Udskiftning af køletårn og anvendelse af overskudvarme Daniel Lessmann
Titelblad Titel: Analyse af kølesystem Er der driftsbesparelser ved at udskifte eksisterende køletårn med andet kølesystem og anvende overskudsvarmen fra denne til bygningsopvarmning. Problemformulering: Elektro Isola ønsker, at få undersøgt om det nuværende køleanlæg er den optimale løsning for dem. I projektet beskrives det aktuelle køleanlæg, hvorefter det analyseres ud fra driftstid, kølingsmetode og omkostninger. Det analyseres om en tørkøler kan levere den nødvendige køling, herunder ses der på driftsomkostninger. Det analyseres om det er økonomisk rentabelt at anvende overskudsvarmen fra kølevandet via en varmepumpe til bygningsopvarmning hos Elektro Isola. Til sidst vurderes det om Elektro Isola skal udskifte det eksisterende køleanlæg med et nyt eller om der skal kobles en varmepumpe på det eksisterende køleanlæg. Forfatter: Daniel Lessmann Studienummer: m0210dkl Antal normalsider 24,6 / Tegn 59.160 Aflevereret 19/12-14 2
Indhold Titelblad... 2 Abstract... 5 Indledning... 6 Problemformulering... 7 Hypotese... 7 Empiri i projektet... 7 Problemstilling... 8 Formål... 8 Afgrænsning... 8 Teori... 8 Metode... 9 Køletårn... 10 Køle COP... 10 Tørkøler... 11 Varmeafsætning i tørkøler... 11 Tilbagebetalingstid... 11 Tilskud til energiforbedring... 11 Redegørelse for køleanlæggets virkemåde... 12 Køletårnet... 12 Varmeveksler... 12 Buffertank til presser... 13 Køling af presse 14+23... 13 Køling af viklemaskiner... 14 Redegørelse for varmeanlæggets virkemåde... 14 Analyse af nuværende køleanlæg... 14 Energimængde som tilføres reservoiret og driftstemperaturer... 14 Energimængde fra viklemaskiner... 15 Energimængde fra presse 14+23... 15 Strømforbrug for køleanlægget... 15 Omkostninger ved nuværende anlæg... 16 Anlæggets køle COP... 17 Analyse af varmesystem... 17 Analyse af varmefordeling og produktion på varmepumpe... 17 Analyse af varmedækning... 18 Delkonklusion... 18 Beregningsforudsætninger... 19 Analyse af tørkøler løsning... 19 Valg af tørkøler... 19 Fordele og ulemper... 19 Placering og tilslutning... 20 Driftsomkostninger... 20 Levetid og vedligeholdelse... 21 Anlægsomkostninger... 21 Tilbagebetalingstid... 21 3
Analyse af RECOOL løsning... 22 Energi fra kølevandet... 22 Valg af tørkøler og varmepumpe... 22 Fordele og ulemper... 23 Placering og tilslutning... 23 Driftsomkostninger... 23 Spildvarmeafgift... 24 Tilskud til energiforbedring... 24 Levetid og vedligeholdelse... 24 Anlægsomkostninger... 25 Tilbagebetalingstid... 25 Delkonklusion... 26 Analyse af varmepumpe på eksisterende anlæg... 27 Krav til varmepumpe... 27 Valg af varmepumpe... 27 Fordele og ulemper... 28 Placering of tilslutning... 28 Driftsomkostninger... 29 Tilskud... 29 Levetid og vedligeholdelse... 29 Anlægsomkostninger... 29 Tilbagebetalingstid... 30 Kilde og kildekritik... 30 Diskussion... 31 Perspektivering... 31 Konklusion... 32 Kildeliste... 33 Bilagsoversigt... 34 4
Abstract The subject of the project is, if there is operating savings by changing the existing cooling tower with another cooling system and use waste heat from the cooling water to heat up the production buildings. The old cooling tower uses energy and evaporate a lot of water, because of the power consumption it is analyzes if a dry cooler are more efficient. The analyses of the existing cooling system has been about cooling capacity, load and which temperature the system operates with. The observed and calculated values has been transferred to the new systems. The new systems was a dry cooler, a heat pump and a combination. By transferring the load values there has been chosen a dry cooler and a heat pump. The dry cooler was not able to pay itself back if you only look at operating cost and the efficiency in the summer month was a problem. If you uses the dry cooler and the heat pump together you get an efficient cooling system, but the payback time was too high. It is recommended to keep the existing cooling system, because it is efficient and relatively cheap in operating cost. It is also recommended to build a heat pump into the existing cooling system and use it to produce heat energy to the buildings. The payback times is about 5 years for this system and open the opportunity to sell waste heat in the future. 5
Indledning Projektet startede med at vedligeholdelseschefen på praktikstedet havde læst en artikel i maskinmesterbladet omkring en anden virksomhed, som anvendte overskudsvarme fra deres kølesystem ved hjælp af en varmepumpe til bygningsopvarmning. På baggrund af dette kom ideen til at undersøge kølesystemet, hvor det viste sig, at der var en del energi, som i dag blev bortledt i et køletårn. Elektro Isola er en meget energitung virksomhed, som anvender store mængder energi i forskellige processor i produktionen. En del af denne energi havner i kølesystemet, hvor et køletårn bruger energi på at bortlede denne. Flere processor i produktionen kræver kølevand og stiger kølevandstemperaturen for meget kan virksomheden blive nødt til at nedsætte produktionshastigheden som følger heraf. Starten af projektet omhandler det nuværende kølesystem, hvor det beskrives og analyseres ud fra effektivitet, men hovedsageligt energiforbrug og virkemåde. Der ses på om det er muligt at anvende en tørkøler i stedet ud fra kriterierne omkring effektivitet og energiforbrug. Samtidig undersøges det om at en varmepumpe kan anvendes til at producere varme til centralvarmesystemet ved hjælp af energien i kølevandet. Det forventes at undersøgelserne i projektet fører frem til, at der opnås en driftsbesparelse ved at erstatte køletårnet med en tørkøler og en varmepumpe. Samtidig forventes det, at varmepumpen kan nedbringe energiforbruget til opvarmning. Projektet skal undersøge om det nuværende kølesystem er det optimale og samtidig undersøge mulighederne for anvendelse af overskudsvarme ved hjælp af en varmepumpe. Teorien i opgaven anvendes til at forstå, hvordan henholdsvis et køletårn, en tørkøler og en varmepumpe virker som kølemaskine. På det nuværende kølesystem findes vand flow, temperaturer, effektbelastning og dermed energimængderne i kølesystemet. Med udgangspunkt i effektbelastningen vælges en tørkøler, som kan klare en tilsvarende belastning, herunder er driftstemperaturerne også afgørende. Samtidig undersøges bygningens varmeforbrug og de energikilder, som i dag levere denne varme for at kortlægge, om det er muligt at producere overskudsvarme fra kølevandet ved hjælp af en varmepumpe. Opgaven redegør for kølevandssystemets opbygning, hvorefter energiforbruget og mængden af energi som systemet fjerner kortlægges. Kølesystemet analyseres i forhold til driftstid, køleeffekt og temperaturområde det kører i. Alle forslag til nye systemer er lavet i samarbejde med firmaet Cronborg, hvilket betyder at deres komponenter udelukkende anvendes. I projektet anvendes udelukkende komponenter fra Cronborg, samtidig anvendes deres beregningsmodeller og metoder. Samtidig er beregningerne lavet som gennemsnitsberegninger på baggrund af observationer på det aktuelle kølesystem. 6
Problemformulering Elektro Isola ønsker, at få undersøgt om det eksisterende kølesystem er den optimale løsning for dem. I projektet beskrives det eksisterende kølesystem, hvorefter det analyseres ud fra driftstid, kølingsmetode og omkostninger. Det analyseres om en tørkøler kan levere den nødvendige køling, herunder ses der på driftsomkostninger. Det analyseres om det er økonomisk rentabelt at anvende overskudsvarmen fra kølevandet via en varmepumpe til bygningsopvarmning hos Elektro Isola. Til sidst vurderes det om Elektro Isola skal udskifte det eksisterende køleanlæg med et nyt eller om der skal kobles en varmepumpe på det eksisterende køleanlæg Hypotese Ved at erstatte køletårnet med en tørkøler og genanvende overskudsvarmen via en varmepumpe til bygningsopvarmning kan der opnås en samlet økonomisk besparelse i forhold til det eksisterende anlæg. Empiri i projektet Fra kølesystemet på Elektro Isola er der indsamlet måledata omkring temperature, flow og effekter i starten af projektperioden. Her er der over et par dage observeret temperaturstigningen på kølevandet og, hvordan belastningen fordeler sig hen over dagen. De indsamlede data består af hovedsageligt af observationer aflæst fysisk på anlægget, mens flowet rundt i anlægget er bestemt ud fra tegninger og beskrivelser af kølesystemet. Der er ingen styring på pumperne i anlægget, så derfor køre disse on/off. Målingen af temperaturerne er foretaget med en laserpointer, samt som værdier aflæst på SRO-anlægget for kølesystemet. Værdierne fra SRO-anlægget kommer fra følere placeret ude i processen. Alle målte værdier er behandlet som gennemsnitsværdier i beregningerne for at få det mest retvisende billeede, hvilket skyldes at målingerne har svinget noget fra dag til dag. Da temperaturforskellene er forholdsvis små gennem anlægget vil disse give store effektforskelle. Værdier for strømforbrug på køletårn er fundet som måleværdier logget i SRO-anlægget gennem et helt år. Alt energiforbrug til kølesystemet er fundet som årsværdier, mens energien til bygningsopvarmning er fundet på månedsbasis. Det eksisterende anlægs virkemåde, historie og drift er erfaret ved hjælp af samtaler med vedligeholdelseschefen samt driftspersonalet. Flere af medarbejderne ude i produktionen har en lang erfaring med det eksisterende anlæg. Anlæggets driftstider er fundet ud fra SRO-anlægget, samt ved hjælp af samtaler med driftspersonalet. Dele af anlægget er løbende blevet ændret, men ved at sammenligne anlægstegninger og studere det eksisterende anlæg har jeg lavet egne skitser af det eksisterende anlæg. Til at dokumentere anlæggets virkemåde har jeg udvalgt/anvendt diverse datablade, anlægstegninger mm. Yderligere har jeg anvendt mine egne tegninger af anlægget, hvor jeg har indført flow, temperature mm. Jeg har yderligere været i kontakt med Karsten Pedersen fra Cronborg, som har erfaring fra lignende projekter. 7
Problemstilling Virksomheden fremstiller kompositrør/plader til industrien, denne proces kræver både varme til presning af plader, samt efterfølgende hærdning. Efter hærdning ved hjælp af hedtvand køles kompositpladerne ned ved hjælp af kølevand. Den energi som afsættes i kølevandet bliver bortledt i et køletårn. I dag fungerer selve kølesystemet egentligt udmærket, men Elektro Isola ønsker undersøgt om kølingen kan leveres billigere og mere effektiv. Kølingen kræver en del energi, da virksomheden har et køletårn, som skal bortlede alt energien til det fri. Dette koster både strøm, men køletårnet har samtidig også vandfordampning. Da vandet i sommerperioden typisk har en temperatur på omkring 25 grader, så er der ideelle forhold for bakterier. Vandet tilsættes derfor kemikalier for at begrænse bakterievæksten. Samtidig drænes en hvis mængde vand hver uge for at sikre en udskiftning af vandet. Samtidig afsættes der store mængder energi til dette kølevand. Dette energi ønsker virksomheden yderligere at få undersøgt om denne kan bruges til bygningsopvarmning ved hjælp af en varmepumpe, som skal give vandet et temperaturløft. Formål Formålet ved denne opgave er, at analysere om det nuværende kølesystem er det optimale og mest driftsøkonomiske. Yderligere skal opgaven belyse om det er rentabelt at anvende overskudsvarmen fra kølingen til bygningsopvarmning. Afgrænsning Projektet afgrænses til kun at bruge løsninger fra firmaet Cronborg og deres komponenter, da dette er ønsket fra Elektro Isola s side. Samtidig benyttes Cronborg s beregningsmetoder og data til at finde driftsomkostninger på de nye anlæg. Anlæggenes etableringsomkostninger fastslås på baggrund af udsagn fra Cronborg, som vil give et prisoverslag på disse. Ved analyse og vurdering af tørkøleren og varmepumpen ses der bort fra, hvordan en evt. styring af disse vil kunne opbygges, samtidig vil der heller ikke blive taget hensyn til om anlægget fysisk kan placeres hensigtsmæssig. Kølevandets specifikke tilførte energi som øjebliksbillede findes ikke, men i stedet tages der udgangspunkt i gennemsnitsberegninger lavet ud fra observationer over en arbejdsdag. I projektet laves ikke en gennemgang af de maskiner som kræver køling, dette område begrænses til kun kort at beskrive kølesystemet på disse. Teori For at få et overblik over det nuværende kølesystem skal der findes vandflow rundt i kølesystemet, samtidig skal der bruges temperaturer for at finde effektbelastningen på kølesystemet. Med effektbelastningen er det muligt at finde energimængderne, som er rundt i kølesystemet ved at tage effektbelastningen ganget med driftstiden. 8
Det er vigtigt at kende, hvilket temperaturleje kølingen skal lægge ved, da det har betydning for hvilke valg af komponenter. Samtidig skal der bruges oplysningerne omkring elforbruget og andre udgifter ved det nuværende køleanlæg. Da det ønskes undersøgt, om det er muligt at producere overskudsvarme til eget centralvarmeanlæg skal det eksisterende varmesystem beskrives og analyseres, og der skal laves en varmeberegning på systemet. Dette skal gøres for at kortlægge hvor stor en del af deres varme, som kommer fra henholdsvis overskudvarme og konventionel varme. Ved at tage bygningens totale varmeforbrug kan der laves en model for dens fordelte varmeforbrug over året. Dermed er det muligt at finde øjeblikseffekter ved en bestemt ude temperatur. Dette skal holdes op i mod, hvor meget energi/effekt det er muligt at producere på forbrændingsanlægget. Den energi som mangles kan produceres på varmepumpen, men for at finde ud af, hvor meget energi som det er muligt at producere på varmepumpen skal der laves en analyse af, hvor meget energi som der er til rådighed i kølevandet på henholdsvis dagsbasis og til weekend brug. Metode Først vil jeg redegøre for kølevandssystemets opbygning, dets funktion og karakteristika. Dette vil jeg gøre ved hjælp af skitser og historisk data, for at få et overblik over systemet og dermed være i stand til at analysere om systemet. For at lave skitser over anlægget vil jeg anvende eksisterende tekniske tegninger og følge rørstrækninger og dermed lave min egen oversigt over kølesystemets opbygning. Til at kortlægge energiforbruget på det nuværende anlæg bruges oplysninger pumper, varmeveksler og køletårn og derfra findes data på disse. Samtidig anvendes historisk data fra SRO anlægget til at finde energiforbruget. Efter redegørelsen vil jeg analysere køleanlægget ud fra driftstid for at kortlægge driftsmønstret, temperaturområdet anlægget kører og dets køleeffekt da denne er dimensionerende for nye anlæg. Yderligere laves strømberegning ud fra pumpe data og målinger fra SRO (styring regulering og overvågning). Efter analysen af det nuværende anlæg vil jeg opstille krav til, hvad et nyt anlæg skal kunne. Til at finde ydelserne i de nye anlæg, vil jeg tage udgangspunkt i energiomsætningen i det eksisterende anlæg og analysen af varmesystemet. Ved hjælp af løsninger fundet i samarbejde med firmaet Cronborg vil jeg analysere og vurdere disse ud fra driftsomkostninger, etableringsomkostninger og effektivitet. Samtidig anvendes de ansattes erfaring hos Elektro Isola til at beskrive det nuværende kølesystem, mens Cronborg s ansattes erfaring bruges til at opsætte nye køleløsninger. Driftsomkostninger, COP og ydelser findes ved hjælp af datablade fra Cronborg. 9
Køletårn Køletårnet 1 anvendes i industri til køling af fx procesvand. Køletårnet hos Elektro Isola er et fordampningskøletårn, hvilket giver en øget effektivitet. Vandet køles ved at det kommer i kontakt med den omgivende luft, som vandet overgiver varmen til. For at effektivisere kølingen fordeles vandet gennem riste eller dyser, som øger dets overfladeareal. Vandet køles ved direkte varmeoverførsel til luften, men hovedkølingen kommer ved at der sker en fordampning af vandet til luften. Princippet 2 i køletårnet er, at noget af vandet fordamper hvorved luftens fugtighedsindhold øges. Ved fordampningen fjernes energien fra kølevandet og dermed sænkes dens temperatur. Figur 1 Køletårnets virkemåde Dette gør at køletårnet kan køle vandet ned imod luftens våde temperatur, som ligger under luftens faktiske temperatur. Dette vil sige, at der i et køletårn både sker energioverførsel ved direkte varmeledning til luften, men samtidig også ved fordampning af vandet. Figur 2 Princippet fordampning i køletårnet for luften Dette betyder ud over at køletårnet både har et strømforbrug og et vandforbrug, som afhænger af belastningen, luftens fugtighed mm. Køle COP Et køleanlægs køle COP er et udtryk for hvor meget køleenergi 1kWh strøm er i stand til at levere: COP = Leveret køling Forbrugt energi Mange frikøleanlæg har en COP mellem 10 og 20, dette betyder er anlæggets COP fx 15, bruger anlægget 1kW strøm til at levere 15kW køling. 1 www.aclm.dk 19/9-14 2 www.elforsk.dk/elforskprojects/341.../fremtidens_koeletaarn_341-026 19/9-14 10
Tørkøler Tørkøleren 3 er i modsætning til køletårnet et lukket system. En tørkøler anvender den omgivende luft til at levere kølingen. Dette betyder også, at en tørkøler ikke kan køle vandet ned under luftens temperatur. Da tørkøleren fungere som et lukket system sker der ingen fordampning af kølevandet. For at øge effektiviteten på tørkøleren i sommerperioden monteres nogle med sprinklerdyser, som sørger for at køleribberne er lidt fugtige og dermed opnås omtrent samme princip som ved køletårnet. Figur 3 AB&CO Tørkøler Varmeafsætning i tørkøler Varmeafsætningen i en tørkøler er hovedsageligt bestemt af to ting. Temperaturforskellen mellem kølemediet (luften) og kølevandet (procesvandet) og samtidig vand og luft flowet gennem tørkøleren. Varmeafsætningen er direkte proportionel med temperaturforskellen, hvilket betyder fordobles middeltemperaturforskellen fordobles også den muligt afsætte varmeeffekt. Samtidig er varmeafsætningen også direkte proportionel med luft flowet, men for at fordoble luft flowet vil ventilatoreffekten blive mere en fordoblet er energiforbruget til blæserne ikke direkte proportionelle med køleeffekten. Tilbagebetalingstid Ved beregning af tilbagebetalingstid bruges den direkte metode, hvor investeringens pris holdes op imod besparelsen i driftsomkostninger og fortjenesten ved salg af varme, såfremt dette er aktuelt. Dette betyder at tilbagebetalingstiden beregnes på baggrund af investeringssummen minus tilskud, driftsomkostningerne, drift besparelser og evt. fortjeneste. Tilskud til energiforbedring Virksomheden har mulighed for at søge om tilskud til energibesparelser. Dette tilskud afhænger af flere parametre, blandt andet hvilken energikilde virksomheden har i dag, fx gaskedel, fjernvarme mm. Tilskuddet findes ud fra en prioriteringsfaktor (afhænger af hvilken alternativ energikilde virksomheden anvender). Samtidig yder der et direkte tilskud til energibesparelsen, som er et engangsbeløb på 0,4kr./sparet kwh 4. Yderligere skal investeringen som giver energibesparelsen have en tilbagebetalingstid inklusiv tilskud på mere end 2år ellers reduceres tilskuddet tilsvarende. Da varmen, som bliver sparet, ellers skulle have været produceret på gaskedel giver dette en prioriteringsfaktor på 1,5. Tilskuddet skal søges inden anlægget bliver etableret. 3 http://www.abco.dk/toerkoeler.htm 19/9-14 4 Analyse for anvendelse af overskudsvarme s. 32 11
Redegørelse for køleanlæggets virkemåde Det nuværende køleanlæg 5 har overordnet to køleformål det skal køle rørviklerne og laker maskinerne kontinuerligt, mens der er behov for køling ved to pladepressere alt efter driftsformen. Denne køling køre on/off, da pladerne først bliver varmet op for hærdning, bagefter fjernes denne energi med køleanlægget. Alt energien som overføres til kølevandet bliver i dag fjernet i et køletårn. Køletårnet Køletårnet er fra vindmølleproducenten Vestas under afdelingen Vestas Aircoil. Tårnet er designet med en ydelse på 1740kW ved specifikationerne ifølge køletårn DATA 6. Som beskrevet i teoriafsnittet er det et fordampningskøletårn. Dette medfører et vandforbrug på cirka 100m3 per måned, herunder fordampning af dræning (for at hindre op koncentration af salte og mineraler). Under køletårnet er et vandreservoir på 300m3, som i løbet af dagen og aftenen bliver opvarmet af kølebelastningen fra produktionen. I dag kører køletårnet udelukkende om natten ifølge Figur 4 Eksisterende køletårn Driftstid køletårn 7, dette er muligt på grund af det store vandreservoir under køletårnet. Ved udelukkende at køre nattedrift spares både strøm, samtidig med at det er muligt at opnå en lavere temperatur på vandet pga. den lavere lufttemperatur om natten. Varmeveksler Den del af kølesystemet, som skal køle presse 14+23 er adskilt fra resten af kølesystemet via en rørvarmeveksler (Pos 1 bilag 2). Denne rørvarmeveksler (Se datablad 8 ) består af 4 stk. seriekoblede enheder ifølge datablad (markeret med gul). Kølesystemet er adskilt på dette punkt da delen med presse 14+23 både bliver opvarmet og nedkølet. Denne opvarmning sker ved hjælp af hedt vand (kedelvand), som er behandlet i henhold til disse krav for kedelvand. For at undgå at skulle behandler alle 300m3 er kølevandssystemet delt ved varmeveksleren. Figur 5 Eksisterende varmeveksler 5 Bilag 2 Kølesystem i dag 6 Bilag 3 Køletårn DATA 7 Bilag 5 Driftstid køletårn og kølesystem 8 Bilag 4 Datablad rørvarmeveksler 12
Buffertank til presser Mellem presse 14 og 23 og kølevandsreservoiret er der installeret en buffertank, som har til formål at udjævne temperatursvingningerne, når der er behov for køling ved henholdsvis presse 14 og 23. Samtidig sikrer buffertanken også, at der er tilstrækkeligt med koldt vand til rådighed ved nedkøling af pladerne, som typisk nedkøles fra 140-160 grader ned til 30 grader ved hjælp af kølevandet. Mellem varmeveksleren og buffertanken er der installerer 2 1,5kW pumper. Pumperne levere hver et flow på 20m 3 /h og kører ifølge drift1.dok 9. Buffertanken består egentligt af tre tanke som er serieforbundet. Det er en midtertank på 30m 3 og en retur- og fremløbstank. Fremløbstanken er koblet på den kolde side af varmeveksleren, hvilket sikrer det koldest mulige vand i fremløb. Returtanken er koblet på den varme side af varmeveksleren. På denne måde er det muligt af nogenlunde holde det kolde og varme vand adskilt. Dette sikrer at der ikke sker en direkte opblanding af vandet, hvilket betyder at det er muligt af have forholdsvis koldt vand i en længere periode. Figur 6 Eksisterende buffertank Figur 7 Skitse af buffertanksystem Køling af presse 14+23 Pladerne bliver presset under varme, hvor de efter endt proces nedkøles ved hjælp af kølevand. Kølesystemet er skitseret på bilag 6 10. Systemet fungere ved at pladerne opvarmes ved hjælp af hedt vand i x antal minutter, hvorefter pladerne i cirka 50min ved hjælp af kølevandet. Selve kølingen er udelukkende styret ud fra et tidsindstillet set punkt, hvilket betyder, at pladerne bliver kølet x antal minutter uden hensyntagen til deres temperatur. 9 Bilag 5 Driftstid køletårn og kølesystem 10 Bilag 6 Kølesystem presse 14+23 13
Køling af viklemaskiner Viklemaskinerne består af en varm valse, samt to kolde valser 11. Kølevandet skal sikre at papiret ikke sætter sig fast på valsen, samtidig består kølesystemet af en oliekøler, hvor kølevandet sikrer at olien har den korrekte temperatur. Selve kølesystemet til valserne har ingen styring, men der sidder en termostat til oliekøleren. Dette betyder at valserne bare kølet mest muligt, og er direkte afhængig af kølevandets temperatur. Redegørelse for varmeanlæggets virkemåde Virksomheden producere alt deres varme til bygningsopvarmning selv. Varmen kommer fra 3 systemer 12 hedtvandsvarmeveksler, weekend kedel og deres udsugningsforbrændingsanlæg. Alt varmen fra udsugningsforbrændingsanlægget er overskudsvarme, da varmen kommer fra forbrændingsprodukterne. Denne varme hentes ud ved hjælp af tre luft/vand varmevekslere og varmevekslerne reguleres alt efter varmebehovet. Når forbrændingsanlægget er stoppet kommer varmen fra en hedtvandsvarmeveksler, som bruger hedtvand fra processen til opvarmning. I weekenden er både forbrændingsanlægget og weekend kedlen stoppet, hvorved energien til bygningsvarmen kommer fra hedtvandsvarmeveksleren. I ferieperioder stoppes også denne, hvorved eneste varmekilder der bliver weekendkedlen. Analyse af nuværende køleanlæg I dette afsnit analyseres det nuværende køleanlæg ud fra, hvor meget energi det fjerner, dets energiomsætning og dets driftsomkostninger. Ud fra observationer af temperaturer, flow og driftstid er det muligt til at finde anlæggets energiomsætning, driftsomkostninger og den mængde energi som fjernes Alle temperature er aflæst som øjebliksværdier og indsat på Kølesystem i dag 13 inden for de intervaller som jeg har observeret dem i. Alle effekt beregningerne er lavet ved: P = m c T ( kg kj K = kw) s kg K Energimængde som tilføres reservoiret og driftstemperaturer Som tidligere beskrevet består kølesystemet af to kredse, som tilføre energi til kølevandet. Alt denne energi ender i kølevandsreservoiret og på baggrund af temperaturstigningerne i kølevandsreservoiret findes den fjernede energimængde. På baggrund af kølevandssystemets driftstid 14, gennemsnitstemperaturerne og flowet findes energimængden som tilføres kølevandsreservoiret. If Ifølge energiomsætningen 15 bliver det overordnede krav til det nye anlæg er selvfølgelig, at det skal kunne levere tilstrækkeligt med køling. Dette betyder, at anlægget som minimum skal kunne levere en køleeffekt svarende til den effekt, som i dag fjernes. Dette giver et krav på: 11 Bilag 7 Køling af viklemaskiner 12 Bilag 8 Varmesystem i dag 13 Bilag 2 Kølesystem i dag 14 Bilag 5 Driftstid køletårn og kølesystem 15 Bilag 9 Energiomsætning i dag og tørkøler 14
P køl = Q fjernet Tid = 2.177.962kW 5520h 400kW Udover at kølesystemet skal kunne fjerne 400kW, skal kølevandstemperaturen som udgangspunkt også kunne holdes på maksimalt 30 o C. Denne temperatur kan tillades at være højere i kortere periode, da dette også forekommer på anlægget i dag. Når der køles på presse 14 eller 23 stiger kølevandstemperaturen i dag op til mellem 35 og 40 o C for en kortere periode. Da det nye anlæg skal kobles på det eksisterende køleanlæg, som køler presse og vikle/laker maskiner skal anlægget lægges ud således, at kølevandspumperne til presser og vikle/laker maskiner skal kunne bibeholde det nuværende flow. Dette skyldes at blandt andet rørsystemerne er udlagt til dette flow og generelt er hele kølesystemet lagt ud til de eksisterende flow (20m 3 /h vikle og laker maskiner og 50m 3 /h til presse 14+23). Energimængde fra viklemaskiner Da alle pumper kører on/off levere de altid maks. mængde kølevand fra pumperne til viklemaskinerne er dermed 20m 3 /h. Med samme fremgangsmåde ud fra temperaturer og flows har jeg fundet deres energibelastning til omkring 250MWh 16 årligt fordelt på en driftstid på 5520h. Med de aktuelle temperature giver det en effektbelastning på ca. 50kW. Energimængde fra presse 14+23 Pumperne til presse 14+23 kører on/off, hvilket giver et flow på 40/50m 3 /h alt efter hvorhenne i kølevandssystemet det er. Presse 14+23 giver en varmebelastning på 2042MWh, hvoraf de 1927MWh når kølevandsreservoiret, men resten anses for tab og afvigelse på grund af temperaturaflæsning. Presserne levere varmen over 1800h årligt, da det er den tid, som der køles på presserne. Ved indgangen til tanken (300m 3 ) ligger effektbelastningen på mellem 186 og 512kW, mens den ved afgangen fra presserne ligger mellem 524 og 1746kW. Denne høje effekt bliver afgivet over en kortere tidsperiode. Dette betyder også, at presserne levere effektbelastningen som peakeffekter, men denne effekt bliver udjævnet i buffertanken og gennem varmeveksleren, hvor effekten bliver mere konstant. Strømforbrug for køleanlægget Strømforbruget for køleanlægget består af flere dele, herunder køletårnet og forskellige kølevandspumper. Som tidligere beskrevet køre køleanlægget ud fra Driftstid køletårn og kølesystem 17 og i denne driftsperiode bruger køletårnet 71.368 kwh 18. Disse data kommer fra virksomhedens loggersystem. Da alle pumper køre on/off og uden styring er der taget udgangspunkt i, at de optager den effekt, som er vist på mærkepladen. Dette giver et totalt strømforbrug på hele kølesystemet (inkl. Køletårn og kølevandspumper) på 125.015kWh 19. 16 Bilag 9 Energiomsætning i dag og tørkøler 17 Bilag 5 Driftstid køletårn og kølesystem 18 Bilag 10 El- og vandforbrug køletårn 2013 19 Bilag 11 Kortlægning af energiforbrug 15
Ud over strømforbruget har køletårnet også et vandforbrug, som består af fordampning samt dræning af vand, for at sikre en hvis udskiftning i vandet pga. blandt andet bakterier. Dette vandforbrug er på ca. 1.250m 3 årligt 20. Omkostninger ved nuværende anlæg Omkostninger består af tre dele strømforbruget, vandforbruget og vedligeholdelsesomkostninger. Herunder beløber strømforbruget sig til 86.615kr., men vandforbruget beløber sig til 18.950kr. Tabel 1 Udgifter nuværende kølesystem KOMPONENT FORBRUG ENHED PRIS / ENHED UDGIFT ELFORBRUG KØLETÅRN 71368 kwh 0,7 kr./kwh 49957,6 kr. PUMPER MELLEM TANK OG VARMEVEKSLER 8280 kwh 0,7 kr./kwh 5796 kr. SPÆDEVAND TIL KØLETÅRN 1250 m 3 15,16 kr./m 3 18950 kr. PUMPER TIL PRESSE 14+23 19800 kwh 0,7 kr./kwh 13860 kr. PUMPER TIL VIKLE + LAKER MASKINER 24288 kwh 0,7 kr./kwh 17001,6 kr. UDGIFTER TOTAL 105565,2 kr. Dette giver samlede omkostninger på 105.565,2 kr. Yderligere skal der ligges vedligeholdelsesomkostninger oven i denne udgift, men i beregningerne ses bort fra denne. I en tabel, som viser hvordan omkostningerne forløber sig over en 10årig periode, ses det at der over denne periode opbygges udgifter svarende til 1.055.650kr. i nutidsværdi. Ud over dette kommer vedligeholdelsesomkostninger. Nuværende anlæg Tabel 2 Udgifter nuværende system 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Udgift Udgift akkumuleret 20 Bilag 10 El- og vandforbrug køletårn 2013 16
Anlæggets køle COP Selvom anlægget ikke består af egentlige kølekompressorer bruger det stadig strøm for at levere køling. På baggrund af dette kan anlæggets køle COP findes, som leveret køling delt med strømforbrug (inkl. pumper og ventilatorer): COP = Leveret køling = 2.177.000kWh = 17,6 Strømforbrug 123.736kWh Som forventet ligger anlæggets køle COP høj, da det virker ved hjælp af frikøling dvs. ingen kompressorer og lignende. Analyse af varmesystem Varmesystemet består af tre dele hedtvandsvarmeveksler, weekend kedel og forbrændingsanlægget. Heraf kan disse inddeles i almindelig varmeproduktion og overskudsvarmeproduktion. Den almindelige varmeproduktion er hedtvandsvarmeveksleren og weekendkedlen, mens overskudsvarmeproduktionen er fra deres forbrændingsanlæg. Dette system har første prioritet, da denne varme er stort set gratis at producere. Den eneste udgift til dette er afgift for anvendelse af overskudsvarme. Bygningernes totale varmeforbrug til opvarmning og brugsvand er på 3558MWh 21, hvoraf en del af denne varme kommer fra deres forbrændingsanlæg. Der er ingen energimåling på forbrændingsanlægget, men dets gennemsnits flow af luft er 30.000m 3 /h svarende til 36.000kg/h. En typisk dag ligger røggassen før røggasveksleren på 110-140 o C og 80-110 o C efter denne. Dette giver en maksimal effekt på forbrændingsanlægget på: P maks = m gas c gas T = 10 kg s 1 kj 60K = 600kW kg K Denne effekt bruges til at finde, hvor stort et biddrag til varmeforbruget forbrændingsanlægget levere. Alt varmeforbrug ud over denne effekt kommer i dag fra hedtvandsveksleren og weekendkedlen. Forbrændingsanlægget kører udelukkende i hverdagene, hvilket betyder at alt varme i weekenderne kommer fra weekend kedlen og hedtvandsveksleren. Analyse af varmefordeling og produktion på varmepumpe På baggrund af Elektro Isolas varmeforbrug fordelt over et år, har jeg opsat en model i samarbejde med Cronborg som skal undersøge, hvor meget varme det er muligt at producere på varmepumpen til eget forbrug. Ud fra det registrerede varmeforbrug ses det, at hverdagsforbruget er 3.007MWh og weekendforbruget er 550MWh. Forbrændingsanlægget levere alt det varme som er muligt (600kW). Ud fra bygningens varmeforbrug kan den gennemsnitlige månedlige effekt findes og den effekt som ligger over de 600kW kan komme fra varmepumpen i hverdagene. Dette giver, at der kan produceres 627MWh på varmepumpen i hverdagene. I weekenden er forbrændingsanlægget stoppet, men der begrænses det af, hvor meget energi som er til rådighed i kølevandsreservoiret. Dette skyldes at produktionen er stopper i weekenden. Der tages udgangspunkt i, at tanken kan afkøles 20 o C i løbet af hver weekend. 21 Bilag 12 Varmeanalyse 17
kj Q tank = m vand c vand T = 300.000kg 4,2 20K 1,25 = 8,5MWh kg K De 1,25 kommer fra forholdet mellem varmepumpens køle og varme COP. Dette giver mulighed for at producere maksimalt 8,5MWh varme hver weekend. Dette giver totalt 332MWh, hvilket betyder at der kan maksimalt afsættes 959MWh varme fra varmepumpen til bygningsopvarmning. Bygning sum VP sum Lesni sum Kedel sum 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 Figur 8 Bygningens varmeforbrug og fordelingen mellem varmekilderne Analyse af varmedækning På baggrund af januars varmeforbrug 22 for 2013 findes den maksimale gennemsnitlige belastning: P varme.maks = Varmeforbrug januar tiden = 520MWh 1000 31 24h = 699kW 700kW Da hedtvandsveksleren og weekendkedlen kan levere varme i weekenden, hvor varmeforbruget er lavere, så er bygningens varmeforbrug i weekenderne dækket ind, såfremt der ikke er tilstrækkelig energi til rådighed i tanken i de kolde vintermåneder. Dermed er Elektro Isola dækket ind med hjælp af henholdsvis forbrændingsanlæg, weekend kedel og varmepumpe. Delkonklusion Køleanlægget er, som det kører i dag, et stabilt system med en stor buffertank, som sikrer at der altid er rigeligt med koldt kølevand tilgængeligt til en hel arbejdsdag. Da anlægget fungerer som et åbent system vil der være vandfordampning, hvilket bevirker til en op koncentration af mineraler i det resterende vand, derfor skal der samtidig drænes en vis mængde vand ud over fordampningen. Da anlægget er et fordampningskøleanlæg og udelukkende kører om natten (der på døgnet hvor det er koldest), sikrer det, at der kan laves en tilstrækkelig kold kølevandstemperatur i løbet af natten. 22 Bilag 12 Varmeanalyse 18
Beregningsforudsætninger Alle beregninger er lavet ud fra følgende forudsætninger: At kølevandet tilføres 2.288MWh energi årligt fra produktionen. Elprisen er fastsat til 0,7kr./kWh for indkøb af strøm til pumper, blæsere og køletårn mm. Ved indkøb af strøm til varmepumpen er denne elpris sat til 1,1kr./kWh, da der gælder andre afgiftsregler. Af den varme som tilføres kølevandet er forudsætningerne, at der kan afsættes maksimalt 960MWh varme til bygningsopvarmning. Varmen produceret på varmepumpen erstatter varme fra en gaskedel med en varmepris på 550kr./MWh. Varmepumpens COP er fastsat ud fra en kølevandstemperatur på 25 o C og en fremløbstemperatur på varmesystemet på 70 o C. Spildvarmeafgiften er fastsat ud fra gældende regler omkring anvendelse af spildvarme ved hjælp af varmepumpe 23. Analyse af tørkøler løsning I analysen af tørkøleren er der taget udgangspunkt i, at tørkøleren skal fjerne alt energien, som i dag tilføres kølevandet. Den tilførte effekt til kølevandet svinger en del, som tidligere beskrevet, men der er taget udgangspunkt i den effekt, som gennemsnitlig tilføres kølevandet. Dette gøres fordi, at tanken på de 40m 3 er installeret som en buffer og samtidig er de maskiner som køles ikke afhængig af en konstant kølevandstemperatur. Valg af tørkøler For at vælge den rigtige tørkøler skal den gennemsnitlige tilførte effekt til tørkøleren findes. Denne effekt danner udgangspunkt i valget af tørkøleren. Da projektet er lavet i samarbejde med firmaet Cronborg er der taget udgangspunkt i komponenter fra deres produktkatalog. Da det er de samme maskiner og processor som skal køles, må den tilførte effekt til tanken på de 40m3 være den samme, hvilket betyder at tørkøleren skal kunne fjerne summen af disse 24 : P Tørkøler = Q Ttilført tid = 2.288.788kWh 5520h 415kW Dette betyder at tørkøleren i gennemsnit skal kunne fjerne 415kW i dens driftsperiode. På baggrund af Cronborg s produktkatalog 25 ses, det at den eneste tørkøler som kan levere denne køling er Tørkøler model 500. Denne tørkøler levere en køleeffekt på 500kW ved en udetemperatur på 20 o C og en væsketemperatur på 32/27 (tilgang og afgang). Fordele og ulemper Ved at vælge løsningen med en tørkøler opnås flere fordele. Den største fordel, som taler for denne løsning er, at ved at anvende en tørkøler opnås et lukket kølesystem. Et lukket kølesystem betyder, at kølevandet 23 PDF Analyse for anvendelse af overskudsvarme s. 24 24 Bilag 9 Energiomsætning tørkøler 25 Bilag 14 - Produktkatalog 19
ikke direkte har kontakt med luften. Dette forhindre blandt fordampning af kølevand, som ved det nuværende kølesystem udgjorde ca. 1250m 3 årligt. Et lukket system vil heller ikke i samme omfang blive udsat for bakterie angreb. Yderligere vil etableringen være forholdsvis enkel, da det kun kræver at der laves nye rør fra kedelrummet og ud til der hvor tørkøleren placeres (ca. 40m). Den største ulempe ved at etablere en tørkøler er dens kølemetode, fordi en tørkøler kan aldrig køle vandet under luftens temperatur og fuldt belastet vil der være en temperaturdifferens mellem kølemediet og luften på 10 o C. Dette betyder at kølevandet på sommerdage ikke vil kunne køles under 35 o C. I dag er kølevandet ud til produktion også sommertider oppe omkring 30-35 o C i kortere perioder, når der er behov for køling ved presse 14 eller 23. Da presserne skal nedkøles fra over 100 o C efter endt presning er det ifølge PTA (Produktions teknisk afdeling) ikke noget problem med en kølevandstemperatur som kan være optil 35 o C. En sådan temperatur ses også kortvarigt i dag under køling af presserne. Placering og tilslutning Placeringen af tørkøleren skal være udendørs og den skal placeres således af luften frit kan strømme til den ovenfra. Samtidig skal der være tilpas frihøjde under kølesektionerne for at sikre mindst mulig luftmodstand og dermed nedsat luftflow. Tørkøler Tank 40m3 Presse 14+23 Vikle og laker maskiner Som tidligere beskrevet består tanken på den 40m 3 egentlig af tre sammenbundne tanke. Dette betyder at fremløbet til tørkøleren skal tilsluttes der, hvor det varme kølevand kommer retur fra produktionen. Mens returløbet fra tørkøleren skal tilsluttes, hvor det kolde kølevand skal have fremløb til produktionen. Driftsomkostninger Ved udregning af driftsomkostningerne er der taget udgangspunkt i, at de eksisterende pumper som levere kølevand til presserne og vikle/laker maskinerne bibeholdes og har samme strømforbrug. Ud over dette skal der etableres en ny pumpe til tørkøleren som skal kunne levere minimum 95m 3 /h. Til at finde pumpens effektoptag er der taget udgangspunkt i et tryktab på 0,5bar, hvilket giver en optaget el effekt på cirka 2kW. Yderligere kommer tørkølerens strømforbrug som er fundet ved at interpolere: P = 415kW 6,174kW 5520h = 28.400kWh 500kW Figur 9 Tørkøler tilslutning 20
Med dette strømforbrug sammen med pumpernes strømforbrug giver det et totalt strømforbrug på ca. 80.000kWh og en total strømudgift på 57.742kr 26. Levetid og vedligeholdelse Ifølge leverandøren Cronborg har tørkøleren en lang levetid på over 20år. Ud over dette kræver tørkøleren ikke noget specielt vedligehold, men det anbefales at den renses mindst en gang årligt for at fjerne skidt og belægninger og dermed forbedre dens virkningsgrad. Anlægsomkostninger Anlægsomkostninger er beregnet ud fra et prisoverslag som Cronborg har udarbejdet. Tilbuddet er inklusiv en ny pumpe, 40m nyt rør og tørkøleren, samt dvs. ventiler mm. De samlede anlægsomkostninger løber op i 668.039kr. inkl. montage 27. Tilbagebetalingstid Ud fra anlægsomkostningerne og besparelsen ved at etablere en tørkøler kan tilbagebetalingstiden for investeringen findes ud fra den direkte metode. Tilbagebetalingstid = Anlægsomkostninger Besparelsen (nuværende nu udgift) = 668.039kr. 105.565kr. 57.742kr. = 13,97år Tilbagebetalingstiden for denne investering bliver dermed ca. 14år, hvilket lægger over den acceptable grænse opstillet af Elektro Isola. Ved etablering af tørkøler giver dette ingen energibesparelse på varmeforbruget, dermed opnås intet tilskud til denne løsning. Grafen viser hvordan besparelsen spiser af investeringen, men efter 10 år er investeringen stadig ikke betalt hjem, da den har genereret et negativ overskud på 189.807kr. Dette betyder at denne investering ikke giver nogen økonomisk gevinst inden for 10 år, hvilket passer sammen med at tilbagebetalingstiden er på ca. 14år. Tabel 3 Tilbagebetalingstid for tørkøler 100000 Tørkøler 0-100000 -200000-300000 -400000-500000 -600000-700000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Besparelse Besparelse akkumuleret Investering 26 Bilag 15 Indtægter og udgifter 27 Bilag 16 Prisoverslag tørkøler 21
Analyse af RECOOL løsning I analysen af RECOOL er udgangspunktet at der produceres bygningsvarme i vinterhalvåret, mens varmepumpen i sommerperioden booster kølevandstemperaturen til tørkøleren, hvilket sikrer en lavere temperatur på kølevandet. I foråret og efteråret anvendes udelukkende tørkøleren, da udeluften har en tilstrækkelig lav temperatur til at kunne give den nødvendige køling. Ved denne løsning er det meningen at begge tanke bibeholdes, hvoraf de 40m 3 er til hverdagsdrift, mens de 300m 3 er til weekend drift. På den måde sikres det, at der vil være en varm og en kold del, hvilket betyder at varmepumpen kan hente varmen ved en højere temperatur. Dette vil i give en bedre COP værdi og i sidste ende en bedre driftsøkonomi. Energi fra kølevandet Med en køle COP på 3,42 og en varme COP på 4,42 (3,42 + 1 for kompressor arbejde) skal der hentes : Q kølevand = Q varme 3,42 4.42 Denne energi skal hentes fra kølevandet. = 959MWh 3,42 4,42 = 742MWh Valg af tørkøler og varmepumpe Da RECOOL løsningen består af henholdsvis en tørkøler og en varmepumpe skal der vælges begge komponenter. Valget tager udgangspunkt i Cronborgs komponenter. Ud fra Energi omsætning RECOOL 28 findes den effekt, som varmepumpen gennemsnitlig skal kunne fjerne: P varmepumpe = Q Ttilført tid = 1.325.098kWh 3520h 376kW Dette betyder at varmepumpen gennemsnitlig skal have en køleeffekt på 376kW for at kunne klare den kontinuerlige belastning. På samme måde findes tørkølerens effekt: P Tørkøler.forår.efterår = Q Ttilført tid Samme udregning laves for tørkøleren ved sommerdrift: P Tørkøler.sommer = Q Ttilført tid = 966.493kWh 2000h = 576.125kWh 1320h 483kW 436kW Den dimensionerende størrelse bliver altså driftsformen i forår/efterår. På baggrund af Cronborg s produktkatalog 29 vælges en tørkøler Tørkøler model 500, som har samme specifikationer som forrige tørkøler. Varmepumpen som vælges er igen fundet på baggrund af Cronborg r produktkatalog Varmepumpe WWH- 2 380. Varmepumpen har en køleydelse på 486,4kW ved en kølevandstemperatur på 18/15 o C. Da det er tiltænkt at kølevandstemperaturen hos Elektro Isola skal ligger mellem 23/26 o C vil køleydelsen bliver en smule højere ved samme fremløbstemperatur på 65/70 o C. 28 Bilag 13 Energiomsætning RECOOL og varmepumpe 29 Bilag 14 - Produktkatalog 22
Valget af denne lidt for store varmepumpe skyldes muligheden for udvidelse og en sikkerhed for at den kan leveres tilstrækkelig effekt de kolde dage, samtidig giver det også mulighed for salg af overskudsvarme i fremtiden. Fordele og ulemper Denne løsning har flere fordele, den største er, at det åbner muligheden for at bruge overskudsvarmen til bygningsopvarmning, hvilket gør at selvom det koster en del at drive varmepumpen, så vil en del af denne udgift komme retur på grund af at de sparer varme og dermed reduceres udgifterne til produktion af varme på kedler. Samtidig sikrer denne løsning, at der kan opnås tilstrækkelig lav temperatur på kølevandet i sommerperioden, da kølevandet bliver køle/opvarmet gennem varmepumpen til maksimalt 40 o C og derfra ledt til tørkøleren om sommeren. Den direkte ulempe ved dette er den ekstra udgift til strømforbrug for varmepumpen, men da varmepumpen kun skal løfte vandet ca. 15 o C i værste tilfælde sker dette med en COP på 8,81 30. Samtidig skal der ikke betales spildvarmeafgift af denne, da varmen ikke udnyttes. Da det også forventes, at der i fremtiden bliver åbnet for salg af overskudsvarme, giver den lidt for store varmepumpe også mulighed for at afsætte lidt ekstra varme. Placering og tilslutning Med henblik på placering af tørkøleren er det samme krav som før, hvor den skal stå frit og tilsluttes som før. Varmepumpen placeres sådan den henter varmen der hvor det varme kølevand kommer retur for at sikrer den bedste COP for denne. Det kolde returvand fra varmepumpen skal ledes over i tanken, som skal indeholde det kolde kølevand, som skal bruges til fremløb i produktionen. Samtidig skal der være tilslutning til reservoiret på de 300m3 som skal anvendes i weekenddrift. Varmepumpe Tank 40m3/300m3 Presse 14+23 Tørkøler Vikle og laker maskiner Figur 10 Tilslutning af tørkøler og varmepumpe Driftsomkostninger I denne beregning er der taget udgangspunkt i etablering af nye pumper, som skal levere henholdsvis 40m 3 /h og 18m 3 /h. Pumpernes driftsomkostninger er fundet ud fra deres driftstid og strømforbrug ifølge Cronborg. 30 Bilag 17 COP Varmepumpe 23
Pumpernes samlede strømforbrug vil ligge omkring ca. 60.000kWh 31, og ud over dette kommer tørkølerens strømforbrug på: P = 436kW 483kW 6,174kW 1320h + 6,174kW 2000h = 19.034kWh 500kW 500kW Ovenstående er strømforbruget for tørkøler og pumper, men oven i dette kommer strømforbruget til varmepumpen. Dette strømforbrug består af to strømforbrug under sommerdrift og strømforbrug til vinterdrift. Varmpumpens strømforbrug er fundet ved en COP 32 på henholdsvis 4,42 (vinterdrift 25/70) og 8,81 (sommerdrift 25/40) 3. Ifølge Indtægter og udgifter 33 skal varmepumpen fjerne 742.049kWh i vinterdrift og 576.125kWh i sommerdrift med en COP på henholdsvis 3,42 og 8,81. Dette giver et totalt strømforbrug for varmepumpen på 361.910kWh, hvilket giver totale driftsomkostninger på 366.284kr. inkl. pumpernes, tørkølerens og varmepumpens strømforbrug. Ud fra tidligere analyse af varmesystemet ses det, at der maksimalt kunne produceres 959MWh, denne varme skulle ellers have været produceret på deres kedler med en varmepris på 550kr./MWh. Dette giver således en besparelse eller indtægt på 527.450kr. modregnet spildvarmeafgiften bliver dette en fortjeneste på 215.898kr. Spildvarmeafgift Ved at koble en varmepumpe på deres kølevandssystem og udnytte overskudsenergien i kølevandet til bygningsopvarmning er der regler om anvendelse af overskudsvarme, som der skal tages hensyn til. For det første skal der betales spildvarmeafgift alt efter hvordan spildvarmen udnyttes. I dette tilfælde hvor Elektro Isola ønsker at bruge spildvarmen til bygningsopvarmning ved hjælp af en varmepumpe kommer vi ind under reglerne for intern udnyttelse af spildvarme fra proces til intern rumvarme. Dette betyder, at der skal betales spildvarme afgift for den del af varmen, som producers med en COP over 3 ifølge Analyse for anvendelse af overskudsvarme 34. Yderligere skal der kun betales afgift i vinterhalvåret, hvorpå afgiften beløber sig til 220kr./MWh produceret varme. Dette betyder i dette tilfælde, at Elektro Isola betale afgift af deres varmebesparelse på 959MWh fratrykket varmepumpens strømforbrug på 217MWh * 3 (for COP 3) ganget med afgiften på 220kr./MWh. Dette betyder at der skal betales spildvarmeafgift af 231MWh, hvilket medfører en spildvarmeafgift på totalt set 50.833kr. Tilskud til energiforbedring Ved at etablere varmepumpeløsningen opnås en samlet energibesparelse på varmebesparelsen fratrukket dens strømforbrug, dette beløber sig til 959 231 = 728MWh. Ud fra et tilskud på 0,4kr./sparet kwh og en prioriteringsfaktor på 1,5 (da varmen erstatter varme, som ellers skulle produceres på gaskedel), giver denne investering et engangstilskud på 445.216kr. Levetid og vedligeholdelse Industrielle ammoniakvarmepumper har nærmest en uendelig levetid, ifølge Karsten Pedersen fra Cronborg, såfremt den bliver vedligeholdt korrekt. Cronborg anbefaler at varmepumpens sliddele vedligeholdes 31 Bilag 15 Indtægter og udgifter 32 Bilag 17 COP varmepumpe 33 Bilag 15 Indtægter og udgifter 34 Analyse af mulighederne for bedre udnyttelse af overskudsvarme fra industrien s. 25-26 24
efter driftstid. Samtidig anbefales det, at der tilsættes sporstof til kølemidlet ved varmepumper i denne størrelse for hurtigt at opdage evt. lækager. Der skal udføres et årligt eftersyn af et autoriseret firma. Et sådant eftersyn koster 5.670,00kr. vejledende pris hos firmaet Bundgaard. Ud over dette skal tørkøleren vedligeholdes som tidligere beskrevet. Anlægsomkostninger Anlægsomkostningerne er igen anslået på baggrund af et prisoverslag fra Cronborg. Dette tilbud 35 er inkl. varmepumpe, tørkøler, pumper og montering, hvilket giver samlet anlægsomkostninger på 2.077.570kr. inkl. montage. Tilbagebetalingstid Ved etablering af en varmepumpe kombineret med en tørkøler opnås en varmebesparelse på 527.450kr. samtidig med at udgifterne til køletårnet (105.565kr.) forsvinder. El udgifterne for hele systemet beløber sig til 366.284kr. + spildvarmeafgift på 50.833kr. dvs. totale omkostninger på 417.117kr. I tilbagebetalingstiden er der medtaget tilskud til etablering af varmepumpen og er igen fundet ud fra den direkte metode: Tilbagebetalingstid = = Anlægsomkostninger Tilskud Besparelse(fortjeneste + sparet køletårn) 2.077.570kr. 445.216kr. 109.538kr. +105.565kr. = 7,59år Denne investering vil hermed have en tilbagebetalingstid på 7,59år, hvilket ligger over den acceptable grænse opstillet af Elektro Isola. Ved at etablere varmepumpe og tørkøler opnås en samlet total energibesparelse på 215.103kr. hvert år med det udgangspunkt, at der kan produceres 959MWh til bygningsopvarmning i vinterhalvåret. Nedenfor ses hvordan investeringen betaler sig hjem år efter år. Efter 10 år ses det at investeringen i en varmepumpe og en tørkøler vil generere en overskud på 518.678kr. Dette set samtidig med varmepumpens lange levetid sikrer en gevinst i varmepumpens totale levetid, som vil gå ud over 10år med korrekt vedligehold. 35 Bilag 18 RECOOL prisoverslag 25
Tabel 4 Tilbagebetalingstid RECOOL 1.000.000 RECOOL løsning 500.000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-500.000-1.000.000-1.500.000-2.000.000 Overskud Overskud akkumuleret Investering Delkonklusion På baggrund af beregningerne ses det, at hvis køletårnet erstattes med en tørkøler kan den nødvendige køling opnås. I sommerperioden kan tørkøleren kortvarigt på de varmeste dage få problemer med at levere en tilfredsstillende kølevandstemperatur. En kølevandstemperatur på 35 o C vil ikke være kritisk med henblik på køling af presse 14+23, men ved køling af vikle maskinerne skal det undersøges nærmere hvilken indflydelse en kortvarig kølevandstemperatur på 35 o C vil have. Ud fra et rent økonomisk aspekt er det ikke rentabelt at udskifte køletårnet med en tørkøler, da tilbagebetalingstiden bliver omkring 14år. Samtidig giver tørkøleren ikke mulighed for genanvendelse af varme og dermed heller ingen varmebesparelse. Etableres RECOOL løsningen, hvor køletårnet erstattes af en tørkøler og en varmepumpe opnås den nødvendige køling hele året. Når Elektro Isola ikke har behov for overskudsvarme om sommeren og tørkøleren ikke kan levere tilstrækkeligt koldt kølevand kan varmepumpens indkobles. Dermed hæves kølevandets temperatur 5-10 o C, hvilket sikrer en T på minimum 8 o C mellem kølevandet og kølemediet og derfor tilstrækkelig med kølekapacitet. Dette sikrer en tilstrækkelig lav temperatur på kølevandet. Da denne løsning kræver at der både investeres i en tørkøler og en varmepumpe er investeringen forholdsvis høj, hvilket også er med til at øge tilbagebetalingstiden. På baggrund af dette vil jeg nu analysere, hvorvidt det er økonomisk rentabelt at koble en varmepumpe på det eksisterende køleanlæg og hente overskudsvarme fra dette. Dette gøres fordi mine tidligere undersøgelser har vist at køletårnet er i stand til at levere effektiv køling, samtidig med at det er forholdsvis billig i drift. 26
Analyse af varmepumpe på eksisterende anlæg Da tilbagebetalingstiden for at udskifte hele kølesystemet ligger højt og at anlægget samtidig kører stabilt analyseres muligheden for udelukkende at anvende overskudsvarme ved hjælp af en varmepumpe og bibeholde det eksisterende kølesystem. Dette betyder også at begge vandreservoir beholder på henholdsvis 40 og 300m 3. Krav til varmepumpe På baggrund af tidligere varmeanalyse ses det, at der maksimalt kan produceres 959MWh varme internt fra varmepumpen. Kravet til varmepumpen er selvfølgelig, at den skal dimensioneres således den kan levere en varmeeffekt, som til svarer det varmeforbrug som kan afsættes til bygningsvarme. Samtidig skal den også dimensioneres under hensyntagen til salg af overskudsvarme i fremtiden. Der vælges varmepumpen ud fra gennemsnitsbelastningen i stedet for den maksimale belastning, da der er installeret rigeligt med buffer igennem systemet. For at kunne anvende varmen til bygningsopvarmning skal vandet have en fremløbstemperatur på mellem 65 og 70grader. Fremløbstemperaturen kan med fordel sættes lavere for at forbedre COP værdien, men i beregningerne er der tages udgangspunkt i denne fremløbstemperatur. Valg af varmepumpe Denne løsning består udelukkende af en varmepumpe, som kobles på det eksisterende kølesystem. Valget af denne varmepumpe tager igen udgangspunkt i Cronborg s produktkatalog og deres komponenter. Da varmepumpen dimensioneres efter at skulle levere 959MWh over vinterperioden, som sættes til 2.200h kan den varmeeffekt, som der kræves findes: P varmepumpe = Varmebehov 959MWh 1000 = = 435kW Varmeperiode 2.200h Kravet til den afgivne varmeeffekt er dermed 435kW, denne effekt skal leveres ved 70 o C, mens den temperatur varmepumpen skal hente varmen ved er sat til 25 o C. Dette giver en varme COP på 4,42 36 og på baggrund af denne findes den køleeffekt varmepumpen vil optage: P køl = P varme COP køl = 435kW 3,42 COP varme 4,42 = 336kW Dette betyder at varmepumpen skal kunne levere 435kW varme / 336kW køl i dette tilfælde. På baggrund af denne køleydelse vælges Varmepumpen WW 2 380, som har en køleydelse på 486,4kW ved en kølevandstemperatur på 486,4kW. Dette er såfremt kølevandet er 18/15 o C (frem- og returløb for kølevandskreds). Valget af denne større varmepumpe skyldes flere omstændigheder, blandt andet kan den levere større effekt de dage, hvor det er rigtigt koldt. Samtidig er der også plads til udvidelser, som forøger varmeforbruget. Da det forventes, at der i fremtiden bliver mulighed for salg af overskudsvarme til Vejle Fjernvarme sikrer det også, at der bliver mulighed for at anvende genanvende alt energien i kølevandet. 36 Bilag 17 COP varmepumpe 27
Fordele og ulemper Fordelen ved denne løsning er, at det eksisterende køleanlæg bibeholdes, da dette har vist sig som et driftssikkert system, som altid kan levere tilstrækkeligt med køling grundet reservoiret. Samtidig giver tanken på de 300m 3 en stor buffer, som hjælper med at udligne den varierende belastning på køleanlægget. Ved at beholde vandreservoiret giver det mulighed for at oplagre energi i vandet, som kan bruges til at opvarme bygningerne i weekenden, når der ikke kommer overskudsvarme fra forbrændingsanlægget. Ved at etablere en varmepumpe på det eksisterende anlæg opnås et meget fleksibelt system, både i forhold til køleanlægget, samt varmeanlægget. Samtidig giver varmepumpen mulighed for hurtigt at kunne levere ekstra varme til systemet uden opstart af kedler og lignende. Der opnås stor forsyningssikkerhed på varmeanlægget, da der ny etableres en ekstra varmekilde. Placering of tilslutning Varmepumpen skal både tilsluttes kølesystemet og centralvarmesystemet. På kølesiden skal varmepumpen tanken på de 40m3, da dette sikrer, at den kan hente energien ved den højest mulige temperatur og dermed forøge dens COP og deraf driftsøkonomi. Den svingende temperatur på kølevandet vil selvfølgelig resultere i, at varmepumpen vil køre svinge noget i belastning, men det vurderes at styringen kan kompensere for dette. I weekenddrift kølesystemet køre således at energien hentes tanken med de 300m3. Centralvarmesystemet Varmepumpe Tank 40m3/300m3 Presse 14+23 Figur 11 Tilslutning af varmepumpe Vikle- og laker maskiner Afgangssiden på varmepumpen skal tilsluttes centralvarmesystemet. Som tidligere beskrevet består centralvarmesystemet allerede af tre opvarmningskilder. Anlægget anvender varmekilderne efter denne rækkefølge i dag: forbrændingsanlæg, hedtvandsvarmeveksler og weekendkedel. Varmepumpe Weekendkedel Hedtvandvarmeveksler Forbrændingsanlæg Bygning / forbruger Figur 12 Tilslutning af varmepumpe 28
Ved at beholde weekendkedlen sikres også, at der ved spidsbelastninger på varmesystemet sikres tilstrækkelig med kapacitet. Forbrændingsluften fra forbrændingsanlægget er observeret til at ligge mellem 100-130. Da temperaturen ligger så højt, vil jeg anbefale at varmepumpen tilsluttes som den første varmekilde. Dette sikrer en tilstrækkelig lav temperatur på afgangen fra varmepumpen og dermed den bedst mulige driftsøkonomi. Driftsomkostninger Der er taget udgangspunkt i, at alle pumper beholdes. Ud over dette etableres en ny frekvensstyret pumpe, som skal cirkulere vandet fra centralvarmesystemet gennem varmepumpe. De nye pumper skal levere op til 30m 3 /h, mens det gennemsnitlig er lagt ud til 18m 3 /h. Dette giver et totalt strømforbrug på 60.500kWh for pumper. Ud over dette kommer køletårnets strømforbrug. For at finde det nye strømforbrug for køletårnet, har jeg taget udgangspunkt i, at dets strømforbrug reduceres lineært med den effekt den skal fjerne: P ny = 71.368kWh 1.541.000kWh 2.177.000kWh = 50.518kWh Det totale strømforbrug for køletårn og pumper bliver dermed 111.026kWh 37. Ud over dette kommer der en udgift til strømforbruget for varmepumpen. Dette giver totale driftsomkostninger på 316.373kr. Dette er udgifterne til kølesystemet og varmepumpen. Ifølge Energiomsætning RECOOL og varmepumpe 38 skal varmepumpen producere 959MWh varme, dette kræver at den henter 742MWh fra kølevandet. Der er taget udgangspunkt i en kølevandstemperatur på 25 o C og en varmvandstemperatur på 70 o C. Dette giver en køle COP på 3,42 39 og en varme COP på 4,42 (3,42køl + 1 kompressor arbejde). På baggrund af dette bliver varmepumpens optagne el effekt 217MWh dette giver en el udgift på 238.655kr., hvilket giver en samlet el udgift på 316.373kr. Ud over dette kommer der spildvarmeafgiften, som udgør 50.840kr., hvilket giver en samlet udgift på 367.213kr. Dette modregnes varmebesparelsen på 527.450kr., hvilket i sidste ende giver et overskud på 188.084kr. Tilskud Da varmebesparelsen og strømforbruget til produktion af varmen er den samme, gives der samme tilskud som tidligere på 445.225kr. Levetid og vedligeholdelse Da det er den samme varmepumpe koster eftersyn det samme 5.670kr. årligt og anbefalingerne er det samme. Anlægsomkostninger Anlægsomkostningerne er bestemt på baggrund af et tilbud fra firmaet Cronborg. Tilbuddet er inkl. varmepumpe, pumper og montering og beløber sig til 1.469.412kr. inkl. montage 40 37 Bilag 15 Indtægter og udgifter 38 Bilag 13 Energiomsætning RECOOL og varmepumpe 39 Bilag 17 COP varmepumpe 40 Bilag 19 Prisoverslag varmepumpe 29
Tilbagebetalingstid Ved etablering af udelukkende en varmepumpe opnås en varmebesparelse på 527.450kr., mens kølesystemets driftsomkostninger reduceres med 27.847kr. El udgifterne beløber sig til 367.213kr. og spildvarmeafgift på 50.840kr. Dette giver en fortjeneste på 188.084kr. inkl. besparelsen på køletårnet, hvilket giver en tilbagebetalingstid på: Tilbagebetalingstid = Anlægsomkostning Tilksud Fortjeneste = 1.469.412kr 445.225kr 188.084kr. = 5,38år Tilbagebetalingstiden ligger inden for den acceptable grænse fra Elektro Isola s side. Ved at etablere en varmepumpe genereres et overskud efter 10år på 879.913kr. og samtidig reduceres virksomhedens energiforbrug til opvarmning. Tabel 5 Tilbagebetalingstid af varmepumpe Varmepumpe på eksisterende system 1000000 800000 600000 400000 200000 0-200000 -400000-600000 -800000-1000000 -1200000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Overskud Overskud akkumuleret Investering Kilde og kildekritik I dette projekt er der anvendt flere kilder, herunder er der til beskrivelse og analyse af det eksisterende anlæg anvendt vedligeholdelseschef og driftspersonale hos Elektro Isola. Vedligeholdelseschefen har ikke været ansat i virksomheden i flere år, men kender selvfølgelig systemerne. Generelt er problemet med at anvende driftspersonale som kilder, at de nogle gange er forvendt med at systemer fx kører på en bestemt måde. Samtidig arbejder de med det dagligt og kan dermed have svært ved at være objektiv og i stedet anvende deres egen menig og dermed være subjektiv. Alt data omkring fx varmeforbrug mm. må antages for at være en pålidelig kilde. Jordvarme.dk er en forhandler virksomhed, som lever af at sælge varmepumper, men det er kun teorien omkring varmepumpen, der er hentet derfra. Gennem Cronborg har jeg fået den tekniske ekspertise, omkring dimensionering, valg af varmepumpe/tørkøler og hvad man skal være opmærksom på. Cronborg er et privat firma, som lever af at rådgive og sælge energi løsninger til virksomheder og er dermed ikke en uafhængig kilde. Cronborg vil selvfølgelig fremhæve 30
deres egne produkter og måske forsøge at gøre dem bedre. Alt data omkring varmepumper mm. udleveret fra Cronborg er troværdig, da de skal leve op til forskellige krav. Diskussion I dette afsnit vil jeg diskutere valg af metode, energioptimering kontra økonomisk rentabilitet og konsekvenserne ved det som ikke blev undersøgt. Analyse af køleanlægget er baseret på egne observationer af det nuværende anlæg. Da det er egne observationer, som kun giver et øjebliksbillede af processen og samtidig små temperaturforskelle kan dette hurtigt give store variationer i beregningerne. Observationerne er lavet over flere dage, hvilket øger sandsynligheden for et mere retvisende billede. Ved at etablere tørkøleren skal konsekvenserne ved en kortvarig øget kølevandstemperatur undersøges yderligere. Viser disse undersøgelse, at produktionshastigheden nedsættes vil denne løsning aldrig kunne blive aktuel. Da dette ikke er præcist kendt, hvor meget varme Elektro Isola har mulighed for at afsætte internt ligger der en usikkerhed i beregningsgrundlaget og dermed rentabiliteten af de forskellige investeringer. Der er i opgaven fokuseret meget på økonomisk rentabilitet i stedet for fordelen ved en energibesparelse. Dette aspekt skal helt klart overvejes, da der opnås en væsentlig større total energibesparelse ved at etablere en varmepumpe kontra at installere en tørkøler. Resultatet af mine undersøgelser og beregninger er lavet i samarbejde med firmaet Cronborg og deres metoder. På baggrund af udtalelser fra Cronborg det virker meget realistisk og som tal fra et typisk projekt, vil jeg vurdere at driftsøkonomien ved anlæggene må antages for værende retvisende. Perspektivering Da observationerne af kølevandssystemet udelukkende er baseret på observationer over nogle dage, som har lagt i sommerhalvåret og samtidig med at selv små temperaturforskelle på 1 til 2 grader betyder meget ligger der et usikkerhedsmoment i dette. Samtidig er forbrændingsanlæggets leverede effekt svingende fra dag til dag og fra time til time, hvilket gør det svært nødagtigt at kalkulere, hvor meget varme der egentlig produceres på denne. Brugbarheden af varmepumpen er udelukkende god i vinterhalvåret og i weekenderne. For at forbedre weekendproduktionen fra varmepumpen kan det overvejes, at bruge forbrændingsanlægget til at opvarme kølevandet yderligere op til weekenden, såfremt produktionen ikke påvirkes. Ved et optimal sammenspil mellem forbrændingsanlæg og varmepumpe vil det måske være muligt at opvarme Elektro Isola s bygningerne udelukkende ved hjælp af overskudsvarme. Da virksomheden har en del overskudsvarme fra både forbrændingsanlægget og kølevandssystemet, samt flere andre kilder bør salg af overskudsvarme overvejes. Vejle Fjernvarme opkøber i dag overskudsvarme ved en temperatur på 70-80 o C ved en minimum effekt på 1MW. Den valgte varmepumpe vil kunne levere op til 500kW afhængig af eget forbrug, samtidig er der meget uudnyttet energi fra forbrændingsanlægget, samt fra ovne og kompressorer. Disse overskudsvarme kilder bør undersøges nærmere med henblik på at finde nok varmeeffekt til at kunne levere den ønskede effekt. 31
Ved at sælge det resterende varme fra kølevandet opnås et mere overskud på 254.000kr. (ved varmepris på 400kr. og 1680MWh produceret varme), dette forbedre driftsøkonomien væsentlig på varmepumpen og sænker tilbagebetalingstiden til omkring 2,3år og giver en betydelig øget økonomisk gevinst. Konklusion På baggrund af mine undersøgelser og observationer kan det konkluderes, at det nuværende kølesystem med køletårne er et effektivt og billig kølesystem sammenlignet med kompressordrevne kølesystemer. Kølesystemet sikrer tilstrækkelig lav temperatur på kølevandet selv i sommerperioden, da det fungerer som fordampnings princippet. Samtidig er kølesystemet billigt i drift i forhold til konventionelle kompressordrevne kølesystemer. I dag tilføres kølevandet ca. 2.200MWh årligt med en effekt belastning omkring 400kW. Køletårnet har et elforbrug på 71.368KWh, samt et vandforbrug på 1.250m 3. Virksomhedens varmeenergi kommer fra tre forskellige kilder i dag, hvoraf energien fra forbrændingsanlægget har første prioritet. På baggrund af dette ses det, at der kun er mulighed for at afsætte 959MWh fra varmepumpen til intern bygningsopvarmning. Det er muligt at erstatte en køletårnet med en tørkøler, men da tørkøleren anvender udeluften som kølemedie kan det være problematisk at anvende denne i sommermånederne, da kølevandstemperaturen måske bliver for høj. Sammenholdt med dette og en tilbagebetalingstid på 14år Ved at erstatte køletårnet med RECOOL løsningen ( hybridløsningen ) dvs. en varmepumpe og en tørkøler opnås et effektiv og fleksibelt køle/varmesystem. I sommerperioden sikrer varmepumpen at der kan holdes den nødvendige temperaturforskel over tørkøleren, sådan der sikres tilstrækkelig med køleeffekt. I vinterperioden sikrer varmepumpen et biddrag til det samlede varmeforbrug. Ved denne løsning opnås en samlet økonomisk gevinst på 215.000kr og en samlet tilbagebetalingstid på 7,6år, hvilket lægger over den acceptable grænse. Beholdes det nuværende kølesystem, som er effektiv og billig i drift, mens der samtidig kobles en varmepumpe på kølevandssystemet, som skal levere bygningsvarme. Ved at vælge denne løsning fortsætter virksomheden med at anvende det eksisterende kølesystem, men samtidig får fordelene ved varmepumpen. Dette sikrer effektiv køling og samtidig et godt supplement til det eksisterende varmesystem. Da denne løsningen sparer investeringen i en tørkøler sænkes tilbagebetalingstiden med omkring 2år, sådan den bliver ca. 5,6år. Til dette skal der nævnes, at der ikke er taget højde for salg af overskudsvarme, hvilket vil sænke tilbagebetalingstiden væsentligt. Bliver salg af overskudsvarme muligt, hvilket er forventeligt, i fremtiden, vil den samlede tilbagebetalingstid komme under 3år såfremt alt overskydende energi fra kølevandet sælges til fjernvarme. 32
Kildeliste Bøger Eigil Nielsen: Noget om køleteknik Bind I og II, 4. udgave 2000 Kompendium: Ventilationsteknik undervisningsmateriale FMS Lotte Rienecker og Peter Stray Jørgensen: Den god opgave, 3. udgave 2011 Arly Nielsen: Mekanisk fysik og varmelære, 11. udgave 2011 Nicholas P. Cheremisnoff: Cooling Towers, 2. Udgave 1983 Claus M. Hvenegaard mm.: Den lille blå om varme, 1. udgave 2008 Artikler og rapporter Analyse af mulighederne for bedre udnyttelse af overskudsvarme fra industrien, Viegand maagsøe, version 7, 28. august 2013 Internet http://www.abco.dk/toerkoeler.htm 19/9-14 www.elforsk.dk/elforskprojects/341.../fremtidens_koeletaarn_341-026 19/9-14 www.aclm.dk 19/9-14 Andet materiale COP for varmepumpe, udleveret af Cronborg Produktkatalog, tørkøler og varmepumper, udleveret af Cronborg Datablad for Vestas Aircoil Køletårn 23/6-94 Serviceaftaler for varmepumper, Bundgaard Personer Karsten Pedersen, Cronborg 33
Bilagsoversigt Bilag 1 Projektskabelon Bilag 2 Kølesystem i dag Bilag 3 Køletårn DATA Bilag 4 Rørvarmeveksler Bilag 5 Driftstid køletårn og kølesystem Bilag 6 Køling af presse Bilag 7 Køling af viklemaskiner Bilag 8 Varmesystem i dag Bilag 9 Energiomsætning i dag og tørkøler Bilag 10 El- og vandforbrug køletårn 2013 Bilag 11 Kortlægning af elforbrug Bilag 12 Varmeanalyse Bilag 13 Energiomsætning RECOOL og varmepumpe Bilag 14 Produkt Cronborg Bilag 15 Indtægter og udgifter Bilag 16 Tørkøler prisoverslag Bilag 17 COP varmepumpe Bilag 18 RECOOL prisoverslag Bilag 19 Varmepumpe prisoverslag 34
Bilag 1 Projektskabelon Emne Skribenter Vejleder Problemstilling Problemformulering Hypotese Mål for projektet Er der driftsbesparelser ved at udskifte eksisterende køletårn med andet kølesystem og anvende overskudsvarmen fra denne til bygningsopvarmning. Daniel Lessmann Kenneth Wosylus Ved fremstilling af kompositrør/plader anvender processen både varme og køling. Dette kølesystem fungere i dag godt og kan levere tilstrækkelig med køling, men det ønskes undersøgt om denne kan klares billigere ved at udskifte køletårnet med en tørkøler. Køletårnet bruger i dag vand i form af fordampning og dræn. Der afsættes store mængder energi til kølevandet. Virksomheden ønsker undersøgt om denne energi kan bruges til bygningsopvarmning ved hjælp af en varmepumpe. Elektro Isola ønsker, at få undersøgt om det nuværende køleanlæg er den optimale løsning for dem. I projektet beskrives det aktuelle køleanlæg, hvorefter det analyseres ud fra driftstid, kølingsmetode og omkostninger. Det analyseres om en tørkøler kan levere den nødvendige køling, herunder ses der på driftsomkostninger. Det analyseres om det er økonomisk rentabelt at anvende overskudsvarmen fra kølevandet via en varmepumpe til bygningsopvarmning hos Elektro Isola. Til sidst vurderes det om Elektro Isola skal udskifte det eksisterende køleanlæg med et nyt eller om der skal kobles en varmepumpe på det eksisterende køleanlæg. Ved at erstatte køletårnet med en tørkøler og genanvende overskudsvarmen via en varmepumpe til bygningsopvarmning kan der opnås en samlet økonomisk besparelse i forhold til det eksisterende anlæg. Mit mål med projektet er at undersøge om det nuværende køleanlæg er det optimale eller om et andet er bedre. Projektet skal yderligere undersøge om det er økonomisk rentabelt at genanvende overskudsvarmen via en varmepumpe. 35
Metode Først vil jeg redegøre for kølevandssystemets opbygning, dets funktion og karakteristika. Dette vil jeg gøre ved hjælp af skitser og historisk data, for at få et overblik over systemet og dermed være i stand til at analysere om systemet. For at lave skitser over anlægget vil jeg anvende eksisterende tekniske tegninger og følge rørstrækninger og dermed lave min egen oversigt over kølesystemets opbygning. For at kortlægge energiforbruget på det nuværende anlæg vil data på pumper, varmeveksler og køletårn mm. findes. Samtidig anvendes historisk data til at finde energiforbruget. Efter redegørelsen vil jeg analysere køleanlægget ud fra flow, temperature og energiomsætning. Efter analysen af det nuværende anlæg vil jeg opstille krav til, hvad et nyt anlæg skal kunne. Til at finde ydelserne i de nye anlæg, vil jeg tage udgangspunkt i energiomsætningen i det eksisterende anlæg og samtidig lave en analyse af deres varmebehov. Ved hjælp af løsninger fundet i samarbejde med firmaet Cronborg vil jeg analysere og vurdere disse ud fra driftsomkostninger, etableringsomkostninger og effektivitet. Samtidig anvendes de ansattes erfaring hos Elektro Isola til at beskrive det nuværende kølesystem, mens Cronborg s ansattes erfaring bruges til at opsætte nye køleløsninger. Driftsomkostninger, COP og ydelser findes ved hjælp af datablade fra Cronborg. Projektets delopgaver Redegørelse og analyse af det nuværende kølesystem hos Elektro Isola. Undersøge hvilke alternativer som findes til det nuværende kølesystem. Ud fra de alternative løsninger findes et prisoverslag på disse, hvorfra det vurderes om det er rentabelt at investere i disse. En analyse af hvorvidt der er økonomi i at anvende overskudsvarmen fra kølingen til bygningsopvarmning. Udarbejdelse af anbefalinger. 36
Bilag 2 Oversigt over kølesystem Udskrives i A3 37
Bilag 3 Køletårn DATA 38
Bilag 4 Rørvarmeveksler 39
Bilag 5 Driftstid og set punkter køletårn Driftstid for kølesystem Køletårnets driftstid og set punkter Køletårn nr. 1.1 1.2 1.3 SP /start 11 C 19 C 19 C SP / stop 9 C 17 C 17 C Drifttid for køletårn er bestemt af SP, samt det kun må køre mellem kl. 21:00-06:30. Når køletårnet setpunkt stopper det, når det ikke setpunkt køre det indtil stop fra SRO kl. 06:30 40
Bilag 6 Køling af presse 14 og 23 41
Bilag 7 Køling af viklemaskiner 42
Bilag 8 Varmesystem i dag 43
Bilag 9 Energiomsætning i dag og tørkøler Udskrives i A3 format 44
Bilag 10 El- og vandforbrug køletårn 2013 Elforbrug køletårn 2013 Vandforbrug køletårn Spædevand kølevandsanlæg Start mdr. 24158 24276 24370 24423 24482 24557 24674 24760 24912 25053 25119 25298 Slut mdr. 24276 24370 24423 24482 24557 24674 24760 24912 25053 25119 25298 25406 Forbrug (m3) 118 94 53 59 75 117 86 152 141 66 179 108 Drænvand kølevandsanlæg Start mdr. 5047 5060 5060 5060 5060 5060 5060 5060 5103 5136 5136 5203 Slut mdr. 5060 5060 5060 5060 5060 5060 5060 5103 5136 5136 5203 5203 Forbrug (m3) 13 0 0 0 0 0 0 43 32,5 0 67,5 0 Fordampning Spædevand 118 94 53 59 75 117 86 152 141 66 179 108 Drænvand 13 0 0 0 0 0 0 43 32,5 0 67,5 0 Fordampning (m3) 105 94 53 59 75 117 86 109 108,5 66 111,5 108 45
Bilag 11 Kortlægning af elforbrug Genstand (pumpe, køler mm) Pumper pos I (bilag 1) 2 stk. Formål Placering Effekt Driftstid Energiforbrug Cirkulere kølevandet til viklemaskinerne Under kedelrum 2,2kW X 2 Ifølge drift.dok1 5520h Omkostninger 24288 kwh 17001kr. (Elprisen er sat til 0,7kr./kWh) Pumper pos II (bilag 1) 2 stk. Cirkulere kølevandet mellem varmeveksler og buffertank Under kedelrum 1,5kW x 1 (1 i drift) Ifølge drift.dok1 5520h 8280 kwh 5796kr. Pumper pos III Cirkulere kølevandet til presse 14 + 23 Under kedelrum 11kW x 1 Kører ca. 1800h årligt 19800 kwh 13860kr. Køletårn (inkl. 5 stk pumper i køletårn) Køle vandreservoir Ude i gården NA NA 71368 kwh 49958kr. Varmeveksler Skille kølevandet i vandreservoiret fra kedelvandet I kedelrum NA Ifølge drift.dok1 5520h NA NA Total 123735 kwh 86615kr. 46
Bilag 12 Varmeanalyse Varmeforbrug bygning Timer Varmeeffekt LESNI effekt Dag Weekend Dag Week Dag Weekend Dag kw I tank 472.523 86.521 500 230 945,0 376,2 300.000 600 30237,8 486.023 88.993 500 230 972,0 386,9 300.000 600 30237,8 413.120 75.644 500 230 826,2 328,9 300.000 600 30237,8 307.815 56.362 500 230 615,6 245,1 300.000 600 30237,8 153.907 28.181 500 230 307,8 122,5 300.000 600 30237,8 54.003 9.888 500 230 108,0 43,0 300.000 600 30237,8 16.201 2.966 500 230 32,4 12,9 300.000 600 30237,8 21.601 3.955 500 230 43,2 17,2 300.000 600 30237,8 121.506 22.248 500 230 243,0 96,7 300.000 600 30237,8 213.310 39.058 500 230 426,6 169,8 300.000 600 30237,8 329.416 60.317 500 230 658,8 262,2 300.000 600 30237,8 418.520 76.632 500 230 837,0 333,2 300.000 600 30237,8 3.007.945 550.765 Antal uger VP dag VP VP dag week VP week Bygning VP sum LESNI sum Kedel sum kwh kw kwh kw kwh kwh kwh kwh 4,33 172.523 345,05 37.797 164,33 559.044 210.320 300.000 48.724 4,33 186.023 372,05 37.797 164,33 575.016 223.820 300.000 51.196 4,33 113.120 226,24 37.797 164,33 488.764 150.917 300.000 37.847 4,33 7.815 15,63 37.797 164,33 364.177 45.612 300.000 18.565 4,33 0 0 28.181 122,53 182.088 28.181 153.907 0 4,33 0 0 9.888 42,99 63.891 9.888 54.003 0 4,33 0 0 2.966 12,90 19.167 2.966 16.201 0 4,33 0 0 3.955 17,20 25.556 3.955 21.601 0 4,33 0 0 22.248 96,73 143.754 22.248 121.506 0 4,33 0 0 37.797 164,33 252.368 37.797 213.310 1.261 4,33 29.416 58,832 37.797 164,33 389.733 67.213 300.000 22.520 4,33 118.520 237,04 37.797 164,33 495.152 156.317 300.000 38.835 627.417 331.817 3.558.710 959.234 2.380.528 218.948 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 Bygning sum VP sum Lesni sum Kedel sum 47
Bilag 13 Energiomsætning RECOOL og varmepumpe 48
Bilag 14 Produkter Cronborg 49