Energioptimering för Recip Strängnäs AB

Department of Biology and Chemical Engineering

Energioptimering för Recip Strängnäs AB

Tobias Lindholm

Examensarbete, ECTS 30.0

Recip Strängnäs AB

Strängnäs, 2007

Handledare på Recip Strängnäs AB

Percy Kullhagen

Examinator på Mälardalenshögskola

Lars Lindström

1

INLEDNING ... 3

METOD ... 4

MAXIMAL OMSÄTTNING AV ÅNGA FÖR ÖVERGÅNG TILL FJÄRRVÄRME... 4

BERÄKNINGAR AV KONDENSATFLÖDEN... 4

RESULTAT ... 5

BESPARING PÅ ÖVERGÅNG TILL FJÄRRVÄRME... 5

SPILLVÄRME FRÅN VÄRMECENTRALEN... 5

Alternativ 1)... 6

Alternativ 2)... 7

SÄNKTA DRIFTTIDER OCH FREKVENSOMSTÄLLNING AV FLÄKTAR... 8

DRAGERINGEN... 8

DISKUSSION ... 9

2

Recip Strängnäs AB är ett miljöcertifierat företag som framställer och förpackar penicillin

produkter. Företaget måste göra vissa reparationer på ett av ventilationssystemen. De tar

tillfället i akt att gå igenom energiomsättningen i helhet då åtgärder redan måste göras. På

grund av det ökade oljepriset och mer fokus på miljön är det intressant att byta ut denna

energikälla som används idag, vilket är ånga som produceras genom eldning av olja. Den

energikälla som är tänkt att ersätta ångan är fjärrvärme.

Flera processer som företaget använder sig av kräver ånga, men beräkningar visar att det bara

behövs ca 400 MWh/år för att driva dessa processer. Då den totala energiomsättningen för

Recip Strängnäs AB är kring 3100 MWh/år skulle det preliminärt innebära en besparing på

120 000 kr/år för att gå över till att använda fjärrvärme där det är möjligt istället för ånga.

Det hygienvatten som används på Recip Strängnäs AB kostar i dagsläget ca 76 000 kr/år att

värma. En övergång till fjärrvärme skulle sänka den kostnaden till ca 66 000 kr/år. Tanken är

dock att använda sig av båda kondensatvattnet, som samlas upp i kondensattanken, och den

spillvärme som produceras av värmeväxlaren för ånga, destillationen och kompressorerna till

att förvärma hygienvattnet. I denna rapport presenteras två alternativ på hur det kan lösas.

Även drifttiderna för de större fläktarna har setts över. Genom att ställa ner dem till mer

anpassade tider kan elkostnaderna minskas med kring 87 000kr/år.

Det finns ytterligare möjligheter att sänka kostnaderna. Det är bland annat genom att ställa om

kylkompressorn så att den använder mindre vatten och istället höjer temperaturen på det

vatten som släpps ut. Det är möjligt att ställa dem på så vis att det går att använda det varma

vattnet för uppvärmning av vissa processer. Den fungerar då som en värmepump.

Vid drageringen finns det ett utgående flöde av varmluft på drygt 40ºC som inte används till

något. Genom att installera en värmepump mellan utgående och ingående lufttrumma är det

möjligt att minska energiförbrukningen för drageringen med ca 50 %. Det visade sig dock att

installationskostnaderna blev högre än priset på den sparade energin.

3

Recip Strängnäs AB (RSN) är ett miljöcertifierat företag som framställer och förpackar

penicillin produkter. De förbrukar ca 3100 MWh per år inom processen och uppvärmning av

lokaler. Energi som importeras till fabriken kommer i form av ånga. Ångan produceras genom

oljeeldning och är ur miljösynpunkt inte den bästa energikällan. Oljepriset har även gått upp

och kommer antagligen att fortsätta öka. Därför är företaget intresserat av att byta till

fjärrvärme, som även är mer miljövänlig. Frågan är om det är ekonomiskt försvarbart att byta

till fjärrvärme. Det är inte möjligt att driva företagets alla processer, som exempelvis

destillation eller dragering, på fjärrvärme då fjärrvärmetemperaturen är för låg. Det är tänkt att

en viss mängd ånga kommer att användas till dessa processer även om övergången till

fjärrvärme skulle genomföras. Det är intressant att gå igenom var all energi används för att se

om det finns outnyttjad energi någonstans eller om det går att minska energi förbrukningen.

Ett värmebatteri i ett av ventilationssystemen har gått sönder och måste bytas ut. Tillfället

utnyttjas då till att gå igenom företagets samtliga energiprocesser för att se om det är möjligt

att både sänka energitillförseln inom vissa områden och att ta vara på outnyttjad energi.

Exempel på outnyttjad energi är den stora mängd uppvärmd luft från värmeväxlare,

kompressorer och destillationen, ca 30ºC, som idag bara blåser ut ur fabriken. Även det

kondensat som bildas när energin utvinns från ånga samlas upp i en kondensattank och

innehåller en stor mängd outnyttjad energi i form av värme. Volymen kondensat är i dagsläget

ca 500 liter och har en temperatur på 78ºC.

RSN har tidigare under somrarnas varmare veckor haft svårt att kyla de processer som krävs

på ett tillfredsställande sätt. Det beror bland annat på att kylvattentemperaturen inte varit

tillräckligt låg. Det finns flera möjligheter till förbättringar kring kylsystemet, men det

innefattas inte i det här examensarbetet då samtliga batterier blivit rengjorda invändigt samt

att både de in- och utgående rören blev utbytta hösten 2006. Det blir inte fastställt om det var

nog för att åtgärda problemen förrän de körts under sommaren 2007. Möjligheten finns att

utnyttja befintliga kylkompressorer som värmepumpar för att få ner temperaturen på

kylvattnet och använda den överblivna värmen till att värma upp luften i fabriksbyggnaden.

På så vis skulle volymen kylvatten som används minska. Det går att ställa in kompressorerna

så att de släpper ifrån sig vatten vid en högre temperatur och på så vis minskar kylvatten

förbrukningen. Det är något som borde ses över omgående.

Elförbrukningen för de större fläktarna kommer också att ses över. Många har drifttider som

är längre än vad som krävs. Det ska undersökas hur mycket det går att minska

elförbrukningen om dessa fläktar ställs på andra drifttider.

4

Maximal omsättning av ånga för övergång till fjärrvärme

Det första som gjordes var att ta reda på om det är ekonomiskt försvarbart att gå över till att

använda fjärrvärme istället för ånga, med undantag för de processer där det krävs ånga. Både

ånga och fjärrvärme har en fast avgift, men som varierar med hur mycket man räknar med att

använda. Räknar man in den fasta avgiften ligger kostnaden för ånga på 630 kr/MWh och

fjärrvärmen på 550 kr/MWh. Installationskostnaden för fjärrvärmen är dock 280 000 kr. För

att ha marginal i beräkningarna har payoff tiden satts till 3 år. Det innebär att om det ska vara

ekonomiskt försvarbart att gå över till fjärrvärme får behovet för de ångkrävande processerna

inte överstiga 1900 MWh utav den totala energiomsättningen på 3100 MWh (se bilaga 1).

Beräkningar av kondensatflöden

För att ta reda på hur mycket energi i form av ånga som används i de olika processerna mättes

deras kondensatflöden. Då RSN samtliga värmeväxlare är tryckfria går det enkelt att räkna

energiskillnaden från kondensattemperaturen upp till ånga på 1 atm och på så vis få fram hur

mycket energi som har används. De processer som kräver ånga som energikälla är

drageringen, torkskåpen, destillationen och avfuktaren. Beräkningar utifrån de uppsamlade

kondensatvolymerna och uppskattningar ger att det passerar 135 ton kondensatvatten genom

kondensattanken per år, vilket motsvarar 170 MWh i energi (se bilaga 2). Det konstanta

energibehovet för torkskåpen finns inte med i dessa beräkningar då inga mätningar på

luftflödet gjorts, men de innebär bara att det finns mer energi att ta ut från kondensattanken än

vad som beräknats här. Kondensatflödet som är beräknat är ett medelvärde som kan medföra

svängningar i tillflödet av kondensat tanken. Temperaturen i kondensattanken är 78ºC och

värmeenergin från kondensatvatten tas lättast tillvara på genom att installera en värmeväxlare

intill, vilket tas upp senare i rapporten.

5

Besparing på övergång till fjärrvärme

När mängden ånga för de ångkrävande processerna är känd visar det att ett byte till fjärrvärme

är ekonomiskt försvarbart. För att ha viss marginal i beräkningarna ökas behovet ånga först

med 100 MWh för att kompensera för den konstanta energin som måste tillföras torkskåpen

under körning. De totalt 270 MWh ökas sedan med ca 50 % för att kompensera för grova

uppskattningar. Det ger en total förbrukning på 400 MWh att räkna med. Det ger då att RSN

skulle spara ca 120 000 kr/år på att installera fjärrvärmen (se bilaga 3).

Spillvärme från värmecentralen

I värmecentralen, som ligger i källaren, är där värmeväxlingen mellan ånga och vatten sker.

Där finns även kondensattanken, destillationen och kompressorerna, som avger stora mängder

värme, vilket leder till att temperaturen i värmecentralen är 34ºC. För att temperaturen inte

ska bli ändå högre och göra stor påverkan på golvtemperaturen inne i riggningsverkstaden

finns två fläktar som blåser ut den varma luften och tar in ny luft på ca 20ºC från källaren.

Mätningar av de utgående luftflödena gjordes av en ventilationsfirma som RSN brukar anlita.

Mätningarna visade att luftflödena var 600 l/s 34ºC och 1100 l/s 24ºC (totalt 6120 m

3

/h). Det

stämde ganska bra överens med egna beräkningar som gjorts på luftflödena (se bilaga 4).

Tanken är att kunna utnyttja värmeenergin till att värma upp det hygienvatten (kran-,

duschvatten mm) som används av företaget. En flödesmätare installerades och avlästes efter

en vecka. Flödet var i genomsnitt 0.2 kg/s vilket är räknat på 9 h per arbetsdag. Kostnaden för

uppvärmningen av hygienvattnet är i dagsläget kring 76 000 kr/år. Vid en övergång till

fjärrvärme skulle den kostnaden minska med 10 000 kr/år (se bilaga 5). Tanken är att minska

uppvärmningskostnaden för hygienvattnet genom att förvärma den i en ackumulatortank

innan det går igenom den befintliga värmeväxlaren. Här presenteras 2 alternativ på hur det ska

gå till:

6

fläktarna. I den lufttrumman installeras först ett återvinningsbatteri och sedan en värmepump.

Både återvinningsbatteriet och värmepumpen är ansluten till en ackumulatortank med

hygienvatten (se figur 1). De är anslutna på så vis att det kalla vattnet kommer in i botten och

pumpas sedan till återvinningsbatteriet. Det uppvärmda vattnet pumpas sedan tillbaka högre

upp i tanken. Därefter pumpas det uppvärmda vattnet till värmepumpen där det upphettas

ytterligare. Utloppet för värmepumpen ligger ändå högre upp i tanken än vad utloppet för

återvinningsbatteriet gör. Eftersom det uppvärmda vattnet har lägre densitet än det kallare så

bildas områden med olika temperaturer, den högsta temperaturen överst. Förvärmt

hygienvatten kan sedan pumpas ut ur toppen på tanken. Temperaturen i det översta lagret av

tanken kommer att ligga kring 44ºC. En sådan lösning skulle spara kring 40 000 kr/år i

dagsläget (se bilaga 6). Anbudet för den här lösningen ligger på 150 000 kr. Totalt sett skulle

det innebära en förlust på ca 10 000 kr/år vid en övergång till fjärrvärme och en payoff tid på

3 år (se bilaga 7). Efter diskussion med så väl Recip som Eskilstuna kyltjänst verkar det som

om anbudet ligger ganska högt. Lösningen kan därför ses om genomförbar om ett bättre

anbud kan antas eller om payoff tiden för lösningen skulle förlängas till mer än 3 år.

Figur 1: Visar hur det är tänkt att alternativ 1 ska se ut.

Värmeenergin som finns lagrad i kondensattanken kan då användas både till att fungera som

en ytterligare förvärmning innan vattnet fortsätter till den befintliga värmeväxlaren för att

värma och hålla värmen på det vatten som finns cirkulerande i hygienvattenledningarna. Det

som kan bli problematiskt för en ytterligare förvärmning är rördragningen, då det kan bli både

osmidigt och kostsamt. När det gäller att värma och hålla värmen på cirkulerande vatten kan

det bli problematiskt om ingen tappning av varmvatten sker. Den temperaturgivare som finns

i blandningsventil märker att temperaturen blir för hög och tillsätter då mer kallvatten för att

det ska bli rätt temperatur, men eftersom inget vatten tappas blir det omöjligt att ta in mer

vatten och det blir stop i systemet. Då cirkulationsflödet inte är känt så kan inga beräkningar

på hur mycket energi som kan sparas genomföras. För schematisk bild se bilaga 9.

7

leds in i botten på ackumulatortanken. Bottenvattnet pumpas sedan till värmepumpen som gör

en första uppvärmning. En värmepump på 20 kW skulle värma vattnet till strax över 20ºC.

Det upphettade vattnet pumpas sedan via värmeväxlaren vid kondensattanken till toppen på

ackumulatortanken, vilket visas i figur 2 nedan. Det skulle leda till att temperaturen i toppen

på ackumulatortanken och temperaturen i kondensattanken båda skulle ligga kring 26ºC. Det

skulle innebära en besparing i dagsläget på ca 23 000 kr/år eller 20 000 kr/år om övergången

till fjärrvärme genomförs (se bilaga 6). Med en värmepump med effekten 30 kW skulle

besparingen vara 32 000 kr/år eller 28 000 kr/år. Inget anbud är givet för alternativ 2. Det

beror på att iden är utarbetad ifrån alternativ 1, men innefattar inte den stora utgiften som

rördragningen mellan lufttrumman och ackumulatortanken medför. Det är för att minska

konstruktionskostnaderna om det visar sig att alternativ 1 inte är genomförbart. Om alternativ

2, med en värmepump på 20 kW, ska vara genomförbart får kostnaderna inte överstiga 61 000

kr om en övergång till fjärrvärme genomförs (se bilaga 8). Genomförs inte övergången är den

högsta kostnaden 70 000 kr. För schematisk bild se bilaga 10.

8

Det är till- och frånluftsfläktar på kontorslokaler (LA02), fläkten för centraldammsugaren

(LA07), till- och frånluftsfläkt för ventilationen av förpackningslokalerna (LA08) och till- och

frånluftsfläkt för andra kontorslokaler (LA10). Fläktarna i fabriken går antingen på helfart

eller på halvfart medan andra går antingen på helfart eller står stilla. I tabellen nedan går det

att se vilka fläktar som kan justeras, drifttiderna de har idag, vilka de nya tiderna som är tänka

och hur mycket kostnaden minskar med.

Tabell 1: Visar nya och gamla drifttider på de fläktar som kan justeras. Visar även vilken förtjänst RSN gör på en sådan åtgärd per år. TF står för tilluftsfläkt och FF frånluftsfläkt.

Helfart:

1000 drifttimmar/år

Halvfart:

1000 drifttimmar/år

Ny Helfart:

1000 drifttimmar/år

Ny Halvfart:

1000 drifttimmar/år

Effekt

högfart:

(kW)

Effekt

lågfart:

(kW)

Besparing:

1000 kr/år

LA02

24

TF02

4,2

-

2,5

18

3,7

FF02

4,2

-

2,5

9,5

1,85

LA07 3,3

-

2,0

22

-

15

LA08

41

TF08

8,8

-

4,4

4,4

22

11

FF08

8,8

-

4,4

4,4

15

7,5

LA10

7

TF10

8,8

-

4,4

-

1,5

-

FF10

8,8

-

4,4

-

1,5

-

Totalt 46,9

0

24,6

8,8

87

Genom att ställa ner dem till mer anpassade tider minskar elkostnaderna med över 87 000

kr/år för de berörda fläktarna (se bilaga 11).

Drageringen

Det är inte bara från värmecentralen som varmluft blåser ut ur fabriken. Frånluften på

drageringen har en temperatur kring 40ºC under körning. Tanken var att återvinna värme från

frånluften och värma upp tilluften innan den når det befintliga värmebatteriet. Det skulle

göras med hjälp av två återvinningsbatterier och en värmepump. Installationen och utrustning

skulle kosta ca 115 500 kr enligt ett anbud från Eskilstuna kyltjänst AB. Då drageringen bara

har 730 drifttimmar/år ger det en förtjänst på under 10 000 kr/år. Energiåtervinningen är inte

intressant med de drifttider som finns i dagsläget. För att det skulle vara intressant bör

drageringens drifttider bli ca 6 gånger längre (se bilaga 12).

9

Resultatet tyder på att det skulle gynna företaget att gå över till fjärrvärme för de delar som

klarar av det. Den beräknade besparingen här är inte exakt utan bygger på en del uppskattade

värden. Det är tex svårt att veta hur bra uppskattningen på avfuktaren är. Även det konstanta

flödet för torkskåpen är uppskattat och lika så förvärmningen för både drageringen och

torkskåpen. Det bör även påpekas att i installationsarbetet för fjärrvärmen tillkommer även

vissa kostnader för att kunna utnyttja energin från både ånga och fjärrvärme.

Vad gäller möjligheten att tillgodogöra sig spillvärmen från värmecentralen så kan det vara

bra att använda sig av alternativ 1 eller 2, men det gäller att få ett bra pris på installationen.

Vissa modifieringar kan då vara på sin plats om det medför lägre installationskostnader.

Det finns fler system som kan optimeras. Det som hittills har orsakat företaget störst problem

är kylsystemet. När det är varmt ute har kylsystemet inte klarat av att kyla hela byggnaden på

ett tillfredställande sätt. Det beror delvis på att kylvatten temperaturen har gått upp några

grader. Det upptäcktes även att både kylbatterier och rören för kylmediumet var väldigt

igensatta. Hela systemet har fått en ordentlig genomgång så det är inte säkert att problemet

med kylningen kommer att kvarstå. Därför bör man inte göra några förändringar i nuläget.

Om det visar sig att problemen med kylningen kvarstår kan det vara möjligt för RSN att

utnyttja de befintliga kylkompressorer som värmepumpar. Värmen skulle utvinnas genom att

sänka temperaturen på det ingående kylvattnet. Det skulle då vara möjligt att tillföra den

värmen till exempelvis tilluften för drageringen. En mindre mängd kylvatten skulle behövas

och drageringen skulle förbruka en mindre mängd energi. Någonting som däremot kan göras

på en gång är att ändra temperaturen på det utgående kylvattnet vid kylkompressorerna.

Genom att höja den utgående temperaturen behövs en mindre mängd kylvatten. På så vis

sjunker kylvattenkonsumtionen.

Bilagor

1. Beräkningar för övergång till fjärrvärme

2. Beräknat energibehov av ånga baserat på kondensatvattenflöden

3. Förtjänst på övergång till fjärrvärme

4. Beräkningar på spillvärmen från värmecentralen

5. Beräkningar för hygienvatten

6. Besparingsberäkningar för hygienvattnet

7. Anbud hygienvatten konstruktion, alternativ 1

8. Anbud hygienvatten konstruktion, alternativ 2

9. Schematisk bild för hygienvatten alternativ 1

10. Schematisk bild för hygienvatten alternativ 2

11. Sänkta drifttider och frekvensomställning av fläktar

12. Besparingsberäkningar för drageringen

Bilaga 1: Beräkningar för övergång till fjärrvärme

Kostnadsberäkningarna nedan är baserade på kostnader och förbrukning under året -04. De siffror som gäller för i år är inte långt ifrån de som används här. Om något har hänt så är det att priset för ångan gått upp vilket bara är ändå mer gynnsamt för projektet.

Kostnaden för ånga är beräknad på årskostnaden dividerat med årsförbrukningen ånga i MWh. Årskostnad :=1.95 10⋅ 6 kr år Årsförbrukning :=3100 MWh år Årskostnad Årsförbrukning =629.032 kr MWh

Det ger en kostnad på 630 kr per MWh. Totala kostnaden ges i ekvationen under beroende på mängd ånga som förbrukas(x) i MWh. Energiproducenten har ett fast pris som står i relation med hur mycket energi som förväntas användas. Det priset är idag 150 000 kr/år för förbrukningen 3100 MWh. Då det fasta priset skulle gå ned vid en minskning av ånga beräknas det enbart som rörligt pris.

Ånga ( )x := 630 x

Kostnaden för fjärrvärmen är 540 kr per MWh. Den totala kostnaden fås ur ekvationen nedan beroende på förbrukad mängd fjärrvärme(y) i MWh. Då det är samma energiproducent av fjärrvärme som av ånga anpassas det fasta priset efter den förväntad konsumtion. För 3100 MWh låg det fasta priset på 194 000 kr/år. Ekvationen som används anpassa därför som den rörliga kostnaden nedan:

Fjärrvärme y( ):=540y

Installationskostnaderna för fjärrvärme är beräknad till ca 280 000 kr. För att allt ska kunna betala sig bör payoff tiden ligga på ca 3 år. Ligger den högre finns risken för att vissa delar kan börjar gå sönder innan de är avbetalda.

Det maximala antal MWh ånga som får användas per år för att det ska vara ekonomiskt försvarbart att byta till fjärrvärme:

Det minimala antalet MWh fjärrvärme som får användas per år för att det ska vara ekonomiskt försvarbart att byta till fjärrvärme:

Då det finns processer på RSN som kräver ånga sätter dessa resultat gränserna för hur mycket ånga de får utnyttja, om det i framtiden ska vara lönsamt att utnyttja både fjärrvärme och ånga.

xmax 1.896 10= × 3

Bilaga 2: Beräknat energibehov av ånga baserat på

kondensatvattenflöden

Dolda beräkningar: anpassning med minsta kvadratmetoden för Cp-värden och densitet för vatten beroende av temperaturen T

Torkskåp

Beräkningar för hur mycket energi som används till torkskåpen per år sker genom att vid ett tillfälle mäta kondensatflödet vid en uppstart. För att få en mer korrekt energiåtgång bör även den konstanta energiåtgången tas med i beräkningarna. Men på grund av avsaknad av de uppgifterna som krävs för de uträkningarna uppskattas den till 100 MWh för att det inte ska vara ett för lågt tilltaget värde.

Räknar på utvunnen energi genom att addera energin för ångbildning och temperaturförändring.

Ångbildningsentalpi för vatten vid 1 bar [J/kg] ångbildning := 2260 10⋅ 3

T kok :=100 Vattens kokpunkt

T c_tork := 76 Temperatur på kondensatvattnet från torkskåpen

Kondensatvattnet samlades upp i ett kärl med bottenytan 0.4*0.58 (m2_{). Vattenhöjden ger volymen enligt ekvationen till}

vänster. Volym h( ):=h 0.58⋅ ⋅0.4

Omvandling till massa

mtork:=Volym 0.028( )⋅_{ρ vatten Tc_tork}

(

)

mtork 6.328= kg

Energibehovet för en uppstart fås ur ekvationen nedan. Temperaturförändringen på vatten står enbart för 4 procent av det totala energibehovet för en uppstart. Energin tas alltså nästan uteslutande från ångbildningsenergin för uppvärmningen av de ångkrävande processerna. Etork mtork Tc_tork Tkok T Cpvatten T( ) ⌠   ⌡ d +ångbildning













⋅ := Etork 1.494 10= × 7 J uppstart

Energibehovet för en uppstart multipliceras med antalet torkskåp och antalet uppstarter som sker i snitt per vecka.

ntorkskåp:= 4

Varje torkskåp startas

uppskattningsvis 12 gånger per vecka och det görs under 46 veckor per år. n uppstarter_tork := 46 12⋅

Etot_tork :=Etork ntorkskåp⋅ ⋅_{nuppstarter_tork}

Etot_tork 3.299 10= × 10 J år Omvandling till MWh: nMWh tork Etot_tork 3600 10⋅ 6 := nMWh tork 9.163= MWh

år Den energi används av torkskåpen på ett år

Den totala mängden kondensatvatten från torkskåpen på ett år:

mtork_år:=mtork nuppstarter_tork⋅ ⋅_ntorkskåp mtork_år 1.397 10= × 4 _kg

Dragering

Beräkningar för hur mycket energi som används till drageringen sker genom att vid ett tillfälle mäta kondensatflödet vid en uppstart och den konstanta energiåtgången under körningarna.

Räknar på utvunnen energi genom att addera energin för ångbildning och temperaturförändring.

Ångbildningsentalpi för vatten vid 1 bar [J/kg] ångbildning =2.26×106

Vattens kokpunkt Tkok 100=

Tc_drag :=76 Temperatur på kondensatvattnet från drageringen Kondensatvattnet samlades upp i ett kärl med bottenytan 0.4*0.58 (m2_{). Vattenhöjden ger volymen enligt ekvationen}

till vänster. Volym h( ) h 0.4⋅ ⋅0.58

Omvandling till massa

mdrag :=Volym 0.032( )⋅_{ρ vatten Tc_drag}

(

)

mdrag 7.232= kg Energibehovet för en uppstart. Edrag mdrag Tc_drag Tkok T Cpvatten T( ) ⌠   ⌡ d + ångbildning













⋅ := Edrag 1.707 10= × 7 _J

Energibehovet för en uppstart multipliceras med antalet uppstarter i snitt per vecka:

n uppstarter_drag :=46 4⋅ 3⋅ 3 st uppstarter per dag, 4 dagar i veckan, 46 veckor per år

Etot_drag :=Edrag nuppstarter_drag⋅

J år Etot_drag =9.425×109 Omvandling till MWh: nMWh drag Etot_drag 3600 10⋅ 6 :=

Energibehovet för samtliga uppstarter av drageringen på ett år

MWh år nMWh drag 2.618=

Det konstanta energibehovet för drageringen

m3 s

Det konstanta flödet till drageringen under körningarna

Vflöde := 0.95

kg

m3 ρ luft := 1.2

mflöde_luft Vflöde ρ luft:= ⋅ kg s mflöde_luft 1.14=

Cp luft:= 1005 J kg C⋅

T in := 23 Temperaturen på ingående flöde och den högsta temperaturen (C) som används för drageringen. Ingående luft är förvärmd till ca 23 grader innan det slutligen värms till 65 grader före drageringen

T max := 65

∆Tdrag:=Tmax Tin−

Pkonst:=mflöde_luft Cpluft⋅ ⋅_∆Tdrag Effekt som krävs för att värma luftflödet från ingående temperatur till temperaturen som behövs för processen

Pkonst 4.812 10= × 4 _W

Drageringen körs ca 4 h per dag, 4 ggr i veckan. Ett arbetsår motsvarar ca 46 veckor

drifttid :=4 4⋅ ⋅46⋅3600

nMWh drag_konst Pkonst drifttid ⋅ 3600 10⋅ 6 :=

nMWh drag_konst =35.416 Den energi som går åt under körningarna per år

Den kondensatvattenmassa energin motsvarar:

mdrag_konst Pkonst drifttid ⋅ Tc_drag Tkok T Cpvatten T( ) ⌠   ⌡ d + ångbildning := kg år mdrag_konst =5.401×104

Totala energibehovet för drageringen uttryckt i MWh per år: nMWh drag_tot :=nMWh drag_konst +nMWh drag

nMWh drag_tot =38.034 MWh år

Den totala mängden kondensatvatten från drageringen på ett år:

mdrag_år :=mdrag nuppstarter_drag⋅ +_{mdrag_konst} mdrag_år 5.8 10= × 4 kg

Destillationen

Beräkningar för hur mycket energi som används till destillationen sker genom att vid ett tillfälle mäta kondensatflödet vid en uppstart och den efterföljande så kallade dumpningen. Det konstanta flödet som behövs för att hålla det destillerade vattnet vid rätt temperatur fås genom beräkning av uppskattade värden.

Räknar på utvunnen energi genom att addera energin för ångbildning och temperatur förändring.

Ångbildningsentalpi för vatten vid 1 bar [J/kg] ångbildning =2.26×106

Vattens kokpunkt Tkok 100=

Tc_dest :=90 Temperatur på kondensatvattnet från destillationen Kondensatvattnet samlades upp i ett kärl med bottenytan 0.4*0.58 (m). Vatten höjden ger volymen enligt ekvationen till vänster.

Volym h( ) h 0.4⋅ ⋅0.58

Omvandling till massa

muppstart :=Volym 0.172( )⋅_{ρ vatten Tc_dest}

(

)

Massan kondensatvatten som gick åt för att genomföra uppstartdelen av destillationen muppstart =38.518 kg

Dumpning:

En körning för destillationen tar 3.0 h. Uppstarten tog 8.0 min. Resten av tiden gäller så kallad dumpning. Volymsmätningen gjordes under 5.0 min vid dumpning. Resultatet nedan är den totala mängden kondensatvatten som krävs för dumpning

mdumpning_dest Volym 0.118( )⋅_{ρ vatten Tc_dest}

(

)

3600 3⋅ −8 60⋅ 5 60⋅ ⋅ := mdumpning_dest =909.016 kg körning Uppstart:

Energibehovet för uppstart och dumpning:

Edest

(

mdumpning_dest +muppstart

)

Tc_dest Tkok T Cpvatten T( ) ⌠   ⌡ d +ångbildning













⋅ := J Edest 2.181 10= × 9

Energibehovet multipliceras med ett medeltal för antalet körningar per månad:

6 körningar per månad, 11 arbetsmånader n_dest :=6 11⋅

Etot_dest :=n_dest Edest⋅

J år Etot_dest =1.44×1011 Omvandling till MWh nMWh dest Etot_dest 3600 10⋅ 6 := MWh år nMWh dest 39.99=

Det konstanta energibehovet för att hålla värmen i destillationens ackumulatortank:

Uppskattade värden för hur mycket energi som går åt att hålla temperaturen i ackumulatortanken

Mantelarean [m2] Tjocklek [m] och värmekonduktivitet [W/m*C] för skyddat hölje av mineralull och aluminium

d 1 := 1.5 h 1 := 2.5 A1 d1 π:= ⋅ h1⋅

Temperaturskillnaden mellan vattnet och omgivande luft

T destvatten :=80 Tvvxrum :=34

∆Tdest :=Tdestvatten −Tvvxrum

Alfa-värdet fås från den empiriska formeln för egenkonvektion för luft enligt Nusselt1, förbi enkla lodräta väggar:

α:=3.5+0.09⋅_∆Tdest

Beräkningarna för vilken effekt som lämnar ackummulatortanken:

k 1 α δ1 λAl + δ2 λ2 +









1 − := P:=_{k A1}⋅ ⋅_∆Tdest P=210.867 W

1Henrik Alvares, 2003, Energi Teknik, Studentlitteraturen Lund, ISBN 91-44-02894-6 δAl 0.015:= _{λAl 218}:=

i 365 dagar om året.

tidsperiod :=3600 24⋅ ⋅365

Det totala energibehovet för att hålla en konstant temperatur: Energi:=P tidsperiod⋅

Energi=6.65× 109 Joule år

När totala energin är känd så går det att räkna ut vilket kondensatflöde som det motsvarar

Dolda beräkningar: successiv närmning för att hitta kondensat flödet

kg år

mdest_år :=

(

mdumpning_dest + muppstart

)

⋅n_dest +_{mkonst_dest} mdest_år 6.254 10= × 4 _kg Omvandling till MWh: nMWh dest_konst Energi 3600 10⋅ 6 := nMWh dest_konst =1.847 MWh år

Den totala energin som används till destillationen på ett år:

nMWh dest_tot :=nMWh dest_konst +nMWh dest nMWh dest_tot =41.837 MWh

år

Den totala mängden kondensatvatten som kommer från destillationen på ett år: mkonst_dest =2.889×103

Avfuktaren

drifttid avfukt :=3600 9⋅ ⋅200

mavfukt:= massa avfukt_tid ⋅drifttidavfukt

Beräkningar för hur mycket energi som används till avfuktaren sker genom att vid ett tillfälle mäta kondensatflödet under en bestämd tid.

Räknar på utvunnen energi genom att addera energin för ångbildning och temperatur förändring.

Ångbildningsentalpi för vatten vid 1 bar [J/kg] ångbildning =2.26×106

Tkok 100= Vattens kokpunkt

Temperatur på kondestvattnet från avfuktaren T avfukt := 90

Kondensatvattnet samlades upp i ett kärl med bottenytan 0.4*0.58 (m2). Vatten höjden ger volymen enligt ekvationen till vänster.

Volym h( ) h 0.4⋅ ⋅0.58

massa avfukt:=Volym 0.057( )⋅_{ρ vatten Tavfukt}

(

)

massa avfukt 12.765=

Tiden under vilken kondensatvattnet samlades upp

Drifttiden på avfuktaren varierar med luftfuktigheten, men går bara dagtid. Mätningen gjordes den 16/5 då det var klart och ganska bra väder. Med hjälp av ansvarig på företaget uppskattades det till ett ganska bra medelvärde för alla månader utom de allra kallaste. För att kompensera för fuktighetsförändringar uppskattas drifttiden på avfuktaren till ca 9 h per dag i 200 dagar per år.

tid :=10 60⋅ + 24

Det årliga energibehovet: Eavfukt mavfukt Tavfukt Tkok T Cpvatten T( ) ⌠   ⌡ d + ångbildning













⋅ := Omvandling till MWh: nMWh avfukt Eavfukt 3600 10⋅ 6 := nMWh avfukt 84.764= MWh år

Det totala energibehovet för ett helt år:

nMWh tot:=nMWh dest_tot +nMWh drag_tot +_{nMWh tork}+ _{nMWh avfukt}

nMWh tot 173.798= MWh år

Den totala kondensatvattenmängden som samlas upp varje år:

mkond_tot :=mdrag_år +mtork_år+_{mdest_år} mkond_tot =1.345×105 kg

Bilaga 3: Förtjänst på övergång till fjärrvärme

MWh resterande :=3100 utnyttjad− MWh

Efter fjärrvärmeinstallationen skulle det bli en ny årskostnad för samma energimängd, där varje MWh från ånga kostar 630 kr och för fjärrvärme 540 kr, vilket visas nedan.

nyårskostnad :=Ånga utnyttjad( ) + Fjärrvärme resterande( ) kr

Nedan visas den förtjänst RSN gör vid övergången till fjärrvärme:

kr år

Besparing Årskostnad −nyårskostnad Installationskostnad pay_off_tid −

:=

I bilaga 2 beräknas vilken energi som de ångkrävande processerna använder. Totalt ger det 170 MWh men för att kompensera för att det konstanta energibehovet på torkskåpen inte finns med läggs 100 MWh till. För att ha marginal för uppskattningar läggs ca 50 % eller 130 MWh på. Det ger då att 400 MWh ånga används, resterande energibehov kommer då att tillgodoses med fjärrvärme.

utnyttjad := 400

nyårskostnad =1.737 10× 6

Beräkningar på spillvärmen från värmecentralen

Del I:

Rektangulär lufttrumma

För att kunna räkna ut korrekta flöden måste hänsyn tas till flödesprofilerna i de olika rören. För det cirkulära röret måste man ta hänsyn till hur stor del av totala arean som en hastighetsvektor i flödesprofilen inbegriper, vilket görs i beräkningarna under del 2. För att beräkningarna för det rektangulära röret ska bli korrekta behöver man räkna med hur flödesprofilen ser ut både längs höjden och bredden. I beräkningarna i del 1 beräknas bara hastighetsprofilen längs höjden. Det medför ett fel, men som är försumbart.

Bredden := 0.60

Rörets mått (m) Höjden := 0.40

Arean:=Bredden Höjden⋅

Fyra mätningar gjordes på olika höjder i röret. Resultatet fördes in i tabellen v11, där avståndet är i meter (0.058 - 0.4) och hastigheten i meter per sekund(3.7- 4.07). Flödesprofilen är en parabelfunktion så flödeshastigeten är densamma i punkten 0.058 meter som med det avståndet till motsatt sida, 0.4-0.058 meter. Hastigheten vid väggarna är noll, men ges ett värde i tabellen för att ge en bra anpassad funktion genom de övriga punkterna.

v 11 0 0.058 0.098 0.128 0.168 0.4−0.168 0.4−0.128 0.4−0.098 0.4−0.058 0.4 3.3 3.70 3.78 3.90 4.07 4.07 3.90 3.78 3.70 3.3

























































:=

Dolda beräkningar: anpassning med minsta kvadratmetoden som visar hastigheten beroende på höjden, vart i ventilationstrumman det är.

Funktionen v1 är anpassad för att följa de uppmätta flödena med avståndet h från kanten på lufttrumman. Metoden ger ett visst fel men är så pass litet att det går att frånse det, vilket visas nedan.

Beräkningen av integralen kommer att göras från mitten och ut till kanten. För att kunna göra en bra beräkning av profilen delas den upp i bitar som integreras. Det är funktionen v1 som integreras från mitten (0.2) till 0.4-0.058. Därifrån har funktionen z skapats för att symbolisera den avrundning av profilen som finns vid turbulentströmning. z integreras då från 0.4-0.058 till kanten (0.4).

Beräkningarna nedan visar att det är turbulent strömning i det rektangulära röret. För turbulenta flöden gäller Re>2100 (ungefärligt).

Den hydrauliska diametern för det rektangulära röret beräknas enligt formeln:

dh 4 Arean Omkrets ⋅

:=

Hastigheten är tagen från den beräknade medelhastigheten längre ner.

v := 3.5

ν:=1.46 10⋅ −5 Kinematisk viskositet för luft vid 15 grader C

Re1 dh v ⋅

ν :=

Re1 1.151 10= × 5

Omkrets:=Bredden 2⋅ +Höjden 2⋅ v1 0.058( )=3.662

v1 0.098( )=3.84

v1 0.128( )=3.936

Reynolds värdet, som är ett mått på om strömningen är laminär eller turbulent, är långt över gränsvärdet på 2100. Det visar att flödet här är turbulent.

symbolisera profilen för ett turbulent flöde. Funktionen ska ge ett värde kring 3.7 för h=0 och ett värde kring 0 för h=0.4

z 0.4( −0.058)=3.592

z 0.4( )=0.025

Graf 1: Visar hur den anpassade funktionen v1(heldragen) följer de uppmätta värdena v12 (kryssen och den prickad linjen som sammanbinder dem). Den tredje linjen z beskriver hur flödesprofilen går från de uppmätta värdena till hastigheten 0 precis vid väggen.

q := 0.34 0.35, ..0.40 h:=0 0.001, ..0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 2 4 6

Höjden i röret (h) i meter

H

as

ti

g

h

et

en

i

r

ö

re

t

i

m

/s

v1 h( ) v12〈 〉1 z q( ) h v12, 〈 〉0 ,q

Funktionen v1 integreras sedan från 20 cm till 34.2 cm och funktionen z från 34.2 cm till kanten av lufttrumman. De adderas och divideras sedan med halva höjden. Det ger ett medelflöde som sedan multipliceras med arean och 3600 för att få fram flödet genom röret i m3/h.

v1medel 0.2 0.4 0.058− h v1 h( ) ⌠  ⌡ d _{0.4 0.058−} 0.4 h z h( ) ⌠  ⌡ d + Höjden 2 :=

V1flöde_luft v1medel Arean:= ⋅

Spillflöde_rektangulärt :=_{V1flöde_luft 3600}⋅ Spillflöde_rektangulärt=2.956×103 m 3 h v1medel 3.421= m s

Cirkulär lufttrumma

D := 0.63 Rörets diameter (m)

Fyra mätningar gjordes på olika avstånd från rörets kant längs rörets diameter. Resultatet fördes in i tabellen v22, där avståndet är i meter(0.058 - 0.63) och hastigheten i meter per sekund(3.9 - 4.7). Flödesprofilen är en parabelfunktion så flödeshastigheten är densamma i punkten 0.058 meter som med det avståndet till motsatt sida, 0.63-0.058 meter. Hastigheten vid väggarna är noll, men ges ett värde i tabellen för att ge en bra anpassning av funktion v2 till uppmätta punkterna v22. Se graf 2. v 22 0 0.058 0.098 0.128 0.168 0.63−0.168 0.63−0.128 0.63−0.098 0.63−0.058 0.63 3.8 3.9 4.3 4.4 4.7 4.7 4.4 4.3 3.9 3.8

























































:=

Funktionen v2 är anpassad för att följa de uppmätta flödena med avståndet d från kanten av lufttrumman. Metoden ger ett visst fel men är så pass litet att det går att frånse det, vilket visas nedan.

Dolda beräkningar: anpassning med minsta kvadratmetoden som visar hastigheten beroende på höjden, vart i ventilationstrumman det är.

v2 0.098( )=4.298 v2 0.128( )=4.439 v2 0.168( )=4.594

För turbulenta flöden gäller Re>2100 (ungefärligt).

D=0.63 Diametern i meter

v2 := 3.9

Hastigheten är tagen från den beräknade medelhastigheten längre ner.

ν =1.46×10−5 _{Kinematisk viskositet för luft vid 15 grader C}

Re2 D v2⋅ ν :=

Re2 1.683 10= × 5

Reynolds värdet, som är ett mått på om strömningen är laminär eller turbulent, är långt över gränsvärdet på 2100. Det visar att flödet här är turbulent.

Funktionen y ger en avtagande kurva liknade den för ett turbulent flöde. Funktionen ska ge värdet 3.9 för x=0.572 och värdet 0 för x=0.63

y x( ):=3.9−1157 0.572( −x)2

y 0.63( )=7.852×10−3

Graf 2: Visar hur den anpassade funktionen v2 (heldragen) följer de uppmätta värdena v23 (kryssen och den prickade linjen som sammanbinder dem). Den tredje linjen y beskriver hur flödesprofilen går från de uppmätta värdena till hastigheten 0 precis vid väggen.

x:=0.57 0.58, ..0.63 d:=0 0.01, ..0.63

0 0.2 0.4 0.6

0 5 10

Avståndet från kanten av röret i meter

H

as

ti

g

h

et

en

i

r

ö

re

t

i

m

/s

v2 d( ) v23〈 〉1 y x( ) d v23, 〈 〉0 ,x

Flödet fås genom att integrera de två ekvationerna från mitten och ut till kanten. För att det ska vara möjligt måste ekvationerna korrigeras lite då de är gjorda för att beskriva funktioner från kant till kant. Därför adderas 0.315 till funktionen v2 så att den gäller från mitten och ut. Det samma görs med funktionen y men där adderas 0.257. v2 integreras sedan från 0 till 0.257 och y från 0.257 till 0.315.

Funktionen y3 är baserad på y men justerad så att den ger värdet 3.9 för x=0.257 och 0 för x=0.315. Det är ett måste för att kunna beräkna hasighetsprofilen i det cirkulära röret genom integrering. Även v2 är anpassad för det ändamålet.

Vflöde2 0 0.257 r v2 r 0.315( + ) rArea r( ) d d ⋅ ⌠   ⌡ d 0.257 0.315 r y r( +0.257) rArea r( ) d d ⋅ ⌠   ⌡ d + := Vflöde2 1.204= Vflöde2 π D 2









2 ⋅ 3.862 = m s

Hastigenheten som används för att bekräfta att det är turbulent strömning i lufttrumman.

Spillflöde_cirkulärt :=_{Vflöde2 3600}⋅

Spillflöde_cirkulärt=4.334×103

Totaltflöde:=Spillflöde_cirkulärt+Spillflöde_rektangulärt

Det totala flödet är 7300 m3/h enligt beräkningarna ovan.

Totaltflöde =7.289×103

Mätningar gjorda av ett företag på plats visade på flöden på 1100 l/s T=24 C

600 l/s T=34 C

vilket totalt ger ungefär 6120 m^3/h.

Då det skiljer en del mellan de två flödena används det lägsta för ha marginal i beräkningarna.

värmeeffekt det går att utvinna från luften.

Det är troligt att det går att sänka den utgående temperaturen till 5 grader C. Det skulle innebära att effekten som går att utvinna är:

Tut := 5

Tin ₁₇₀₀600 ⋅34 1100 1700⋅24 +

:= De två utgående flödena har olika temperaturer. För _{att få en ungefärlig temperatur på den utgående} luften, om de båda flödena skulle slås ihop, viktas temperaturen mot flödet. Den utgående

temperaturen borde då vara 27.5 grader C. Tin 27.529= ∆T:=_{Tin Tut}− ρ luft_medel :=1.2 kg m3 Cp luft:= 1005 J kg C⋅

Det går att utvinna ca 46 kW om den utgående luften sänks till 5 grader C Putvinna:=6120₃₆₀₀⋅ρ luft_medel⋅_Cpluft⋅∆T

Putvinna 4.619 10= × 4 _W

Beräkningarna baseras på flödet uppmätt av det anlitade företaget dvs. 6120 m3/s.

Bilaga 5: Beräkningar för hygienvatten

Anpassning av en funktion av Cp och densitet för vatten med hänseende på temperaturen genom minsta kvadratmetoden

Dolda beräkningar: anpassning av Cp och densitet för vatten

Temperaturen på det ingående vattnet är 7 grader och upphettas till 70 grader

T k := 7

In och utgående temperatur i Celsius T h := 70

En flödesmätare har installerats och efter beräkningar blir medel flödet 0.8 m3/h:

uppmätt :=0.8 m

3

h

mflöde uppmätt ρ vatten Tk

( )

⋅

3600 :=

kg s

Den tillförda effekten som krävs för att upphetta det kända flödet är:

P _mflöde Tk Th T Cp_vatten T( ) ⌠   ⌡ d ⋅ := W mflöde 0.222= P=5.851×104

Energin som förbrukas för uppvärmning under ett år:

Eår := P 3600⋅ ⋅9⋅230

Den energin motsvarar ca 120 MWh:

nMWh Eår 3600 10⋅ 6 := pris 1:= 630 kr MWh pris 2:= 550 årskostnad_hygienvatten 1 nMWh pris1:= ⋅ årskostnad_hygienvatten ₂:=_{nMWh pris 2}⋅

Priset på ånga är 630 kr per MWh. Kostanden för att värma hygienvattnet med ånga är årskostnad_hygienvatten1. Om en övergång till fjärrvärme blir av kommer hygienvattnet att bli uppvärmt av fjärrvärmen. Kostnaden för fjärrvärme är 550 kr per MWh. Kostnaden för att värma hygienvattnet med fjärrvärme är årskostnad_hygienvatten2:

Eår 4.36 10= × 11

nMWh =121.117

årskostnad_hygienvatten 1 7.63 10= × 4

Effekt som i dagsläget tillförs hygienvattnet: W

Hygienvattenflöde (medelflöde): kg

s

Nedan beräknas hur stor förtjänst som görs per år beroende på till vilken temperatur som hygienvattnet kan förvärmas. Besparingen är räknad både mot energikostnaden för ångan som används idag (sparad1) men även hur stor besparingen blir vid en övergång till fjärrvärme (sparad2). Besparingen fås genom att se hur stor del av den nuvarande uppvärmningen som måste finnas kvar för att värma upp hygienvattnet.

P1 T( ) _mflöde T Th T Cp_vatten T( ) ⌠  ⌡ d ⋅ := Förtjänst beräknad för priset på ånga sparad 1 T( ) P−_{P1 T}( ) P ⋅årskostnad_hygienvatten 1 := Förtjänst beräknad på fjärrvärme priset sparad 2 T( ) P−_{P1 T}( ) P ⋅årskostnad_hygienvatten 2 := kr år ånga fjärrvärme kr år P=5.851×104

Siffror för effekt, massflöde och hygienvatten kostnaderna kommer från beräkningar i bilaga 5.

mflöde 0.222=

sparad 1 35( )=3.394×104

sparad 2 35( )=2.963×104 Exempel:

Om hygienvattnet förvärmts till 35 grader C är besparingen för ånga 34 000 kr/år och 30 000 kr/år vid en övergång till fjärrvärme:

Alternativ 1:

kr

år ånga

kr

år fjärrvärme

I bilaga 4 beräknas det att det går att ta tillvara på ca 46 kW av spillvärmen från värmecentralen. Nettovinsten räknas på 75% (som för en värmepump) vilket innebär 34.5 kW per år. Pnetto 3.45 10= × 4 kW år Pnetto mflöde Tk T T Cp_vatten T( ) ⌠   ⌡ d ⋅ Tmax 44.138=

Det innebär att hygienvattnets temperatur höjs till 44 grader C om återvinningen av överskottsvärmen från värmecentralen tas tillvara på enligt alternativ 1. Besparingen i dagsläget blir då 43 000 kr/år och vid en övergång till fjärrvärme 39 000 kr/år.

sparad 1 44( )=4.482×104

I alternativ 2 används en värmepump med effekten 20 kW. Netto effekten för värmepumpen blir då 15 kW. Även här i samråd med Eskilstuna kyltjänst, då värmepumpen får en bra verkningsgrad.

Pvp := 20 10⋅ 3 W

Effekten som värmepumpen ger Pvp.netto =1.5×104 _W

kg s

mflöde 0.217= Massflöde hygienvatten

Beräknat på värmepumpens effekt går det att förvärma hygienvattnet till 23 grader C.

Dolda beräkningar: Successiv närmning för att få fram slut temperaturen

Tslut 23.113=

Då värmepumpen går dygnet runt och hygienvatten endast förbrukas under dagtid finns det en buffert om flödet för hygienvattnet skulle bli större. Värmepumpen kan då arbeta upp temperaturen i ackumulatortanken under natten.

Tanken är att kondensatvattnet sedan värmer upp hygienvattnet ytterligare. Kostnaderna för den el cirkulationspumpen kräver är inte medräknat här.

mkond:=1.345× 105 kg Den totala massan kondensat under ett år

tid := 230 12⋅ ⋅3600

s år

Den tid som kondensat produceras per år

mflöde_kond:= mkond_tid

Genomsnitts flöden som kan ge en den möjliga temperaturen

mflöde_kond 0.014= kg s

Effekten som kan avges till hygienvattnet från 78 grader C ner till temperaturen T Pkond T( ) _{mflöde_kond} T 78 T Cp_vatten T( ) ⌠  ⌡ d ⋅ :=

Effekten som behövs för att värma hygienvattnet från Tslut grader C till temperaturen T. Phyg T( ) _mflöde Tslut T T Cp_vatten T( ) ⌠   ⌡ d ⋅ :=

Dolda beräkningar: Successiv närmning för temperaturen för kondensat- och hygienvattnet.

Tslut2 26.265=

Temperaturen på hygienvattnet och kondensatvattnet kommer att hamna på 26 grader C.

Den sparade kostanden för alternativ 2 blir då 23 000 kr/år för ånga och 20 000 kr/år för fjärrvärme: ånga fjärrvärme kr år kr år sparad 1 Tslut2

(

)

=2.338×104 sparad 2 Tslut2

(

)

=2.041×104

Om man istället väljer att använda en värmepump på 30 kW skulle sluttemperaturen bli 34 grader C. Det skulle ge en besparing på 32 000 resp. 28 000 kr/år.

Bilaga 7: Anbud hygienvatten konstruktion, alternativ 1

Anbudet för alternativ 1 för hygienvatten konstruktionen ligger på 150 000. ”I anbudet ingår leverans samt montering av värmepump i undercentral. Installation av ackummulatortank 500 l samt cirkulationspump. Montering av styr för automatisk drift. Montering av plattvärmeväxlare för uppvärmning av vvc retur från ångkondenstank. Elektrisk installation. Igångkörning samt injustering av Eskilstuna kyltjänst AB levererad utrustning”.

kr

Besparingen för hygienvattnet från bilaga 6 finns nedan. För att det ska vara lönsamt att genomföra alternativ 1 måste besparingen för uppvärmningen av hygienvattnet täcka kostnaden för anbudet dividerat med payoff tiden som är satt till 3 år.

kr år

år payoff :=3

Totaltånga:=Sparadånga − Anbud_payoff

kr år

Totaltfjärrvärme Sparadfjärrvärme:= − Anbud_payoff kr år

Som beräkningarna ovan visar är det inte ekonomiskt försvarbart att genomföra alternativ 1 enligt anbudet oavsett om en övergång till fjärrvärme genomförs eller ej. Det skulle gå att räkna hem om payoff tiden skulle göras längre, men det ger en väldigt liten marginal för eventuella fel som kan uppstå. Det är också troligt att det skulle gå att få ett längre anbud för att genomföra alternativ 1.

Anbud := 150000

Sparad ånga := 44820 Sparad fjärrvärme := 39130

Totaltånga =−5.18×103

Bilaga 8: Anbud hygienvatten konstruktion, alternativ 2

För alternativ 2 har inget anbud gjorts. Det är en lösning som skulle minska installationskostnaderna med utgång från alternativ 1. Besparingen för alternativ 2 finns nedan. Utifrån de beräknas hur mycket konstruktionen får kosta för att det ska vara genomförbart.

Maxanbud ånga :=Besparingånga payoff⋅ kr

Maxanbud fjärrvärme Besparingfjärrvärme payoff:= ⋅ kr

Den maximala kostnaden för alternativ 2 är 70 000 kr beräknat på ånga och 61 000 kr beräknat på fjärrvärme för en lösning med en värmepump på 20 kW.

kr år Besparing ånga := 23380 Besparing fjärrvärme := 20410 Maxanbud ånga 7.014 10= × 4 Maxanbud fjärrvärme 6.123 10= × 4

Bilaga 11:

Sänkta drifttider och frekvensomställning av fläktar

kr kWh

Beräkningarna visar att elen kostar ca 51 öre/kWh. I det priset finns alla fasta kostnader och avgifter medtagna.

Fläktar:

Nedan finns antalet timmar per dygn som fläktarna går på helfart. t2 står för antalet helfartstimmar för fläktarna i LA02, t7 står för antalet helfartstimmar som fläktarna i LA07 och så vidare.

t 2 := 18.25 h t8:= 24 dygn h dygn t7:= 18 h dygn t 10 := 24 h dygn kr_per_kWh =0.514 kr_per_kWh Årskostnad Årsförbrukning⋅(1 Momsavdrag− ) :=

Beräkningar för hur mycket elen kostar per kWh:

Årsförbrukning :=1594792 kWh Årskostnad := 1024057kr Momsavdrag :=0.2

LA02 som förser vissa av kontorslokalerna med luft har en drifttid på helfart 18.25 timmar per dygn. Den går bara vardagar vilket är ungefär 230 dagar per år. LA02 går antingen på helfart eller är avslagen vilket visas nedan.

Högfart LA02 t() 3600 230:= ⋅ ⋅t Antal timmar per år som den går på helfart och halvfart

Lågfart LA02 := 0

Drift_h_LA02_högfart :=_{230 t2}⋅

Antal drifttimmar per år vilket förs in i tabell 1 i rapporten.

Drift_h_LA02_högfart =4.197 10× 3 h år

Tilluftsfläkten för LA02, TF02, drar 18 kW på helfart och 3.7 kW på halvfart.

ETF02 t() Högfart LA02 t() 18:= ⋅ + Lågfart LA02 3.7⋅

Frånluftsfläkten för LA02, FF02, drar 9.5 kW på helfart och 1.85 kW på halvfart.

EFF02 t() Högfart LA02 t() 9.5:= ⋅ + Lågfart LA02 1.85⋅ ELA02 t() EFF02 t() ETF02 t():= +

ELA02 t2

( )

=4.156 10× 8 _kJ

LA07 är för centraldammsugaren som suger upp pencillindamm från processen. Den går 18 timmar per dag, 4 dagar i veckan under 46 veckor per år. LA07 går antingen på helfart eller är avslagen.

Fart LA07 t():= t 4⋅ ⋅3600⋅46 Antal timmar per år som den går på helfart och halvfart

Lågfart LA07 := 0

Drift_h_LA07_högfart := 4 46⋅ ⋅t7

Antal drifttimmar per år vilket förs in i tabell 1 i rapporten.

Drift_h_LA07_högfart =3.312 10× 3 h år

Tilluftsfläkten har en effekt på 22 kW.

ELA07 t() FartLA07 t() 22:= ⋅

ELA07 t7

( )

=2.623 10× 8 _kJ

Den totala energin som LA07 förbrukar idag är 0.26 TJ per år.

LA08:

LA08 är till- och frånluft fläktarna för förpackningslokalerna. Den går idag dygnet runt, men det är tänkt att låta fläktarna gå på halvfart en del av dygnet.

Högfart LA08 t() t 3600:= ⋅ ⋅365 Lågfart LA08 t():=(24− t) 3600⋅ ⋅365

Antal timmar per år som den går på helfart och halvfart

Drift_h_LA08_högfart :=_{365 t8}⋅

Antal drifttimmar per år vilket förs in i tabell 1 i rapporten.

Drift_h_LA08_högfart =8.76 10× 3 h år

ETF08 t() HögfartLA08 t() 22:= ⋅ + LågfartLA08 t() 22 0.5⋅( ⋅ )

Tilluftsfläkten har en effekt på 22 kW och frånluftsfläkten en effekt på 15 kW. Med hjälp av frekvensomställning kan fläktarnas förbrukning gå ned till hälften mellan bestämda tider.

EFF08 t() HögfartLA08 t() 15:= ⋅ + LågfartLA08 t() 15 0.5⋅( ⋅ ) ELA08 t() EFF08 t() ETF08 t():= +

ELA08 t8

( )

=1.167 10× 9 _kJ

Till- och frånluften förbrukar idag tillsammans 1.1 TJ per år.

LA10:

LA10 är till- och frånluftsfläktar för andra kontorslokaler. De går idag på helfart dygnet runt. Det är tänkt att de bara ska gå under arbetstid.

Drift_h_LA10_högfart := _{365 t10}⋅

Högfart LA10 t() t 3600:= ⋅ ⋅365 Antal timmar per år som den går på helfart Drift_h_LA10_högfart =8.76 10× 3 h

år

Både till- och frånluftsfläkten har en effekt på 1.5 kW. Antal drifttimmar per år vilket förs in i tabell 1 i rapporten.

ETF10 t() Högfart LA10 t() 1.5:= ⋅ EFF10 t() Högfart LA10 t() 1.5:= ⋅ ELA10 t() ETF10 t() EFF10 t():= + ELA10 t10

( )

=9.461 10× 7 _kJ

Total förbrukning:

Eidag :=ELA02 t2

( )

+ _{ELA07 t7}

( )

+ ELA08 t8

( )

+ ELA10 t10

( )

Eidag 1.939 10= × 9 kJ

år

Den totala förbrukningen per år är i dagsläget 1.9 TJ:

n_kWh idag:= Eidag₃₆₀₀

n_kWh idag 5.387 10= × 5 kWh år

Vilket motsvarar 0.54 GWh per år.

Kostandsberäkningar:

kostand :=_{n_kWh idag kr_per_kWh}⋅

kostand =3.459 10× 5 kr år

Den totala kostnaden för fläktarna i LA02, LA07,LA08 och LA10 är idag ca 35 000 kr per år.

De nya helfartsdrifttiderna för LA02, LA07,LA08 och LA10:

t2ny 11:= h dygn

Drifttiden sänks med ca 7 h. Den resterande tiden kommer fläktarna att gå på halvfart.

Drifttiden för kommer att sänkas med nästan 8 h. När den inte körs på helfart kommer den att stå stilla.

Drifttiden kommer att halveras till 12 h. Den resterande tiden kommer fläktarna att gå på halvfart.

Drifttiden kommer att halveras till 12 h. Den resterande tiden kommer fläktarna att stå stilla.

t7ny := 10.75 t 8ny := 12 t10ny := 12 h dygn h dygn h dygn

Nydrift_h_LA02_högfart 230 t2ny:= ⋅ Nydrift_h_LA02_högfart 2.53 10= × 3 h år Nydrift_h_LA07_högfart 4 46:= ⋅ ⋅t7ny Nydrift_h_LA07_högfart 1.978 10= × 3 h år Nydrift_h_LA08_högfart 365 t8ny:= ⋅ Ny drift_h_LA08_lågfart :=

(

24−_t8ny

)

⋅365 Nydrift_h_LA08_lågfart 4.38 10= × 3 h år Nydrift_h_LA08_högfart 4.38 10= × 3 h år Nydrift_h_LA10_högfart 365 t10ny:= ⋅ Nydrift_h_LA10_högfart 4.38 10= × 3 h år

Den energin som skulle krävas för de nya drifttiderna får beteckningen Eny. Eny ELA02 t2ny:=

(

)

+ELA07 t7ny

(

)

+ELA08 t8ny

(

)

+ ELA10 t10ny

(

)

Eny 1.33 10= × 9 kJ år

Besparingen blir då skillnaden mellan nuvarande energiåtgång och den planerade åtgången.

Esparad Eidag Eny:= − Esparad 6.097 10= × 8 kJ

Totalt blir besparingen 0.6 TJ per år. Vilket motsvarar ca 87 000 kr per, vilket visas nedan.

nkWh:= Esparad₃₆₀₀

nkWh 1.694 10= × 5 _{Energin som fläktarna utnyttjar motsvarar 170 000 kWh} Kostnaden per kWh fås från beräkningarna i början på bilagan.

Sparattot nkWh kr_per_kWh:= ⋅ kr år

Beräkningarna nedan visar hur stor besparingen för de enskilda ventilationssystemen blir:

sparad LA02:= ELA02 t2

( )

₃₆₀₀−ELA02 t2ny

(

)

⋅kr_per_kWh

kr år

sparad LA07 ELA07 t7

( )

ELA07 t7ny

(

)

− 3600 ⋅kr_per_kWh := kr år kr år sparad LA08:= ELA08 t8

( )

₃₆₀₀−ELA08 t8ny

(

)

⋅kr_per_kWh

sparad LA10 ELA10 t10

( )

ELA10 t10ny

(

)

− 3600 ⋅kr_per_kWh := Sparattot 8.701 10= × 4 sparad LA02 2.356 10= × 4 sparad LA07 1.508 10= × 4 sparad LA08 4.163 10= × 4 sparad LA10 6.75 10= × 3 kr år

Bilaga 12: Besparingsberäkningar för drageringen

Anbudet från Eskilstuna kyltjänst AB ligger 115 000 kr. ”I offert ingår leverans samt montering av värmepump i anslutning till aggregat. Kylteknisk installation av batteri i tilluftskanal samt i frånluftskanal. Elmatning till aggregat hämtas från apparatskåp i anslutning till aggregat. Igångkörning samt injustering av levererad utrustning”.

Anbud := 115000 kr

kr

Värmepumpen som är tänkt att använda har en kondensoreffekt på 22 kW. Den ger en netto vinst på 16.5 kW (enligt Eskilstuna kyltjänst).

Pnetto := 16.5 _kW

Den totala drifttiden per år för drageringen är uppskattad till ca 730 h (4 h per dag, 4 dagar/vecka under 46 veckor/år).

Drifttid :=730 h år

Besparingen beräknas via MWh priset för ånga alternativt fjärrvärme. Nettoeffekten multipliceras med drifttiden för att ge kWh och divideras sedan med 1000 för att få antalet MWh. nMWh Pnetto Drifttid ⋅ 103 := nMWh 12.045= MWh år Kostnad :=Anbud Kostnad =1.15× 105

630 kr/MWh och fjärrvärmen till 550 kr/MWh. Besparingen för med ånga som energikälla blir då 7 600 kr/år och med fjärrvärme 6 600 kr/år.

pris ånga := 630 kr MWh

Besparingånga:=nMWh prisånga⋅ Besparingånga 7.588 10= × 3

Besparingfjärrvärme nMWh prisfjärrvärme:= ⋅

Med en beräknad payoff tid på 3 år är det inte ekonomisktförsvarbart att göra dessa ändringar. Nedan visas beräkningar på vilken mängd fjärrvärme alternativ vilken drifttid som skulle krävas för att det skulle vara försvarbart.

payoff :=3

Söktbesparing :=Kostnad_payoff Behov_n MWh Söktbesparing prisfjärrvärme := MWh år Nydrifttid Behov_n MWh 10 3 ⋅ Pnetto := h år ggr längre Behov_n MWh 69.697= Nydrifttid 4.224 10= × 3 Nydrifttid Drifttid 5.786 =

För att det ska vara ekonomisktförsvarbart bör drifttiden på drageringen vara ca 4400 h/år. Det är mer än 6 gånger längre drifttid än i dagsläget.

pris fjärrvärme :=550