7 i APPMAN. Bypasset gør det reguleringsteknisk muligt at sikre et konstant tryk i receiveren, uanset afgangstemperaturen fra gaskøleren. Strømmen af kølemiddel igennem fordamperne kan udelukkende gøres til en funktion af kølebehovet. Læs APPMAN s.8. Det konstant lave tryk i receiveren gør, at der i distributionssystemet (MT og LT) kan anvendes standard komponenter. Kan læses i rapporten Transcritical CO 2 booster system 30 s.4. 30 Danfoss RA 2010. Transcritical CO 2 booster system. Danfoss A/S (RA Marketing/MWA). http://www.danfoss.com/businessareas/refrigerationandairconditioning/literature/ra_documentation.htm?catalo gkey=ra-6aa56192-f7e6-4793-b7f9-4c2fa908cc23-en-tt:ra-6aa56192-f7e6-4793-b7f9-4c2fa908cc23-en- TT&DocumentType=All&LiteratureNo=RA8AA202, sidst lokaliseret 03-06-2011 25

(5) Flashgas bypass FGB. Eget billede 12-05-2011 Væskefasen fra recieveren ekspanderes i ventilen (6) til MT og gennem ventilen (7) til LT. Kølemidlet optager varme fra butikkens kølemøbler gennem MT-fordamperen (8) og varme fra frostrummet gennem LT-fordamperen (9). Efter LT-fordamperen går kølemidlet på gasfase før det komprimeres i LTkompressorerne (10). (10) LT-kompressorer Bitzer MTC4-7K. Eget billede 12-05-2011 De tre afgange; komprimeret gas fra LT-kompressorerne, gas fra MT-fordamperen og gas fra FGB samles i samme rørføring i MT-sektionen og ledes igennem en intern varmeveksler for at sikre overhedning af gassen før HT-kompressorerne (1). 26

(1) HT-kompressorer Bitzer 4FTC-20K-40P. Bemærk dobbelt antal bolte i endedækslet. Eget billede 12-05-2011 CO 2 en afgiver sin varme til vandet i pladevarmevekslerne og til gaskøleren (2). Ved transkritisk drift kan CO 2 en afkøles direkte til væske ved temperaturglid (samme densitet, se s.13) indtil den passerer HTstyreventilen og ekspanderes til gas og væskefase i receiveren. Læs artiklen Transcritical CO 2 in a small supermarket 26 s.4 (2) Gaskøleren på taget af bygningen. Eget billede 12-05-2011 27

Varmegenvindingsanlægget Sammen med den følgende beskrivelse, anvend da bilag 5 med illustration af varmegenvindingsanlægget Egen illustration af varmegenvindingskredsen. Se fuld størrelse på bilag (5) Lige efter HT-kompressorerne (1) er anlæggets pladevarmevekslere placeret. I HR-veksleren (12) cirkuleres højtemperatur brugsvand med P1 gennem en 1800 L akkumuleringstank (13). Tanken kan bypasses med trevejsventil (14). HG-veksleren (15) er til generel varmegenvinding som bruges til rumopvarmning. Veksleren kan bypasses med trevejsventil (16) Varmegenvindingsanlæggets pladevarmevekslere, brugsvand (12) og opvarmning (15). Eget billede 12-05-2011 28

Køleanlæggets vandkreds og butikkens vandkreds er adskilt af en varmeveklser (17). På køleanlæggets side cirkuleres vandet med P2. En tredje trevejsventil (18) gør det muligt også at bypasse gaskøleren. Trevejsventiler HG opvarmning (16) og HR brugsvand (14). Eget billede 12-05-2011 Styring og regulering Anlægget reguleres efter højeste mulige COP-værdi i forhold til stadig at kunne opfylde varmebehovet. Det varierende behov for varme og det konstante temperaturkrav til varmt brugsvand gør processen kompliceret. Her forklares princippet med en varmeveksler. Danfoss regulerer processen i 4 trin. Læses i rapporten Transcritical CO 2 refrigeration with heat reclaim 31 fra nu kaldet TCRHR. I Trin 0 er der intet varmebehov. Der optimeres udelukkende efter COP-Køl. Lavest mulige HT-tryk og subkritisk tilstand, for mindst muligt kompressorarbejde, HEHR s.4. Optimalt tryk beregnes af packcontrolleren AK PC 740/780. Opstår et behov for varme vil bygningens managementsystem, BMS, sende et analogt signal til packcontrolleren. I trin 1; mellem 0 og 2V. Pumpen i vandkredsen kobles ind ved 0,5 V og reguleres vha. af en PI regulator. Kører pumpen på minimum og temperaturen i afgangen fra varmeveksleren, trods det lave omløb, er under den ønskede temperatur, aktiveres trevejsventilen før varmeveksleren og CO 2 fra HTkompressoren sendes igennem. Temperaturen på vandet stiger og pumpen reguleres op, så den ønskede temperatur opnås ved vekslerens afgang, s.5 i TCRHR. I nedenstående log-p-h diagram er trykket 40 bar og afgangstemperaturen fra kompressorerne er 35 C. Det er kun muligt at lave en begrænset mængde varme til opvarmning. På de næste sider er den viste kredsproces for et CO 2 -køleanlæg med en fordamper. 31 Danfoss RA. Transcritical CO 2 refrigeration with heat reclaim. Intern (Første halvdel vedlagt som bilag 3) 29

Lavt tryk (40 bar). Afgangstemperatur fra kompressorer ca. 35 C. Illustration fra Danfoss rapporten High efficient heat reclaim s,2. Hvis varmebehovet stiger vil systemet gå til trin to. BMS udsender et signal mellem 2 og 8V. Packcontrolleren beregner det nye optimale tryk. EKC 326A enheden vil ud fra gaskølerens afgangstemperatur lukke HT-ventilen mere og hæve trykket for at opfylde varmebehovet. Gassen fra kompressorerne bliver varmere. Skiftet til trin 2, afhænger af omgivelsestemperaturen. TCRHR s.7. 30

I log p-h diagrammet, under, er trykket 50 bar hvilket giver en gastemperatur på 55 C og en større varmeproduktion. Genvinding til varmt brugsvand kan begynde. Anlægget kører fortsat subkritisk. Trykket hævet til 50bar. Gastemperaturen er ca. 55 C. Illustration fra Danfoss rapporten High efficient heat reclaim s,2. I trin 3, 8-9V fra BMS, stoppes køleblæserne. Indtil nu har de, efter reference til gaskølerens afgangstemperatur været reguleret med en PI-regulator. Da der mistes køleeffekt ved at stoppe blæserne kobles mere kompressoreffekt ind. I trin 3 fjerner naturlig konvektion fortsat varme fra gaskøleren, TCRHR s.9. 31

I diagrammet under genvindes ca. 80% af varmen og der er nu temperaturglid over gaskøleren. Trykket er 80 bar og afgangstemperaturen ca. 100 C. Tryk 80bar. Afgangstemperatur fra kompressorer 100 C. Ekspansion fra HT ved 5 C. Illustration fra Danfoss rapporten High efficient heat reclaim, s3. Bliver behovet større udsendes 9-9,9V fra BMS og anlægget går til trin 4. Gaskøleren bliver bypasset vha. trevejsventilen (18) for at eliminere konvektion. Dette vil sænke kølekapaciteten og der kobles mere kompressor effekt ind. 100% varmegenvinding er opnået, TCRHR s.11. På næste side er trykket fortsat 80 bar og afgangstemperaturen 100 C. Afkølingen af gassen er mindre pga. af bypass af gaskøleren og ekspanderes til receivertryk fra en højere temperatur. Større volumen flashgas ledes gennem FGB. 32

100% varmegenvinding. Den grønne pil viser at ekspansions-isotalpen flyttes mod højre og starter ved en højere temperatur. Teknisk Analyse Indledning Efter branden i 2010 hvor alle installationer blev ødelagt, valgte man at investere i det nye CO 2 -køleanlæg med varmegenvinding. Målet var at opnå 100% forsyning af varme til bygningen. Der har vist sig at være problemer om vinteren, hvor varmebehovet er størst. Temperaturen i butikken har ifølge måledata 32 været nede på 16 C ved loftet og 14 C ved gulvet. I det følgende søges det at forklare årsagerne til de lavere temperaturer igennem viden om køleanlægget fra tidligere i rapporten og igennem kendskab til bygningens varmekreds. Det vurderes af de involverede parter (mødet 12-05-2011) at butikkens varmekreds kan være årsag til problemet. Dette skal bekræftes eller afkræftes i denne analyse. Analyseafsnittet skal desuden undersøge hvilke muligheder der er for at løse de tekniske problemer. Løsningsforslag vil tage udgangspunkt i det som findes som problemets årsag. Der behandles 3 løsningsforslag. Økonomien vil blive undersøgt i Økonomisk analyse. 32 Data fra anlægget. Internt regneark 33

5 65 125 185 245 305 365 425 485 545 605 665 725 785 845 905 965 1025 1085 1145 1205 1265 1325 1385 1445 Temperatur i C Transkritisk varmegenvinding med CO 2 -køleanlæg Driften af anlægget 17-03-2011 Fra specifikationerne i skemaet s.23 kan det regnes ud, at der med køleanlæggets nominerede varmeeffekt skulle kunne produceres mere end det dobbelte af den nødvendige effekt, til at forsyne bygningen med varme og varmt brugsvand. Normeret varmeeffekt for anlæg: Opvarmning: Fra måledata 17-03-2011 33 gennemsnitlig effekt i brugsvandstanken: Effekt afsat i gaskøleren: Samlet effektforbrug: Teoretisk skulle der være et effektoverskud til rådighed. Størst ved højeste driftstryk og mindskes med trykket, som forklaret s.15 under; COP-varme. Der vil afsættes en ukendt effekt i gaskøleren alt efter driften, men denne sidder efter begge varmevekslere. Det vurderes at problemet ikke skal findes i for lille dimensionering af anlægget. For at kunne vurdere driften, er det valgt at betragte måledata for anlægget over et døgn. Ud fra det tilgængelige måledata, er der brugt det døgn med de koldeste udendørstemperaturer, da det er her problemet er størst. Ingeniør Peter Bjerg skriver pr mail 23-05-2011 at der ikke er problemer er om sommeren. Ud fra anlæggets kredsproces og betragtninger af specifik energi kj/kg ønskes årsagerne til den manglende varme klarlagt. Kurven, under, ses på bilag 6 og bruges med skemaet næste side for anlægsdata 17-03-2011. Ud fra skemaet vil driftssituationen blive analyseret i kolonnen Analyse. 140 120 100 Sdisch 80 60 40 20 0 S9 S30 S27 S10 gennemsnit Sshop SAmbient SGC Tid i minutter Egne tilvirkede kurver over driften 17-03-2011, se også bilag 6 33 Data fra anlægget. Internt regneark 34

Anlægsdata 17-03-2010 Målepunkt Beskrivelse Værdi Analyse SAmbient Omgivelsestemperatur Gennemsnit 4,3 C Opvarmningsproblemet opstår ved kolde omgivelsestemperaturer. Temperaturen for Sshop Tdisch S9 Gennemsnitstemperatur i butikken Gastemperatur fra HT kompressoren Gastemperatur efter brugsvandsveksleren i perioder uden varmebehov Gastemperatur efter brugsvandsveksleren i perioder med Mellem 22 C og 14 C med gennemsnit på 18,5 C Mellem 107 C og 81 C med gennemsnit på 100 C dansk vinter kan komme noget længere ned. Tilpas gennemsnitlig rumtemperatur men for lav temperatur i nogle områder af butikken. Manglende opblanding af luft Stabil temperatur omkring 100 C med et kortere varende udfald til minimum på 81 C. Årsag ukendt. Resulterer i temperaturfald især på vandtank og SGC. 100 C + Her lukkes den varme gas direkte til opvarmningskredsen. Der ses en temperaturstigning i S10 og i S27 fremløb til butikken. 60 C Gennemsnit for S9 er 84 C varmebehov S30 Brugsvandtemperatur Konstant temperatur på 56 C S10 S27 Temperatur efter VGV (varmegenvindingsanlægget) Fremløbstemperaturen til butikken mellem 46 C og 34 C med gennemsnit på 37 Varierede mellem 33 C og 48 C med gennemsnit 38,9 C Her lukkes gassen igennem brugsvandsveksleren. Der ses et temperaturfald i S10 og S27 fremløb til butikken. Ingeniør Peter Bjerg skriver på mail 23-05-2011 at temperatur og mængde af varmt brugsvands ikke er et problem. Varierer efter S9. Varierer efter S9. Fremløbstemperaturen trækkes ned med op til 15 C. Afsætningen i varme til butikken vil falde. SGC Intet tilgængelig t måledata AVG Load 1 Temperatur efter gaskøler Højtryksværdier Gennemsnitlig effekt afsat i brugsvandstanken Varierede mellem 10 C og 20 C med gennemsnit 16,5 C Trykket fastsættes til 80bar ud fra sammenligning med anlægget i rapporten HEHR s.3. 28,5kW Sammenlignes med temperaturerne for S10 kan det ses, at der i gennemsnit afsættes en temperatur over gaskøleren på 17,5 C. Den ækvivalente varme går til spilde. Tryk og temperatur skal opretholdes efter den ønskede temperaturkvalitet. Det er svært at bedømme den afsatte effekt. Ingen målere. Der afsættes varme i gaskøleren. Effekten reguleres i trin. 28,5kW går fra effekten til opvarmning Skema på baggrund af data fra 17-03-2011. Returvandstemperatur figurerer ikke; gennemsnitlig værdi 30,5 C 35

Kredsprocessen Diagrammet under viser driftssituationen for anlægget den 17. marts. Den grønne linje viser gassens gennemsnits temperatur når den forlader brugsvandsveksleren. Den røde linje viser gennemsnitstemperaturen når gassen forlader varmekredsen. Afstanden mellem grøn og rød repræsenterer ændringen i specifik energi h i kredsskemaet Linjen 1 3 viser den størst mulige h for stadig at kunne opretholde en gas/væske blandfase i receiveren ved 0 C og 35 bar. Returtemperaturen Følgende er gældende for den varme som afsættes i varmekredsen: Termodynamikkens hovedsætning om energis bevarelse, Termodynamik s.27 Den effekt som vandet optager fra den varme gas afsættes i varmekredsen. = massestrømmen af vand i varmekredsen = specifik varmekapacitet for vand = t over vandet som afkøles i varmekredsen = massestrømmen af CO 2 =ændringen i specifik energi over gassen ved afkøling. Er massestrømmene konstante og returvandstemperaturen sænkes vil vandets energioptag fra gassen øges. Gassens temperatur vil falde og den røde linje flyttes mod venstre. mellem grøn og rød linje vokser. Afkølingen af returvandet og dermed afkølingen af gassen er begrænset af temperaturen i butikken. Teoretisk kan der afkøles til rumtemperatur. Hvis temperaturen er 18,5 C for rummet udregnes det teoretisk s.45 at returvandet kan afkøles til 25 C; se blå linje. En større h over VGV betyder en mindre h over gaskøleren. Andelen af den udnyttede varme vil stige. Varmekredsen vil, hvis der kunne opnås lavere returtemperaturer få en større del af varmeafgivelsen. Højtryk Hvis trykket hæves skabes mere varme, se. s 15, men hvis varmen afsættes i gaskøleren, kan det ikke svare sig at hæve trykket, medmindre der ønskes højere temperaturkvalitet på brugsvandet. Kvaliteten er allerede til stede i dette tilfælde med 56 C konstant i tanken. Det vil betyde højere kompressorarbejde til ingen nytte, at hæve trykket op. Men jo større andel af varmen som kan udnyttes, jo mere attraktivt bliver det at hæve trykket. Et højere tryk vil give højere gastemperatur og dermed større varmemængde. 36

h gaskøler h varmekreds Log p-h diagram fra Refrigiation Utilities Opsummering på driften Gennemsnitstemperaturen kan holdes på 18,5 C hvilket er minimum for komfort. Der er kolde områder i butikken. Dette kan have noget med opblanding af kold og varm luft at gøre. Hvis udendørstemperaturen falder yderligere, til fx -10 C, vil det kræve større effekt at opvarme butikken. Efter vinteren 2010-2011 konkluderedes det, at der i de koldeste perioder ikke kunne leveres nok varme. Der er ikke måledata tilgængelig for denne periode. Indkobling af brugsvandstanken sænker i perioder fremløbstemperaturen til varmekredsen og dermed gennemsnittet for varmeafsætningen. Gennemsnitstemperaturen for butikken er dog stabil. Der kan konstateres et spild af varme over gaskøleren. Trykket er hævet således, at der opnås den ønskede temperaturkvalitet til brugsvandet, men den varme som ikke kan afsættes i bygningen, spildes i gaskøleren. Hvis temperaturen efter VGV kunne sænkes, ville mere varme afsættes i butikken i stedet for i gaskøleren (uddybes i det følgende). Ovenstående betragtning viser, at en lav returtemperatur på vandet i varmekredsen er vigtigt for temperaturkvaliteten og mængden af varme som kan udnyttes. Problemet med høje returtemperaturer vil blive undersøgt. Konvektorernes rolle i dette vil blive undersøgt på næste side. Følgende må gælde: Jo mere vandet i varmekredsen kan afkøles, jo større andel af varmen kan udnyttes og jo mere kan trykket hæves, for at skabe mere varme, med en højere temperaturkvalitet. 37

Konvektor installationen Der er placeret 17 konvektorer til at opvarme butiksarealet på 1000 m 2. Disse er af typen Eurorad 22K og har dimensionerne 2400mm x 300mm. Der er to vandflader med bølgede kølefinner mellem. Temperatursættet som konvektorerne er optimeret til er 70 C på indløbssiden og 40 C på udløbssiden. Temperaturerne som det ser ud 17-03-2011 er 38,9 C og 30,5 C i gennemsnit. Ved disse temperaturer afsættes en mindre effekt. Dette vil blive undersøgt i det følgende. Det vil med baggrund i mødet 12-05- 2011 blive undersøgt om der er mulighed for at sætte blæsere på konvektorerne og øge luftcirkulationen omkring disse, for at opnå lavere returtemperaturer og større varmeafsætning. Virkeprincippet for konvektorerne er, at der ved fri konvektion 34 sker en opvarmning af den omkringstående luft som grundet ændringen af massefylden vil blive lettere og stige op mellem konvektorens varmeflader. Ny kold luft vil blive løftet op under konvektoren og opvarmet. Der skabes således et luftkredsløb. Billedet viser den naturlige konveksion som forstærkes af konvektorens opvarmning af den kolde luft. Illustration fra F&R Heizung und Sanitär GbR. http://www.fr-hls.de/pics/heizkoerper_2.jpg, sidst lokaliseret 23-05-2011 34 Side 215 i Termodynamik 38

En begrænsning af den frie konvektion vil mindske varmeafsætningen. Konvektorernes placering kan være et problem. Samtlige er placeret 15 cm under loftet i butikken. Der er visse steder under dem placeret 25 cm brede kabelbakker med kabler i bunden. Luftcirkulationen kan blive bremset af loftet og kabelbakkerne. Luften omkring konvektorerne vil opnå en højere temperatur, men pga. den manglende cirkulation er der risiko for, at varmen ikke i høj nok grad opblander sig med den kolde luft i butikken. En del af varmen vil blive afsat i loftspladerne. Hvor stor del af problemet som skyldes konvektorernes placering er usikkert. Billede taget i Høruphav 12-05-11 af to af de konvektorer som skal levere varme til butikken Forsøg med blæsere Brugsuddeler Ole Høj Lauridsen fortæller 12-05-2011, at der har været lavet et forsøg med 4 elektriske blæsere, som blev ophængt i hvert hjørne af butikken. Der var en mærkbar forbedring af temperaturen i prøveperioden. Den 12-05-2011 blev det på møde mellem Kellman-VVS, Vojens Køleteknik og Ingeniør Peter Bjerg fra Danfoss aftalt, at man efteråret 2011 vil prøve en løsning med at montere blæsere på konvektorerne. På baggrund af denne beslutning vil det i det følgende blive undersøgt, om der er et potentiale i at lave tvungen konvektion omkring konvektorerne. Resultater vil blive set i forhold til 40W/m 2 som den nødvendige opvarmningseffekt. Se s.21. Beregning på potentiale ved øget konvektion Først laves en kontrolberegning af forholdene som de er nu, til senere sammenligning. Det er usikkert hvad den gennemsnitlige temperatur for konvektorerne vil være. I det tilgængelige måledata ses de laveste temperaturer d. 17-03-2011 med fremløb 38,9 C og returvand med 30,5 C. En gennemsnitstemperatur beregnes simpelt til. Denne temperatur vurderes for høj og begrundes med at der vil være et stort temperaturfald i starten af radiatoren jf. nedenstående hvis konvektoren betragtes som en modstrømsvarmeveksler. 39

Varm luft ud Varm vand ind Logaritmisk gennemsnit Gennemsnit Kold luft ind ind Kold vand ud Illustrationer fra Termodynamik s. 233. Egen indtegning af gennemsnit og logaritmisk gennemsnit Temperaturen sættes til 33 C. Rumtemperaturen sættes efter gennemsnitstemperaturen 17-03-2011 til 18 C. Først findes t film der bruges som referencetemperatur for stofværdier i formlerne. Alle stofværdier er fundet i tabel 4.10 Termodynamik side 243 (tør atmosfærisk luft ved 1 bar). = Formel side 211 i Termodynamik Rayleighs tal findes. Tallet er et kombineret udtryk for opdriftsforhold ved fri strømning og stofkonstanter for det strømmende stof (luft). g = gravitetskonstanten = volumenudvidelseskoefficienten for luft L = længden af den flade hvor strømningen sker (konvektorens højde) v = kinematisk viskositet for luft a = Temperaturledetal = = Formel 9.23 side 210 i Termodynamik Laminar strømning for værdier mindre end Ra kritisk = 10 9 Nusselts tal findes. Tallet er et dimensionsløst udtryk for varmeovergangstallet. Formlen er et generelt empirisk udtryk for Nusselts tal.

C = empirisk faktor (laminar strømning langs lodret væg) n = ¼ for laminar strømning Formel 9.34 side 216 i Termodynamik = = Varmeovergangstallet findes λ = varmekonduktivitet for luft = = Formel 9.24 side 212 Termodynamik Varmestrømmen findes ved t fl = fluidtemperaturen (luft) t væg = konvektorens overflade temperatur Formel 9.17 side 209 termodynamik. Regnes numerisk. A = areal af konvektorens overflade. Der laves en kontrol af A ud fra konvektorernes nominelle effekt og temperatursæt. Der beregnes en gennemsnittemperatur for konvektorerne ud fra det nominelle temperatursæt for konvektoren 70/40. temperaturfald i begyndelsen af konvektoren 52 C findes for at bestemme stofdata fra tabel 10.4 side 243 i Termodynamik. Som før reduceres t pga. stort Formel 9.17 isoleres for A og α beregnes med ny værdi for varmekonduktivitet jf. t film. Den nuværende varmestrøm i én konvektor beregnes = = Den samlede varmestrøm fra konvektorerne vil være butikken på. Dette giver en effekt pr m 2 i Der er mange usikkerheder i beregningerne: varierende fremløbstemperaturer 41

overfladeareal Reél udnyttelse af den beregnede varme fra konvektorerne i forhold til disses placering og luftcirkulationen Værdien er dog væsentlig lavere end de normerede 40W/m 2 og underbygger at der er et problem i butikken. Tvungen konvektion på eksisterende konvektorer Customløsningen I dette afsnit vil virkningen ved at skabe tvungen konvektion omkring de eksisterende konvektorer blive undersøgt. Første beregning sker ved samme fremløbstemperatur og t film som før, men med tvungen konvektion. Christian Petersen fra Vojens Køleteknik nævner 12-5-2011 at der kan købes en blæser hos Ahlsell Køl 35. Efter samtale med Salgsingeniør Morten Konge fra Ahlsell ApS Aarhus blev den omtalte blæser fundet i deres sortiment. Nedenstående er data er fra Ahlsell s Kølekatalog 2010 Tangentialblæser, Kølekatalog 2010, http://np.netpublicator.com/np/n05970405/k%f8lekatalog-2010_netpubl.pdf, 16-3, sidst lokaliseret 24-05-2011. Aktuel model er indtegnet med rødt. Billedet under viser den største model som er tilgængelig på med 364mm åbning. Pilene angiver luftflowet. 364mm Billede taget af Morten Konge fra Ahlsell A/S 24-05-2011 af 30W tangentialblæser til 230V 35 Om Ahlsell Køl. http://www.ahlsell.dk/page.aspx?id=19, sidst lokaliseret 06-06-2011 42

Ydelsen er 275m 3 luft i timen eller 0,076 m 3 i sekundet. Det vurderes at 3 blæsere pr radiator er minimum for at give en jævn luftcirkulation over hele konvektoren. Det vælges at placere blæserne således at de suger luften ned mellem de to vandflader, for at få den varme luft ned i lokalet (medstrømsveksling). Det vurderes at der skal foretages visse indgreb på blæseren for at den kan monteres. Se illustration under. Skitse over en mulig placering af blæserne. Egen skitse. Åbningen mellem vandfladerne er L = 2400mm x B = 60mm. Hvis det antages at blæserne suger luften jævnt i åbningen kan lufthastigheden c udregnes. 43

I kompendiet Komfortventilation 36 læses det at luften ved opblandingsventilation forlader armaturerne med 2 3 m/s. Lufthastigheden for dette tilfælde vurderes lav. Der ønskes så høj hastighed som muligt for at transportere varmen ind i butikken. Lufthastigheden i dette tilfælde kan være højere, med den begrundelse, at personer ikke vil opholde sig tæt ved blæserne, da disse er placeret højt og at hastigheden vil tage meget af på de første meter. Med begrundelse i at 1,58m/s er en lav værdi og en vurdering af at hastigheden som minimum kan hæves til det dobbelte af værdien fra Komfortventilation vil hastigheden i de følgende beregninger være 5m/s. Resultatet af beregningerne vil fortsat kunne bestemme Ahlsell blæserens egnethed. Det vælges at regne passagerne mellem vandfladerne som én åbning med den hydrauliske diameter D H : Formel 9.30 side 214 Termodynamik Reynoldstallet for strømningen findes: Formel 9.20 side 215 Re kr = 2300 for indvendig strømning i rør side 211 Termodynamik. Strømningen er dermed turbulent. Nusselts tal findes for turbulent strømning i rør: Formel side 9.29 side 214 i Termodynamik K 1 findes η = dynamisk viskositet ved t film η v =dynamisk viskositet ved vægtemperatur Formel side 214 i Termodynamik K 2 findes D = den hydrauliske diameter for konvektoren L rør = konvektorens højde 36 Howald Petersen, B. 2005. Undervisningskompendiet Komfortventilation. 44

Indsættes i 9.29 Varmeovergangstallet findes λ = varmekonduktivitet for luft = = Formel 9.24 side 212 Termodynamik A = areal af radiatorens overflade. Justeret ned med empirisk faktor 0,8 med den begrundelse at strømningen vil være langsommere end 5m/s på ydersiden af vandfladerne og det effektive areal vil være mindre. = = Den samlede varmestrøm fra konvektorerne vil være. Dette giver en effekt pr m 2 i butikken på I forhold til 40W/m 2 er det beregnede tal stadig lavt. Der er fortsat mange usikkerheder i beregningerne. For denne udregning især omkring: Den reelle konvektion Den reelle opblanding af kold og varm luft Med blæserne kan der efter beregninger ved fastholdte fremløbstemperaturer være mulighed for at øge varmeafsætningen med faktor 1,45. Hvis de to effekter pr m 2 sammenlignes: Afsætningen øges med den forudsætning at fremløbstemperatur er fastholdt. Dette vil påvirke returvandstemperaturen som følger. For at afsætte 819,6W i en konvektor ved 38,9 C fremløb gælder: Det maksimale som kan afsættes vil være ved et returløb ved rumtemperatur 18,5 C, hvilket ikke er realistisk. Det vurderes at 25 C viser det rette billede. Hvis der opnås lavere returtemperaturer vil trykket i anlægget kunne hæves, s.36, og konvektorerne opnå højere temperaturer. Ingeniør Peter Bjerg fra Danfoss svarer pr mail 25-05-2011 omkring de højeste fremløbstemperaturer som kan forventes hvis returvandet afkøles mere: Umiddelbart kan fremløbstemperaturer på mellem 40 og 50 C forventes, ikke mere. 45

Ud fra de maksimale 50 C findes en ny gennemsnitstemperatur for konvektorerne. I data fra 19-04-2011 findes en fremløbstemperatur på 50 C her er returløbstemperaturen 34 C:. Ny findes: = Stofværdier ved ny fra tabel 10.4 side 243 i Termodynamik Nusselts tal findes ved turbulent strømning i rør Pr = Prandtls tal Formel side 9.29 side 214 i Termodynamik K 1 findes η = Dynamisk viskositet η = Dynamisk viskositet ved t væg Formel side 214 i Termodynamik K 2 findes Indsættes i 9.29 Varmeovergangstallet findes λ = varmekonduktivitet for luft = = Formel 9.24 side 212 Termodynamik Arealet reduceres fortsat med faktor 0,8. Varmestrømmen udregnes = = 46

W/m2 Transkritisk varmegenvinding med CO 2 -køleanlæg Den samlede varmestrøm fra konvektorerne vil være m 2 i butikken på.. Dette giver en effekt pr Opsummering Blæseren fra Ahlsell er ikke egnet. Ved en lufthastighed på 5m/s er det stadig usikkert om butikken kan opvarmes (31,3W/m 2 ). Beregningerne viser at der ved fastholdte fremløbstemperaturer er et potentiale for at øge afsætningen ved tvungen konvektion. Større varmeafsætning ved fastholdte fremløbstemperaturer vil betyde lavere returvandstemperaturen. Ifølge beregningerne s.45 en reduktion fra 30,5 25,3 C. Forudsat at vandet holder en konstant fremløbstemperatur vil varmeafsætningen øges ved at returtemperaturen sænkes. Dette forhold skulle gælde ifølge analyse s.36 da konklusionen var at jo mere afsætning der er på varmekredsen, jo mere er anlægget i stand til at kunne levere. Der er usikkerheder i beregningerne, som dog gør det svært at bedømme virkningens størrelse. På nedenstående kurve er lufthastighederne hævet fra 5 til 10 m/s for at se, hvornår der kan opnås et minimum på 40W/m 2. Ved 7m/s opnås 42,4W/m 2. Selv blæsere i fuld længde af konvektoren vil kun give en hastighed på 3,2m/s da og Hvis overfladearealerne af konvektorerne havde været større, kunne hastigheden have været sænkes. At finde en anden blæser kunne være en mulighed, men med de store usikkerheder omkring beregninger og opsætning vil det ikke anbefales. Der skal også tænkes på støjniveauet i butikken ved høje lufthastigheder i en ikke støjoptimeret hjemmelavet løsning. Desuden skal blæserne tilpasses for at kunne anvendes. Customløsningen kan ikke anbefales og vurderes derfor som teknisk uegnet pga. for store usikkerheder. 60 W/m2 50 40 30 20 W/m2 10 0 5 6 7 8 9 10 Egen tilvirket kurve over W/m 2 ved øget konvektion fra 5 til 10m/s. Ud fra samme beregningsmodeller som i ovenstående. 47

Integreret løsning Custom løsningen blev vurderet ikke teknisk egnet, men beregningerne i afsnittet viste at tvungen konvektion vil sænke returtemperaturen. Derfor skal en færdig løsning, som allerede er på markedet undersøges i dette afsnit. Fordelen ved en færdig løsning er, at der er indsamlet erfaring omkring den. Ved forespørgsel hos konvektorfabrikanten Meinertz, på en integreret konvektor/blæser løsning, nævner salgsingeniør Frank H. Andersen virksomhedens Convec In-Line paneler. Panelerne er opbygget som vist på nedenstående illustration. Princippet er at varmt vand føres frem og retur i rørerne, nr. 6. På rørene er monteret kobberfinner, nr. 8a og 8b for at øge varmeafsætningen. Ventilatoren, nr. 3, er opbygget som den viste fra Ahlsell. Blæsermotoren ses med, nr. 2. Udstyret er kapslet inde i et frontpanel, nr. 1 og et bagstykke for montering, nr. 11. Klimapanelet forsynes med 230V. Indeholder blæserreguleringsenhed. Illustration fra Meinertz InLine product programme, http://viewer.webproof.com/pageflip/318/51471/files/inline-productprogramme.pdf?sess_key=&, sidst lokaliseret 24-05-2011 48

Under ses et billede af et Convec panel med de røde rør som afgiver varmen og den sorte cylinder som er blæseren Billede fra InLine Product Programme s.2 Tilbud fra Meinertz Frank H Andersen beregner følgende tilbud efter oplysningerne om butikken og ud fra den højeste fremløbstemperatur på 50 C som kan forventes (jf. Peter Bjerg). Følgende er uddrag fra tilbuddet tilsendt pr mail 27-05-2011: Varmekrav: Bygning ca. 32 x 31 m = ca. 1000 kvm Ønsket ca. 50 watt/ kvm Korrektionsfaktor f. loftshøjde 4 m: 4/2,4 = 1,67 Korrektionsfaktor v/ temp sæt: +3% Samlet varmekrav v/ 50/45-20: 1000 x 50 x 1,67 x 1,03 = ca. 86 KW InLine-3400 mm yder ca. 815 watt v/ 50/45-20 Der skal derfor være 86000 / 815 = ca. 105 lbm til rådighed svarende til 106 / 3,4 = 32 stk. InLine-3400 monteret på limtræsbjælker Overslagspris kr. 425.000,- netto installatørpris excl. moms Modregnes allerede monterede Eurorad enheder til en effekt på ca. 1110 watt v/ 50/45-20 samt fradrag på - 10% pga. placeringen medfører dette en samlet nuværende effekt på ca. 17 KW Dvs.= 86 KW - 17 KW = 69 KW/ 815 watt = 85 lbm / 3,4 m = 25 stk. InLine-3400 monteret på limtræsbjælker Overslagspris kr. 335.000,- netto installatørpris excl. moms Tilbud fra Frank H. Andersen Meinertz, 27-05-2011 49

Kovektorernes placering Frank H. Andersen (FHA) beregner effektforbruget ved totalopvarmning med Convec In-line til 86kW ud fra et specifikt forbrug på 50W/m 2. Hvis Eurorad konvektorerne bibeholdes og korrigeres for den uhensigtsmæssige placering beregner FHA et effektbehov på 69kW, hvilket svarer til 85m af InLine-3400 konvektorer på 3,4m stykket. I stedet for at dele konvektorerne fortæller FHA, at der kan laves længder på 15m. Dette giver mulighed for at afsætte varme over et langt stykke på tværs af butikken og tilslutning til samme side i bygningen. Antal styk af 15 m:. På nedenstående billede ses de langsgående limtræsbjælker i butikken. Bjælkerne er placeret med en afstand på ca. 2,8m. Dette giver mulighed for at placere 15m Convec In-Line på hver anden bjælke og på midten af disse med 7,5m til hver side. Billede taget af personalet i Brugsen, af bjælkerne i butikken. 27-05-2011 50

Ved at forholde sig til installationsmåder beskrevet i Inline Product Programme 37 (IPP) s.6 vurderes det muligt at montere panelerne efter nedenstående model. Ved at montere panelerne på det underste af bjælkerne, kan varmen holdes længere nede i butikken. Der anbefales et luftflow i samme retning som den naturlige konvektion. Som reference kan det læses på Meinertz webside 38 at Danfoss Universe har installeret paneler på denne måde. Illustration af installationsmåden og luftcirkulation ved montage på limtræsbjælkerne s.6 i Inline Product Programme. 37 In-Line Product Programme. http://www.meinertz.com/produkter.asp, lokaliseret 04-06-2011 38 Reference til Danfoss Universe. http://www.meinertz.com/pictures_org/ref105.pdf, lokaliseret 04-06-2011 51

Installation i Høruphav kunne være som vist i illustrationen under. Her er vist tre paneler i forlængelse af hinanden. Dimensionerne på billedet er ikke målfaste. Egen illustration af Convec panelerne som de kunne monteres på bjælkerne i forlængelse af hinanden. Ved at montere på underkanten af bjælkerne kan varmen holdes længere nede i butikken. Illustrationen under viser cirkulationen i panelet ved den aktuelle installationsmåde Illustration s.2 IPP Luftflow Side 3 I IPP kan det læses at det normerede luftflow pr m panel ved 1500omdr på blæseren vil være 85m 3 /h eller 0,024m 3 /s. Dette vil give et samlet luftflow ved 85m panel på 7225m 3 /h eller 2m 3 /s. FHA vurderer støjniveauet til 26db. Hvis 0,024m 3 /s pr m sammenlignes med Ahlsell blæseren fra Custom-løsningen har Ahlsell blæseren en værdi på 0,21 m 3 /s pr m, hvilket er 875% mere. I tilbuddet er der korrigeret for loftshøjden fra 2,4m til 4m. Blæsernes ydeevne er den samme uanset loftshøjden. Det vurderes at der må være usikkerhed omkring at opnå en opblanding af kold og varm luft. Blæserens ydeevne må ses i forhold 52

til at In-Line panelerne anvendes op til en fremløbstemperatur på 75 C og her vil generere væsentligt mere varme. I Termodynamik s.224 illustreres det hvordan varmeafgivelsen for vandrette rør vokser eksponentielt med rørets vægtemperatur. α-stråling, varmeovergangstallet for stråling vokser næsten liniært og α-konvektion går mod en konstant. Den lavere fremløbstemperatur på ned til 40 C vil mindske effekten til rådighed og konvektion med blæser bliver vigtigere for at opnå samme afsætning. Illustration af varmeafgivelse fra vandrette rør ved stråling og konvektion s.224, termodynamik, pilene viser tilvæksten i varmeafgivelsen fra 40 C til 75 C. Opsummering Det kan læses s.3 i IPP at In-line panelerne er blevet testet af teknologisk institut. Dette vurderes at give en sikkerhed for at de opgivne effekter er realistiske. Panelerne er andre steder blevet installeret efter den installationsmåde som ønskes, med referencer på Meinertz webside. Det er muligt at få plads til panelerne ved at montere dem på loftets bjælker. Det vil ifølge Hauge Smedie 39 som har erfaring med opsætning af In- Line produkter tage en dag at montere panelerne og butikken kan holdes åben. Panelerne har et lavt støjniveau. Det forventes at de kan fordele varme jævnt over butikken pga. af deres længde. Det vurderes at der, som i Custom-løsningen er en usikkerhed omkring det luftflow som blæseren kan give. Luftflowet pr meter, for Meinertz blæseren, er væsentlig lavere end for Ahlsellblæseren. Det er således usikkert om luften i rummet vil kunne opblandes tilstrækkelig også i forhold til en loftshøjde på 4m. Hvis ikke luften kan opblandes, vil det ikke nytte at sætte yderligere meter panel op. Afkøling af returvandet er også usikkert. I tilbuddet regnes med en returvandstemperatur på 45 C. Om denne kan sænkes yderligere er uvist. Vurderingen af løsningen vil være at den måske er teknisk egnet, men at der som minimum må udføres forsøg, for at afgøre egnet/ikke egnet. Varmeventilator De to undersøgte løsningsmodeller har begge usikkerheder omkring tilstrækkeligt luftflow til afkøling af returvand og opblanding af luft. Tvungen konvektion har dog vist, at der ved tilstrækkelig lufthastighed kan opnås 40W/m 2. Det følgende vil behandle en løsningsmodel med høj lufthastighed. 39 Hauge Smedie A/S, VVS-installatør, hauge@haugesmedie.dk, tlf: 66 18 96 00 53

Air Connection Hos Air Connection ApS 40 findes en varmeventilator. Denne fungerer ved tvungen konvektion på en varmeflade optimeret til stort overfladeareal ved mange og tynde kølefinner. Blæseren har en væsentlig større ydelse end i de to andre løsningsmodeller. Ydelsen er 4900m 3 /h. Det forklares på produktbladet 41 at varmeventilatoren er velegnet til hurtig og effektiv opvarmning i lager og industrihaller. Det forklares at varmeventilatoren skaber luftcirkulation og kan rettes ned af og fordele varmen nede i lokalet. På billedet under vises SAVANA varmeblæseren 41 og luftstrømmen af kold indtagsluft og varm udblæsnings luft. Tilbud fra Air Connection ApS Salgsingeniør Allan Ø Kristensen fra Air Connection ApS beregner ud fra oplysninger om butikken, se s.21 og fremløbstemperatur på 50 C, se s.44, varmeafsætningen pr varmeventilator. Der tages udgangspunkt i en SAVANA 4000 og en temperatur i butikken på 20 C. Der er korrigeret ned til mindste luftflow efter Allan Ø Kristensens anbefaling for at holde støjniveauet nede. Normeret støjniveau er 35-38dbA. Det ses at den beregnede returtemperatur vil være 30 C. Næsten det samme som gens. værdien 17-03-2011 på 30,5 C. Effekt pr varmeventilator ved 50 C fremløb og 30 C returløb, beregnet af Allan Ø Kristensen, Air Connection: 8,03kW 40 Air Connection ApS. http://www.airconnection.dk/44-om%20air%20connection.htm, sidst lokaliseret 05-06-2011 41 Produktblad for SAVANA varmeventilator. http://www.airconnection.dk/data/images/pdf/savana_09.pdf 54

Der dimensioneres for total opvarmning med varmeventilatoren ved et specifikt effektforbrug på 40W/m 2. Det dimensionerende effektforbrug bliver. Dette betyder stk. varmeventilatorer. Placering af varmeventilatorerne Ventilatorerne kan ophænges under loft enten direkte i loftet eller i et bevægeligt ophæng. Det letteste er ophæng direkte i loftet, da der ellers skal være en fleksibel tilslutning for vandet. Billede af flexibelt ophæng fra produktblad 41 Lameller i fronten på varmefladen gør, selvom varmefladen er fastmonteret, at luften kan drejes ud til siderne og ikke sendes direkte ned i gulvet. Nedenstående skitse viser en mulig placering ad varmeventilatoren i butikken med luftcirkulationen igennem den. Egen skitse af mulig montering af varmeventilatoren med lamellerne rettet ud til siden og tilslutning i eksisterende varmekreds 55

Med fem varmeventilatorer kan de ophænges som vist under. Giver en god fordeling over butiksarealet. Ventilatorer og luftstrømvist med Luftflow Luftflowet er væsentlig større end i de to andre løsninger. Produktbladet 41 skriver at den lodrette kastelængde er 9m. Allan Ø Kristensen forklarer at det er 9m som ventilatoren kan blæse lodret ned i lokalet. Hvis lamellerne drejes til siden vil luften kunne fordeles skråt ned i lokalet. Allan Ø Kristensen mener dog at luftydelsen skal sænkes pga. støj og træk, dette vil også reducere kastelængden. Under ses et billede af ventilatoren og elmotoren som driver den. Billede fra produktkataloget 41 56