EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK,
Industriell Ekonomi och Produktion, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2017
Absorptionsvärmepump som kylmaskin
Uppkoppling av kylsystem med absorptionskylmaskin
Fadi Sami Marcus Tsoy
SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT INSTITUTIONEN FÖR TILLÄMPAD MASKINTEKNIK
Absorptionsvärmepump som kylmaskin
av
Marcus Tsoy Fadi Sami
Examensarbete HPU 2017:17 KTH Industriell teknik och management
Hållbar produktionsutveckling Mariekällgatan 3, 151 81 Södertälje
Examensarbete TMT 2017:17
Absorptionsvärmepump som kylmaskin
Marcus Tsoy Fadi Sami
Godkänt
2017-06-27
Examinator KTH
Claes Hansson
Handledare KTH
Mikael Grennard
Uppdragsgivare
Tekniska verken
Företagskontakt/handledare
Jakob Levén
Sammanfattning
Syftet med detta examensarbete var att undersöka huruvida det är ekonomiskt lönsamt och tekniskt möjligt att bygga ut ett system där absorptionskylmaskinen på KV61 används för att förse alla anläggningar på Gärstadverket med kyla. Bakgrunden till arbetet är att kylmaskinen på KV61 idag är ur funktion och behöver ersättas. För att tillfredsställa behovet av kyla på Gärstadverket har en studie genomförts. Studien har fastställt möjligheten att omvandla värmepumpen till absorptionskylmaskin. Examensarbetet
delades upp i två moment, det första att ta fram en teknisk lösning för system och det andra momentet är att ta fram livscykelkostnadskalkyl och känslighetsanalys för lösningen.
Det första momentet utfördes med hjälp av observationer, brainstorming, studiebesök.
Resultatet av första momentet är ett system som är uppritat i P & I, utrustningslista samt dimensioner för kringutrustning. Dimensionerna har tagits fram med hjälp av
energiberäkningar. Lösningen jämfördes med Vattenfalls lösnings för ett liknande problem.
Det andra momentet utfördes med hjälp av kontakt med leverantörer för att ta fram priser för kringutrustningen som har tagits fram i första momentet. Priserna har sedan använts för att bygga upp livscykelkostnadskalkyl som gjordes i Excel. Indata som har hämtats för att bygga upp livscykelkostnadskalkylen har använts för att göra känslighetsanalys för parametrar som har störst inverkan på kalkylen.
Slutsatsen som drogs är att bygga ut systemet är lönsamt eftersom det finns möjligheten till att sälja överskottkyla. Det beror på absorptionskylmaskinens utgående effekt som är mycket större än effektbehovet på alla anläggningar på Gärstadsverket.
Nyckelord
Absorptionskylmaskin, känslighetsanalys, livscykelkostnad, värmepump, kylmaskin, media.
Bachelor of Science Thesis HPU 2017:17
Absorption heat pump as a chilling machine
Marcus Tsoy Fadi Sami
Approved
2017-06-27
Examiner KTH
Claes Hansson
Supervisor KTH
Mikael Grennard
Commissioner
Tekniska Verken
Contact person at company
Jakob Levén
Abstract
Purpose of this thesis was to investigate whether it is economically viable and technically possible to develop a system that uses absorption cooling system at KV61 to provide coldness for all plants at Gärstadverket. Background for this thesis is cooling unit at KV61 that is out of order and need to be replaced. To be able to satisfy coldness demands at Gärdstadverket the study has been done that approved possibility to convert heat pump into chilling system. The thesis has been divided into two big parts, first part is to produce technical solution for this system and the second part is to produce lifecycle cost calculus and sensitivity analysis for the solution.
The first part was achieved using observations, brainstorming and study visit. The first part resulted in a system that is constructed using P & I, equipment list and dimensions for the equipment. Dimensions has been produced using energy calculations. The solution has been compared with Vattenfalls solution for similar problem.
The second part was achieved using suppliers to get prices for equipment list that was produced in first part. Those prices have been used to make a lifecycle cost calculus that was produced using Excel. Input that was used in lifecycle cost calculus was used to produce sensitivity analysis for parameters that have largest impact on the calculus.
The conclusion is that the system is economically viable because of possibilities of selling surplus coldness. It is because of cooling systems output is far greater than demand at Gärstadverket.
Key-words
Cooling system, sensitivity analysis, lifecycle cost, heat pump, chilling unit, media.
Förord
Rapporten är resultat av examensarbete i Högskoleingenjörsutbildning i Maskinteknik på Kungliga tekniska högskolan.
Examensarbetet utfördes på Tekniska Verken i Linköping under vårtermin 2017.
Ett tack utfärdas till Jakob Levén och Henrik Strömberg för all hjälp vi har fått under projektets gång. Vi vill även tacka vår handledare på KTH, Mikael Grennard för vägledningen och hjälp med projektet.
Ett tack utfärdas till Lars Åblad på Vattenfall för möjligheten till studiebesök och hjälp med projektet.
Slutligen vill vi tacka vår uppdragsgivare Marcus Mattson för möjligheten till examens arbete på Tekniska verken.
KTH, Campus Telge 2016-05-29
Marcus Tsoy Fadi Sami
Kringutrustning
Avstängningsventil: En ventil för att stänga ut ett flöde. Man stoppar flödet från att fortsätta.
Detta kan vara lämpligt vid reparation av systemet eller möjliggöra stängning av flöde till hela eller vissa delar av systemet som inte behövs. (Stegnell, 2006)
Backventil: En ventil för att förhindra ett visst medium från att flöda baklänges. Mediet får endast gå åt ett håll. När ett medium transporteras åt ett håll så ska ventilen vara öppen i den riktningen. Skulle det ske att mediet vill transporteras åt den motsatta riktningen så stängs ventilen omedelbart för att förhindra det.
För att ventilen inte ska resultera i att det sker flödesförluster samt tryckförluster krävs det att backventilen är rätt konstruerad till det ändamål den ska användas till. (Eriksson & Petersen, 2012)
Cirkulationspump: En pump för att cirkulera ett medium i en sluten krets. Pumpen anpassas till det totala tryckfall som sker i kretsen. Tryckfall uppstår bland annat genom olika böjar i kretsen, friktion i rören, ventilerna som är installerade och olika dimensionsändringar runt om.
Vid förändrat tryckfall arbetar pumpen med att styra upp detta. Pumpar med proportionell tryckreglering anpassar pumptrycket ständigt efter nödvändigt vattenflöde. Dessa pumpar fungerar bra i system som har stora förluster i tryck.
Pumpar med konstant tryck är inget som rekommenderas till dessa anläggningar. Detta då pumpen styr varvtalet vid ett förändrat vattenflöde och inte trycket. (Stegnell, 2006)
Elektrisk reglerventil: Elektriska styrsignaler reglerar flödet med stor noggrannhet. Vid drift där det behövs maximal effekt öppnas den elektriskt styrda reglerventilen helt. Detta för att släppa förbi det begärda flödet. Vid drift där det inte behövs maximal effekt regleras ventilen till det läge som ger mest nytta för systemet vid den tidpunkten. (Bergdahl & Oguma, 2009)
Flödesmätare: Utrustning för att mäta flödet av ett visst medium. Det värde man får kan senare användas för att styra annan utrustning med hjälp av en styrsignal. Med hjälp av en flödesmätare kan man även avläsa vilket tryck man har i systemet vid en speciell punkt. (Kamaran, 2012) Frysskyddspump: En vanlig cirkulationspump men som håller ett litet flöde när systemet är nere. Detta för att förhindra att vattnet fryser fast vid låga utomhustemperaturer.
Värmeväxlare: En värmeväxlare har som funktion att överföra värmeenergi från ett medium till ett annat. På insidan av värmeväxlarens väggar finns det två olika kanalsystem.
Med god ledningsförmåga mellan dessa kanaler kan det slutna systemet överföra värmeenergin mellan två olika medier utan att dessa kommer i kontakt med varandra.
(C4energi, 2017)
Innehåll
1 Inledning ... 1
1.1 Bakgrund ...1
1.2 Syfte ...1
1.3 Mål ...1
1.4 Avgränsningar ...1
1.5 Metoder ... 2
1.5.1 Litteraturstudie ...2
1.5.2 Empiriska studier ...2
1.5.3 Kartläggning ...2
1.5.4 Studiebesök ...2
1.5.5 Beräkningar ...2
2 Nuläge ... 3
2.1 Historia ...3
2.2 KV50 ...3
2.3 KV61 ...3
2.4 KV62 ...4
2.5 Systemet idag ...4
2.6 Resurser ...4
3 Teoretisk referensram ... 7
3.1 Leverantörsbedömning ...7
3.2 Livscykelkostnadsanalys ...7
3.3 Känslighetsanalys ...8
3.4 Värmepumpar ...8
3.4.1 Kompressionsvärmepumpar ...8
3.4.2 Absorptionsvärmepumpar ...9
3.5 Dimensionering av pumpar och rör ... 10
4 Genomförande ... 13
5 Resultat ... 15
5.1 Sammanbundna kylsystemet ... 15
5.2 Kylning av överflödig värme ... 15
5.3 Frikyla ... 16
5.4 Drifttid ... 16
5.5 Hänvisningar samt förklaring till figurer ... 16
5.7 Livscykelkostandsanalys ... 16
5.8 Känslighetsanalys ... 19
6 Slutsats och diskussion ... 21
6.2 Kritisk granskning av arbetet ... 21 6.3 Rekommendationer för fortsatt arbete ... 22 Referenser ... 23 Appendix A – Bilder samt figurer tekniska lösningen ...
Appendix B – Kalkyler och Indata ...
Appendix C – Resultat av energiberäkningar ...
1
1 Inledning
Detta kapitel presenterar bakgrund och förutsättningar för att genomföra arbete, samt metoder som har använts för att lösa problemet.
1.1 Bakgrund
Tekniska verken i Linköping AB är snart en 115 år gammal koncern i Linköping. Företaget levererar idag tjänster till cirka 230 000 privat- och företagskunder. Idag ansvarar
Tekniska verken för stora delar av Linköpings distribution, drift och försörjning av fjärrvärme, fjärrkyla, hantering av avfall, vatten, belysning, elnät, bredband, biogas, effektiva energilösningar och elhandel. (Tekniska verken, 2015)
För att kunna förse Linköping med fjärrvärme, bränner Tekniska verken avfall i pannor.
Den ökade temperaturen ökar i sin tur kylbehovet då det är viktigt att hålla en lämplig temperaturnivå på alla anläggningar så att utrustningen inte går sönder.
Idag kyls de tre olika anläggningar på Gärstadverket, KV50, KV61 och KV62 med hjälp av kylmaskiner. På Gärstadverkets kraftvärmeblock KV61 finns en absorptionsvärmepump som idag är kopplad till fjärrvärmeproduktionen. Denna typ av värmepump använder ånga som drivenergi och går att konvertera till att producera kyla, alltså bli en
absorptionskylmaskin.
Absorptionskylmaskinen till skillnad från kompressorkylmaskiner drivs av värme och elen som behövs för att driva cirkulationspumpar. Om kylmaskiner på Gärstadverket ersätts med absorptionskylmaskiner kommer elbehovet och mängd koldioxidutsläpp minskas. Det bidrar till en effektivare och miljövänligare produktion av kyla.
1.2 Syfte
Syftet med arbetet är att undersöka huruvida det är möjligt och ekonomiskt lönsamt att använda absorptionskylmaskinen som kylkälla för att förse de tre olika anläggningarna med kyla under sommarhalvåret.
1.3 Mål
Följande mål ska uppnås efter avslutat projekt:
Ta fram minst en lösning för att sammanbinda befintliga kylsystem med absorptionskylmaskinen.
Finna lämplig plats för tänkt kringutrustning (värmeväxlare, rör och dylikt) och sedan presentera det med hjälp av P & I schema/ritningar.
Redovisa en lönsamhetsbedömning i form av LCC-analys.
Redovisa en känslighetsanalys.
1.4 Avgränsningar
Den tekniska lösningen ska endast omfatta kylsystem på Tekniska Verkens anläggningar.
2
Tekniska lösningen för hur man omvandlar värmepumpen till absorptionskylmaskin ska inte innefattas i rapporten.
Tekniska lösningen ska inte innehålla lösningen, där kylmaskiner på KV62 förser alla anläggningar med kyla.
1.5 Metoder
För att genomföra arbetet har olika lösningsmetoder använts för att få förstå situationen på företaget och för att sedan genomföra studien kring möjliga förbättringen.
1.5.1 Litteraturstudie
Litteraturstudie kommer att genomföras för att samla in relevant information med hjälp av böcker, elevavhandlingar, publicerade artiklar och internet. Syftet med studien är att få ökad förståelse i ämnet och som resultat av det kunna ge en tydlig beskrivning av alla delar i rapporten. (Haraldsson, 2011)
1.5.2 Empiriska studier
En empirisk studie kommer att genomföras på företagets anläggningar i form av observationer av företagets anläggningar. Observationerna tillsammans med andra metoder kommer ge en detalj- och helhetsbild över nuläget och utgöra grunden vid framtagningen av den tekniska lösningen.
1.5.3 Kartläggning
P & I diagram illustrerar strukturen av produktens flöde och anläggningens funktionalitet.
(Shuller & Epple, 2012)
Tekniska lösningen kommer att presenteras med hjälp av P & I diagram för att ge
helhetsbild av hela systemet och detaljbild av systemets ingående delar. P & I kommer även att användas för att göra nulägesbeskrivning av Tekniska verkens system och den
lösningen som kommer tas fram innan projektets slut.
1.5.4 Studiebesök
Ett studiebesök kommer att genomföras på Vattenfallsanläggningar i Uppsala.
Studiebesöket kommer att användas för att samla information om systemets funktionalitet.
Information från studiebesöket kommer att användas för att jämföra lösningen som har tagits fram
1.5.5 Beräkningar
Microsoft Excel kommer att användas för att ta fram diagram och beräkningar. Beräkningar kommer att användas för att ta fram dimensionerna för kringutrustningen. Dimensionerna kommer sedan utgöra grunden för vidare beräkningar av kostnader.
3
2 Nuläge
2.1 Historia
Idag består Gärstadverket av flertals anläggningar och fem olika pannor. I de tre
anläggningar som pannorna befinner sig i produceras fjärrvärme och el. (Tekniska verken, 2017)
I dessa anläggningar sker det stor värmeutveckling som måste kylas bort för att
produktionslokalerna inte ska bli för varma då detta kan leda till att utrustning går sönder eller stannar på grund av hög temperatur. För att kringgå problemet finns det idag tre olika kylsystem i de tre anläggningarna.
Befintliga kylsystem på var och en av anläggningarna kyler endast den specifika
anläggningen där kylsystemet finns Det går därför inte att använda kylmaskinerna på ett effektivt sätt.
2.2 KV50
Det första kraftvärmeverket som byggdes i början av 80-talet kallas för KV50 och är försedd med tre pannor. Dessa pannor producerar tillsammans 400 GWh fjärrvärme samt el på 47 GWh/år. (Tekniska verken, 2017)
Kylsystemet på KV50 består av två kylmaskiner där en av kylmaskinerna är bortkopplad då den är ur funktion. Den kylmaskin som är ur funktion har i dagsläget inte blivit ersatt då den andra kylmaskinen med en kyleffekt på 220 kW täcker dagens behov av att kyla KV50 anläggningen.
2.3 KV61
Den fjärde pannan finnes i den 13 år gamla anläggningen som kallas för KV61. Pannan i anläggningen har en kapacitet att producera 470 GWh värme samt 109 GWh el per år.
(Tekniska verken, 2017)
Kylsystemet som finns på KV61 består av en kylmaskin. Kylmaskinen är idag ur funktion och behöver ersättas. För tillfället har man löst problemet genom att hyra en kylmaskin från en extern leverantör.
Kylmaskinen som är ur funktion hade kylkapacitet på 1516 kW vilket motsvarar en mycket högre kyleffekt än det som behövs för att kyla anläggningen. Den inhyrda kylmaskinen har en kyleffekt på cirka 1400 kW även den har mycket högre kyleffekt än det som behövs för anläggningen. Då inga direkta siffror finns för vad anläggningen behöver för kyleffekt så räknar man med att 1400 kW är den maxeffekt som kan behövas vid extremfall.
På anläggningen finns en absorptionsvärmepump som idag används till att producera fjärrvärme. Värmepumpen kan konverteras till att producera kyla. På så sätt kan man under sommarhalvåret när fjärrvärmebehovet är som lägst använda värmepumpen för att kyla ner de tre olika anläggningarna genom ett sammanbundet kylsystem.
4
Absorptionsvärmepumpens drivkälla är ånga och rökgaskondensat som ursprungligen kommer från avfallet som förbränns i pannan. Denna drivkälla kan både användas till att producera fjärrvärme samt fjärrkyla genom att ställa om absorptionsvärmepumpen.
2.4 KV62
Den tredje anläggningen kallas för KV62. Femte pannan sattes i drift 2015 och har kapacitet att leverera 510 GWh värme samt 137 GWh el per år. (Tekniska verken, 2017) Denna anläggning består av ett parallellt kopplat kylsystem med två likadana kylmaskiner som kan leverera en kyleffekt på max 912 kW var. Även denna anläggning har ett
överdimensionerat kylsystem vilket innebär att kylmaskinerna aldrig körs till 100 %.
2.5 Systemet idag
Kylsystemen på KV50 och KV61 har idag vatten som medie. Detta har varit möjligt då stora delar av systemets rör befinner sig inomhus vilket medför temperaturer på över 0 grader Celsius. Den delen av systemet som finns utomhus löper ingen större risk att frysa då det ständigt finns ett flöde i rören. Ifall ordinarie pumpar inte är i drift när till exempel strömförsörjning faller så finns det frysskyddspumpar i anläggningarna som startar automatiskt vilket medför att vätskan aldrig fryser.
I KV62 anläggningen har 30 procentig blandning av glykol valts som köld bärare. Detta ger ett frysskydd som är betydligt högre än vad vanligt vatten gör. Blandningen har dock medfört att man behöver starkare pumpar för att cirkulera mediet i systemet på grund av vätskans densitet.
Samtliga anläggningar med tillhörande kylmaskiner har som uppgift att kyla ner 12 gradigt mediet till sex grader kallt mediet. Det sex gradiga mediet används till att kyla ner
anläggningen för att förhindra att temperaturen blir för hög. Som retur in till kylmaskinen kommer 12 gradigt medium komma in. Effekten från kylmaskinerna bedöms utifrån hur mycket varje anläggning behöver som kyla vid ett specifikt tillfälle. Detta bestäms utifrån olika parametrar.
Mediet som kommer ut från kylmaskinen cirkuleras runt med hjälp av olika pumpar i anläggningen. När det kalla mediet i ledningarna når fläktrummet så fläktas kylan ut i anläggningens olika ventilationskretsar. Mediet cirkulerar därefter tillbaka till kylmaskinen för att kylas om på nytt.
2.6 Resurser
Tekniska verken i Linköping har bistått projektet med följande:
Skyddskläder samt utrustning för att kunna gå säkert i anläggningarna.
Arbetsplats med dator.
Ritningar över anläggningarnas olika system.
5
Utrustningsspecifika dokument för att avläsa data.
Mätinstrument för att kunna mäta avstånd.
Möjlighet att kontakta avtalsleverantörer för att få fram offert.
6
7
3 Teoretisk referensram
3.1 Leverantörsbedömning
Leverantörsbedömning är en del av inköpsprocessen och utförs för att säkerställa
leverantörers förmåga att leverera produkter och tjänster enligt de krav som företaget har.
Krav som betraktas i första hand är pris, produktkvalitet, leveransservice, företagsstorlek, geografiskt läge, kompetens och organisation. (Oskarsson et al., 2013)
Innan leverantörsbedömningen påbörjas, behövs en lista över specifikationer för det som ska köpas in, den så kallade kravspecifikationen. En kravspecifikation ska innehålla information om komponenter, råmaterial och halvfabrikat från kund till leverantör. Det finns två sorters specifikationer, den kvalitativa och den kvantitativa. I den kvalitativa specifikationen finns information om produktens prestanda, livslängd och andra parametrar. Medan den kvantitativa innehåller information om mått och storlek. Den framtagna kravspecifikationen används för att skapa en lista av leverantörer som uppfyller kraven.
För att säkerställa att leverantören uppfyller alla krav brukar köparen få tillgång till
referenser som kan redovisa för tidigare och pågående samarbeten. Det går även att få göra ett företagsbesök för att kontrollera kompetensen.
Som ett av de sista stegen i inköpsprocessen begär inköparen en preliminär teknisk och kommersiell utvärdering där tekniken, logistiken, kvaliteten och legala aspekter granskas.
Utvärdering används som grund för att fatta beslut och välja leverantören. När
leverantören har valts sluts ett avtal för att påbörja samarbete mellan två parter. (Ericsson
& Frid, 2012).
3.2 Livscykelkostnadsanalys
Livscykelkostandsanalys utförs för att bedöma produkternas totala kostnad under dess tidsförlopp. I analysen tar man hänsyn till kostnader från idé till avveckling. Alltså ska kostnaderna för drift, underhåll och kostnaden för att ta produkten ur bruk tas med i kalkylen.
Kalkylen används som underlag för beslut om produktens lönsamhet. (Andersson, 2013)
Alla livscykelmodeller bygger på en ekonomisk modell i grunden. Den mest förekommande modellen kallas för nuvärdesmodellen och ser ut på följande sätt:
𝐿𝑐𝑐 = 𝐺 + 𝐷 + 𝑈 [3.1]
G = grundinvestering
D = driftskostnad (𝑛𝑢𝑠𝑢𝑚𝑚𝑒𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 × 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑝𝑟𝑖𝑠 × å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔) U = underhållskostnad (𝑛𝑢𝑠𝑢𝑚𝑚𝑒𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 × å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟ℎå𝑙𝑙𝑠𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑)
På grund av variationer i energi – och underhållskostnader mellan åren kommer
nusummefaktor användas för att uppskatta kostnaderna. Det betyder att kostnaderna för drift och underhåll antas vara lika stora varje år. Nusummefaktor beräknas enligt:
8
𝑁𝑢𝑠𝑢𝑚𝑚𝑒𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 =(1−(1+𝑟𝑘)−𝑛)
𝑟𝑘 [3.2]
Där:
𝑟𝑘 = kalkylränta [%]
n= ekonomisk livslängd [år]
(Carlsson, 2015)
Nuvärdesmodellen tar inte hänsyn till kostnaden för skrotning av produkten.
3.3 Känslighetsanalys
Känslighetsanalys är ett verktyg för att identifiera variabler som har störst inverkan vid en investering. Variabler som t.ex. ekonomisk livslängd och kalkylränta varieras för att se hur mycket resultatet påverkas. Variationer representerar potentiella förändringar i framtiden. När variablerna som har störst inverkan på resultatet identifierats, analyserar man extremfall för att ta reda på kalkylens gränser.
Känslighetsanalys kan användas för att identifiera kalkylens känslighet mot variabler som företaget inte kan påverka som t.ex. inflation.
(Bengtsson & Einås, 2004)
3.4 Värmepumpar
Enligt termodynamikens andra huvudsats, värme kan inte, utan att mekaniskt arbete eller någon annan energiform förbrukas, transporteras från en kallare till en varmare kropp (Dahlvig, 1998). Värmepumpar lyder termodynamikens andra huvudsats och används för att höja temperaturen hos en värmekälla genom att tillföra arbetet. Det finns två olika typer av värmepumpar, kompressionsvärmepumpar och absorptionsvärmepumpar.
3.4.1 Kompressionsvärmepumpar
Kompressionsvärmepumpar använder el som drivkälla och består av 4 komponenter;
strypventil, förångare, kompressor och kondensor. Elen används för att driva kompressor.
En schematisk bild finns i figur 3.1.
9
Figur 3.1 Kompressionsvärmepumpens arbetsprocess.
Arbetsprocessen
Värmen från en källa tas upp i förångaren. För att det ska kunna ske måste temperaturen i förångaren vara lägre än källans temperatur. I förångaren byter mediet tillstånd från vätska till gas på grund av det låga trycket i förångaren. Det åstadkoms med hjälp av strypventil som används för att sänka trycket och kompressor för att höja trycket. När gasformiga mediet har lämnat förångaren fortsätter den till kondensor. I kondensorn hålls det högt tryck och hög temperatur för att mediet ska kondensera och avge och värme i form av kondenseringsvärme. (Ericsson, 2004)
3.4.2 Absorptionsvärmepumpar
Absorptionsvärmepump använder värme som drivkälla och består av 4 komponenter, förångare, generator, kondensor och absorbator.
Arbetsprocessen
Värme tas upp i förångaren, så att mediet kan förångas. På grund av det låga trycket i förångaren krävs inte höga temperaturer för förångningen. Det förångande mediet
transporteras sedan till absorbatorn där LiBr lösningen späds ut med ångan. Den utspädda lösningen pumpas sedan upp till generatorn där den värmeväxlas mot det tillsatta värmet från utomstående källa. Det leder till att mediet separeras från LiBr lösningen och
fortsätter till kondensorn medan LiBr lösningen rinner ner till absorbatorn. Innan lösningen når absorbatorn värmeväxlas det mot svaga lösningen för att effektivisera processen. Mediet kondenseras i kondensorn och avger värme. Efter att mediet har kondenserat fortsätter kondensatorn tillbaka till förångaren för att upprepa processen.
(Fällström, 2006)
En schematisk bild till förklaringen ovan finns i figur 3.2.
10
Figur 2.2 Absorptionsvärmepumpens arbetsprocess. (Fällström, 2006)
3.5 Dimensionering av pumpar och rör
Pumpar
För att beräkna effektbehov för cirkulationspumpar i system har följande formeln för pumpeffekten används:
𝑃 =∫ ×g×q×H
η [3.3]
P = Effekt [W]
∫=Densitet på mediet [kg/m3]
g= Tyngdacceleration [kg/m2]
q= Flöde [l/s]
H = Uppfordringshöjden [m]
η = Verkningsgrad [%]
Uppfordringshöjd anger pumpens förmåga att öka en vätskas energi och beräknas enligt:
𝐻 = Hg +𝑝2−𝑝1
∫ ×g +𝑣2−𝑣1
2×𝑔 + ℎ𝑓 [3.4]
Hg = Geodetisk höjd [m]
p= Tryck [Pa]
v = Hastighet vid en viss punkt [m/s]
ℎ𝑓 = Energiförlust (höjdförlust) [mvp]
Då 𝑝2− 𝑝1 oftast är lika med lufttrycket kan trycket försummas. 𝑣1 är oftast mycket liten i förhållande till 𝑣2 och brukar försummas.
Denna formel förenklas till:
11 𝐻 = 𝐻𝑔 +𝑣22
2𝑔+ ℎ𝑓 [3.5]
Flödet har beräknats med hjälp av massflödet som erhölls utifrån kyleffekten som absorptionskylmaskinen kommer att avge och beräknas enligt följande formel:
𝑚 = 𝐸
𝑐𝑝×(𝑇2−𝑇1) [3.6]
E = Den tillförda värmemängden [J]
𝑐𝑝= Specifika värmekapacitet [J/kgK]
Specifik värmekapacitet är ett mått på hur mycket värmemängd det behövs för att höja temperaturen hos ett kilogram av ämnet 1 grad.
Vatten används som medie, därav det erhållna värdet på specifika värmekapaciteten är 4,18.
För att beräkna energiförlust måste man bedöma huruvida strömning är turbulent eller laminärt. Det görs med hjälp av Reynolds tal som beräknas:
𝑅𝑒 =𝑣×𝑑ℎ
𝑣𝑣 [3.7]
Re = Reynolds tal [-]
v= medelhastighet i rörtvärsnittet [m]
𝑑ℎ= den hydrauliska diametern [m]
𝑣𝑣= den kinematiska viskositeten [m2/𝑠]
Vid Reynolds tal som är större än 2320 anses strömningen vara turbulent vilket gör att energiförlust ℎ𝑓 beräknas enligt:
ℎ𝑓 =𝑣2
2𝑔×∑ξ [3.8]
ξ = Motstånd [-]
Motståndet tar hänsyn till rörets material, krökar och bojar samt instrument.
Rör
Om massflödet i rören är konstant kan det beräknas enligt:
𝑚 = ∫ × 𝐴 × 𝑣 [3.9]
A = Area [m2]
Om mediet har samma densitet då kan formeln förenklas till:
𝑚 = 𝐴 × 𝑣 [3.10]
Utifrån formeln för massflödet kan arean lösas ut och rördiameter beräknas enligt:
12 𝐴 =𝜋×𝑑2
4 [3.11]
(Dahlvig, 1998)
13
4 Genomförande
Projektet delades upp i två stora moment och ett flertal delmoment. Momenten bestämdes utifrån uppsatta mål i början av projektet. Det första momentet kallades den ”Tekniska lösningen” och det andra ”Kalkylering”. Första momentet skulle resultera i ett färdigbyggt kylsystem på Tekniska verken och den bestod av fyra delmoment, problemanalys,
faktainsamling, brainstorming och resultatavstämning. Det andra momentet skulle innehålla dimensioneringar av systemet samt lönsamhetskalkyler. Delmomenten
bestämdes vid planeringen av de två stora momenten för att få bra ordning på arbete och fördela tiden samt sätta deadlines.
Problemanalys var det första steget i ”Tekniska lösningen”. Under problemanalysfasen har förstudien genomförts som underlag för att sätta sig in i problemet. Med hjälp av
ingenjörer på Tekniska verken har ramar för projektet, verktyg och teoretiska ramar fastställts. Under faktainsamlingen har P & I ritningar, ingenjörer och observationer
använts som källor för att få fram information om det befintliga systemet. Observationer av de tre anläggningarna har gjorts med P & I diagram. P & I diagram användes som kartor för att navigera och notera frågor som har kommit upp under genomgångar av anläggningar.
Med hjälp av observationer kunde de viktigaste punkter lokaliseras och markeras för att få en tydlig bild av befintliga systemet.
Frågorna har tagits upp på mötena med ingenjörer för att förtydliga placeringar, ledningar och utrustningens funktionalitet. Den insamlade informationen har sammanställts och utgjorde grunden för nästa steg, brainstorming. Brainstormingsfasen var uppdelad i två delmoment. Det första delmomentet var att ta fram idéer och den andra var att stämma av huruvida idéerna var rimliga och kunde appliceras i verkligheten. Systemet byggdes upp i delar och sedan sammanställdes till ett helt system. Under brainstormingsfasen har
KAIZEN applicerats för att förbättra systemet ytterligare genom förenklingar vilket i sin tur resulterade i mindre kostnader.
Systemlösningen ritades upp i P & I diagram som illustrerade helhetsbilden över hela systemet. För att ge tydligare bild av systemet har Microsoft Excell använts för att få med bilderna på olika delar av anläggningen. Dessa bilder ger detaljbild av olika platser på anläggningar för påkopplingar och placeringar av utrustning. Denna typ av kartläggning gör det enkelt att hitta rätt plats med hjälp av ritningar.
Resultatavstämning bestod av en presentation av systemet för handledarna på Tekniska verken. Som resultat av presentationen har nya förbättringsförslag tagits fram.
När den tekniska lösningen var färdigbyggt har vi vänt oss till Vattenfall i Uppsala för att se hur de har löst ett liknande problem. Studiebesöket på Vattenfall har letts av Lars Åblad som har visat de olika delar av systemet som vi var intresserade av. Studiebesöket har gett oss fler idéer om hur systemet kan förbättras.
Det andra momentet ”Kalkylering” bestod av fyra delmoment. Sammanställning av utrustningslista, dimensionering av utrustningen och systemet, sammanställning av kalkyler och känslighetsanalys. Sammanställning av utrustningslista har skett med observationer och P & I diagram som underlag. Genom att titta på befintliga systemet har behovet av utrustningen vid varje anläggning identifierats och listan sammanställts. Listan användes i senare skede som underlag för livscykelkostnadskalkylen. Dimensionering av utrustning som rör, värmepumpar och värmeväxlare har gjorts med hjälp av kunskapen som förvärvades under utbildningen. Dimensioneringen har lett till att möjliga
placeringsplatser för utrustningen har bestämts och ytterligare kalkylunderlag har tagits
14
fram med hjälp av flera olika leverantörer. Resultatet av de genomförda beräkningarna finns i Appendix C.
För att genomföra beräkningar har vi tagit hjälp av formlerna som finns i kapitel 3. För att säkerställa att dimensionerna är rimliga har vi stämt av resultat med
anläggningsingenjörer på Tekniska verken.
Kalkylerna sammanställdes med hjälp av underlag som har samlats under projektets gång.
I kalkylerna har hänsyn tagits till inköpskostnad, driftkostnad och underhållskostnad.
Kostnaden för skrotning har utelämnats. Presentation av kalkyler kommer att ske på företaget och sedan användas som underlag för att fatta beslutet om systemet ska byggas.
Kalkylerna ställdes upp i Excell för att lätt kunna ändra olika variabler i framtiden.
Slutligen har känslighetsanalys utförts med indata som har hämtats från kalkylen. Även känslighetsanalysen kommer vara beslutsgrundande underlag, där flera olika faktorer har bedömts och markerats. Analys av genomförda arbetet har utförts, där slutsatserna har dragits om systemets effektivitet och lönsamhet. Slutsatserna tillsammans med
rekommendationer kommer att presenteras för företaget.
15
5 Resultat
5.1 Sammanbundna kylsystemet
Figuren under Appendix A nummer två i rapporten ligger till grund för det system som möjliggör att samtliga anläggningar kan få kyla. Systemet som visas på bild tillhör idag fjärrvärmenätet och är placerat vid värmepumpen i KV61 anläggningen. Vid normal drift lyfter värmepumpen värme från rökgaskondensat till fjärrvärmenätet, genom ändrad driftpunkt för värmepumpen och inkoppling av kylsystemet på mellankretsen till Evaporatorn kan man sommartid istället lyfta värmen från kylsystemet.
För att inte skapa driftproblem i dagens fjärrvärmesystem väljer vi att koppla in oss på Evaporatorns slutpunkter vilket inte påverkar resterande krets som innehåller elektrisk utrustning. Figur tre samt fyra visar var kylsystemet kopplas in i värmepumpsrummet på KV61.
De två pumpar i värmepumpsrummet som är kopplade till Evaporatorn kopplas bort under produktionen av kyla då systemet har en separat cirkulationspump för cirkulation av köld bäraren. Se utritad pump i den kompletta systembilden (Appendix A nummer ett). Den separata cirkulationspumpen har som resterande pumpar i anläggningarna en så kallad förbikoppling samt diverse avstängningsventiler och backventil. Detta för att förhindra att systemet tappas ur vid eventuell service av pumpen eller diverse reparationsarbeten.
Ur absorptionskylmaskinen så ska det sex gradiga vattnet transporteras runt i det parallellkopplade kylsystemet. När köld bäraren når de olika anläggningarna så ska en styrsignal meddela samtliga reglerventiler hur mycket kyla som ska passera. När vätskan passerar reglerventilen så når den där efter värmeväxlaren för att överföra energin till anläggningens specifika köldkrets. När de tre anläggningarna använt sin del så ska en retur på cirka 12 grader återfås in till absorptionskylmaskinen för att kylas ner på nytt.
Kylkretsen styrs av ett antal reglerventiler, avstängningsventiler, temperaturmätare, flödesmätare och en pump. Dessa tillsammans bildar olika styrsignaler till ett styrsystem för att signalera hur mycket kyleffekt som ska tillhandahållas för varje anläggning samt hur mycket kyleffekt absorptionskylmaskinen ska producera.
5.2 Kylning av överflödig värme
Vid produktion av kyla så produceras det även värme från absorptionskylmaskinen som måste ledas bort. Den värmen leds ut genom kondensatorn samt absorbatorns kretsar. Då värmen som produceras inte kan komma till nytta så måste den kylas bort. Detta görs med hjälp av fem stycken kyltorn med en total kyleffekt på cirka 7400 kW.
Det 32,7 grader varma mediet transporteras med hjälp av en cirkulationspump som finns kopplad till systemet. För att inte blanda olika medium används en värmeväxlare till kyltorn kretsen. Efter kylprocessen så erhålls 26,9 gradigt medium in till
absorptionskylmaskinen.
Ovanstående process sker endast under sommarhalvåret när det produceras kyla i absorptionskylmaskinen. Under vinterhalvåret så ska kyltorn kretsen vara bortkopplad
16
från den krets den lyfter värmen från då den kretsen kyltornen är kopplad till används för att förse fjärrvärme.
5.3 Frikyla
Under vinterhalvåret så används absorptionskylmaskinen till att producera värme till fjärrvärmenätet. Det kommer dock fortfarande finnas kylbehov i anläggningarna som måste kylas bort. För att ta del av det kompletta och sammanbundna kylsystemet så tar vi vara på den kalla väderleken ute under vinterhalvåret. När vi kopplat bort oss från att kyla ner det varma vattnet från värmepumpen så ska kyltorn kretsen kopplas om till att istället kyla ner kylsystemets 12 gradiga vatten till 6 grader Celsius. Vi kopplar även bort oss från Evaporatorn då även den kretsen kommer att användas till fjärrvärmenätet.
På så sätt har vi nu ett till slutet system som fungerar på ett annat sätt. Kyltornen kommer nu att börja kyla vattnet på samma sätt som det varma vattnet kyldes i föregående
underrubrik. När samtliga berörda avstängningsventiler är i rätt läge så kan produktionen av kyla påbörjas. Även i detta läge av drift så styrs systemets kyleffekt av olika in och ut parametrar till styrsystemet.
5.4 Drifttid
Absorptionskylmaskinen kommer att vara i drift de timmar under sommarhalvåret där det råder minimalt behov av värme till fjärrvärmenätet. Vid omkoppling av värmepumpen till fjärrvärmenätet så ska anläggningarna fortfarande kunna kylas ner med hjälp av frikyla som erhålls från det kalla vädret. Räcker inte frikylan till samtliga anläggningar så ska KV61 prioriteras då KV50 och KV62 kan vara självförsörjande med de kylmaskiner som finns installerade idag.
5.5 Hänvisningar samt förklaring till figurer
Under rubriken ”Appendix A – Bilder samt figurer tekniska lösningen” så finns bilder samt ritningar som tillhör den tekniska resultatdelen. I de olika slags appendixen så visas bland annat de möjliga utrymmen i Gärstadverket som kan användas till placering samt
inkoppling av kringutrustningen.
5.6 Ekonomiska resultatet
Investering i systemet ger en vinst på över 2.2 miljoner kronor under
absorptionskylmaskinens livslängd. Det utläses ur livscykelkostnadskalkylen där vinsten presenteras i form av lägre kostnad.
5.7 Livscykelkostandsanalys
Den totala investeringskostnaden för utbyggnaden av systemet redovisas i Tabell 5.1. Alla kostnader för kringutrustningen exklusive kyltorn har tagits ur offerten för vårt system som Dahl Sverige AB har framställt. Kostnaden för kyltornen har framställts av C.A. Mörck AB och är ett budgetpris förslag. Installationskostnaden av utrustningen är ett budgeterat pris som Veolia Sweden AB har framställt.
17
Tabell 5.1 Total investeringskostnad för absorptionskylsystemet.
Utrustning Kostnad
Avstängningsventiler 36st 591 684 kr Reglerventiler 3st och kringutrustning 54 242 kr Backventiler 3st 16 905 kr Temperaturmätare 16st 21 876 kr Flödesmätare 7st och kringutrustning 132 860 kr Plattvärmeväxlare 5st 815 824 kr Cirkulationspumpar 6st 1 067 308 kr
Rör 1250m 406 250 kr
Kyltorn 2 930 100 kr
Installationskostnad 2 400 000 kr
Totalt 8 437 049 kr
För enkelhetens skull har 5 värmeväxlare skrivits under samma post. Kostnaden för värmeväxlare varierar beroende på storleken och typen. I systemet har 5 olika stora värmeväxlare använts. Exakta storlekar och priser finns i Appendix B.
För att beräkna investeringens livscykelkostnad har en kalkyl sammanställts. Den finns i tabell 5.2. Investeringskostnaden beräknades enligt formel 3.1 som finns i kapitel 3.
Restvärde och kostnaden för skrotning har försummats eftersom den var svår att uppskatta.
Totala livslängden för värmepumpen uppskattas till 25 år. Värmepumpen har varit i drift sedan år 2004 vilket ger livslängden tolv år.
Kalkylränta som Tekniska verken brukar räkna med ligger på 5 %. (Björe-Dahl, E. &
Sjöqvist, M., 2014)
18 Tabell 5.2 Livscykelkostnadskalkyl för kylsystemet.
Grundinvestering kylsystem Kronor
Kringutrustning(offert från DAHL) 3 196 948 kr Installationskostnader 2 400 000 kr
Kyltorn 2 930 100 kr
8 527 048 kr
Driftkostnader kylsystem Kronor
Nusummefaktor 9 kr
Elpris 912 kr kr/MWh
Årlig energianvändning 1 378 kr MWh 11 140 418 kr
Underhållskostnader kylsystem Kronor
Nusummefaktor 8,863251636
Årlig underhållskostnad 36 000 kr 319 077 kr
Konstanter
Kalkylränta 5%
Ekonomisk livslängd 12 kr
Försäljning av kyla
Försäljningspris 516
Årlig överskott av kyla 3225 MWh
1 664 100 kr
Förbränning av avfall 3 200 000 kr
Totalt 15 122 443 kr
Som ett alternativ till vår lösning har inköp av en ny kylmaskin föreslagits. För att kunna jämföra 2 förslag har livscykelkostnadskalkyl för kylmaskinen sammanställts. Kalkylen finns i tabell 5.3.
19 Tabell 5.3 Livscykelkostnad för kylmaskinen.
Grundinvestering kylmaskin Kronor
Inköp av kylmaskinen 4 000 000 kr
Driftkostnader kylmaskin
Nusummefaktor 12,46221034
Elpris 912 kr kr/MWh
Årlig energianvändning 2022 MWh
22 991 193 kr
Underhållskostnader kylsystem
Nusummefaktor 12,46221034
Årlig underhållskostnad 56427
703 205 kr
Konstanter
Kalkylränta 5%
Ekonomisk livslängd 20
Totalt 20 845 516 kr (12år)
27 694 398 kr
(20år)
Kompressordrivna kylmaskiner kostar i regel dubbelt så mycket i drift- och
underhållskostnader, vilket man ser i kalkylen. Livscykelkostnaden för en ny kylmaskin är större än livscykelkostnad för systemet. För att vidare beräkna lönsamheten för båda förslag har investeringskalkyl sammanställts. Investeringskalkylen finns i Appendix B.
5.8 Känslighetsanalys
En känslighetsanalys gjordes på kalkylränta och livslängd då dessa faktorer har störst inverkan på kalkylen. Alla variabler som finns med i livscykelkostnadskalkylen
undersöktes, men tas inte med i rapporten då variablerna inte har stor inverkan på kalkylen.
I figur 5.1 finns känslighetsanalys med hänsyn till kalkylräntan. I känslighetsanalysen betraktades 5 fall, för kalkylräntan upp till 100% med 20% intervall. Det har visats sig att livscykelkostnaden för systemet kommer att alltid vara lägre än livscykelkostnaden för en ny kylmaskin.
20 Figur 5.1 Känslighetsanalys kalkylränta.
I figur 7.2 finns känslighetsanalys med hänsyn till livslängd. I figuren har 4 olika fall betraktas. Där börjar diagrammet på 12år och går ner till 0 med 3års intervall. Även här kommer systemets kostnad vara lägre än kostnaden för en ny kylmaskin.
Vidare har känslighetsanalysen genomförts med hänsyn till elpriset och
underhållskostnaderna. Även dessa parametrar ger samma resultat som kalkylränta och livslängd.
Figur 5.2 Känslighetsanalys livslängd.
I känslighetsanalyser ovan har det inte tagits hänsyn till lönsamheten.
0 5000000 10000000 15000000 20000000 25000000
5% 20% 40% 60% 80% 100%
Kalkylränta
System Kylmaskin
0 5000000 10000000 15000000 20000000 25000000
12 9 6 3
Livslängd
System Kylmaskin
21
6 Slutsats och diskussion
Detta kapitel presenterar diskussion kring valda metoder och arbetets slutresultat. Det ges även en presentation av rekommendationer för fortsatt arbete.
6.1 Slutsats
I början av examensarbetet har fyra mål tagits fram och de har nu uppnåtts. De uppnådda målen är underlag för slutsatser som dras i detta kapitel.
En teknisk lösning för att sammanbinda absorptionskylmaskin med befintliga kylsystem har tagits fram. Lösningen kräver att ett helt nytt rörsystem byggs ut och kopplas in i befintliga systemet. Det nya rörsystemet möjliggör att produktionen av kyla sker endast med hjälp av absorptionskylmaskinen. Det betyder att driftkostnaderna går ner drastiskt då absorptionskylmaskinen drivs till stor del av värme som produceras genom att avfallet bränns ner. Alltså vinner Tekniska verken dubbelt på utbyggnad av nya systemet.
För att bekräfta spekulationer har livscykelkostnadskalkyl gjorts där en kylmaskin med effekt på 1814 KW, där investeringskostnaden, driftkostnader och underhållskostnader tagits med. Det har visats att med livslängd på tolv år är livscykelkostnaden för systemet lägre än kostnaden för en ny kylmaskin.
För att titta på lönsamhetssiffrorna har investeringskalkyl tagits fram enligt
annuitetsmetoden. Även där var det nya systemet mer lönsam än investering i en ny kylmaskin. Det beror dels på låga drift- och underhållskostnader och dels på att man har överskottkyla, då absorptionskylmaskinens kapacitet täcker kylbehovet med en stor effektmarginal. Det möjliggör försäljning av överskottskyla som över tolv års period kommer upp till ca 20 miljoner kronor.
För att titta på hur länge investeringen är lönsam har två känslighetsanalyser gjorts. Den ena med hänsyn till kalkylränta och den andra med hänsyn till livslängden. Resultat av känslighetsanalyser visar att investeringen inte längre är lönsam när den ekonomiska livslängden är fyra år eller lägre, vilket är osannolikt när det handlar om kylmaskiner och värmepumpar. Vad gäller kalkylräntan, behöver den stiga till 24 % för att man ska välja att investera i en ny kylmaskin istället för systemet. Även här är hoppet från fem procent till 24 % osannolik. Det vill säga att i dagsläget och antagligen i några år framåt kommer investeringen i det nya systemet vara lönsammare än kylmaskinen.
6.2 Kritisk granskning av arbetet
Slutresultatet av arbetet är en principlösning för ställda problemet. Orsaken till att mer detaljerad lösning inte har framställt är projektets komplexitet och dess tidsramar. För att sätta sig in i befintliga systemet på Tekniska verken krävs god förståelse för P & I diagram som saknades i början av projektet. Det har lett till att arbetet inte har gått enligt planerade tidsbudgeten.
Principlösningen som har tagits fram beskriver systemet och dess ingående delar. Trots att den framtagna lösningen är lik den färdiga lösningen som är i funktion på Vattenfalls anläggningar i Uppsala, har vi vissa reservationer kring dimensioner av kringutrustning och hela systemet. I lösningen har använts extrema fall, vilket gör att viss kringutrustning är överdimensionerad. Det är också troligt att utrustningslistan som har tagits fram inte är
22
komplett, vilket påverkar kalkylernas validitet. Det har dock lämnats utrymme för att lätt justera kalkylerna i Excel dokumentet om det behövs.
Vid framtagning av förändringsförslag har brainstorming, observationer och studiebesök använts. Brainstorming tillsammans med anläggning ingenjörernas tips har gett bra resultat. Resultatet av brainstorming har kontrollerats med hjälp av observationer på Tekniska verkens anläggningar och jämförelse med Vattenfalls lösning. Kontrollen
tillsammans med KAIZEN tänket har gjort att lösningen granskats och förbättras genom att onödiga delar har tagits bort och nya vitala delar lagts till. Det finns dock utrymme att ytterligare förbättra systemet med nya tekniska lösningar som finns på marknaden.
Beräkningar som har gjorts i Excel har möjliggjort flexibilitet i beräkningar och därför underlättat simuleringar vid dimensionering av kringutrustning. Det har också gett flexibilitet vid uppställning av kalkyler, då informationen från leverantörer har kommit in allteftersom.
6.3 Rekommendationer för fortsatt arbete
Den framtagna lösningen är en principlösning och behöver en djupare analys för att ta fram exaktare dimensioner och komplett utrustningslista innan systemet kan byggas i
verkligheten. Det finns även utrymme att förbättra lösningen genom att undersöka huruvida hydraulisk separator kan användas istället för värmeväxlare om det används samma medium i systemet.
För att använda systemet fullt ut kan kylmaskinerna i KV62 användas för att förse alla anläggningar med kyla under vinterhalvåret. Modellen som presenterats i detta arbete kan endast bistå med kyla till kylsystemet från kyltorn under vinterhalvåret. Vid snabbt
varierande utetemperaturer under vinterhalvåret så kan kyltornen tappa sin förmåga att kyla ner kyl mediet i kylsystemet till den temperatur man eftersträvar. En vidare studie kring vid vilken utetemperatur det är möjligt att skifta till frikyla har inte skett.
Det behövs därför en studie kring hur systemet kommer att fungera under vinterhalvåret och kring kringutrustning som behövs.
Vidare kan man undersöka anläggningarna för att hitta lämpliga platser för placering av kyltorn samt se över investeringskostnader för att bygga om värmepumpen.
23
Referenser
Böcker och elevavhandlingar
Andersson, G. (2015). Kalkyler som beslutsunderlag (7:e upplagan uppl.). Lund:
Studentlitteratur AB.
Dahlvig, G. (1998). Energi. (7:e upplagan uppl.).
Oskarsson, B., Aronsson, H., Ekdahl, B. (2013). Modern Logistik (4:e upplagan uppl.).
Stockholm: Liber AB.
Björe-Dahl, E. & Sjöqvist, M. (2014). Ökad resurseffektivitet i kraftvärmesystem genom säsonglagring av värme.
Fällström, S. (2016). Absorptionskylmaskin för Gålnäs industriområde.
Haraldsson, B. (2011). Den kreativa och kritiska litteraturstudien.
Shuller, A. & Epple, U. (2012). PandIX – Exchanging P & I diagram model data.
Ericsson, S. & Frid, M. (2012). Leverantörsbedömning och leverantörskriterier.
Carlsson, S. (2015). Kartläggning av upphandlingsprocessen inom vatten- och avloppsbranschen – användning av livscykelkostnader i processen.
Bengtsson, G. & Einås, D. (2004). Investeringsbedömning av mätinsamlingssystem.
Kamaran, E. (2012). Dokumentation av en experimentell biogasanläggning.
Bergdahl, B.-J. & Oguma, R. (2009). Reglering av matarvattenflödet i en BWR.
Eriksson, R. & Petersen, D. (2012). Backventil för motorsmörjsystem.
Stegnell, B. (2006). En jämförelse mellan torr och våt kyla i klimatsystem.
Ericsson, M (2004). Tekniska möjligheter och potential för högtemperatur värmepumpar i kommunala och industriella energisystem.
Elektroniska källor
C4energi, (2017). Värmeväxlare och nät.
http://www.c4energi.se/sv/fjarrvarme/sa-fungerar-fjarrvarme/varmevaxlare-och-nat/ Tillgänglig:
2017-05-22
Tekniska verken, (2015). Vår historia. https://www.tekniskaverken.se/om-oss/var- historia/ Tillgänglig: 2017-05-22
Tekniska verken, (2017). Gärstadsverket. https://www.tekniskaverken.se/om- oss/anlaggningar/kraftvarmeverk/garstadverket/ Tillgänglig:2017-05-22
24
Appendix A – Bilder samt figurer tekniska lösningen
Appendix 1
Figuren visar de delar av systemet som berör det tekniska resultatet på arbetet.
25
Appendix 2
Figuren nedan är en närbild på Evaporator kretsen. Genom att studera appendix 1 samt 2 så skapas förståelse var en eventuell påkoppling av kylsystemet skall ske.
26
Appendix 3
Figur tre visar en närbild på inkoppling av kylkretsen till Evaporator kretsen.
27
Appendix 4
Figur fyra visar var inkopplingarna av kylkretsen skall vara. Bilden är tagen i värmepumpsrummet på KV61.
28
Appendix 5
Nedanstående figur visar den krets som leder det varma mediet till kyltornen. Genom att studera denna figur samt figur ett så skapas förståelse var en eventuell påkoppling skall ske.
29
Appendix 6
Nedanstående figur visar de två lediga inkopplingarna in till KV50s köld krets. Bilden visar även ledig plats där värmeväxlare till KV50 kan placeras.
30
Appendix 7
Figur sju visar det rum som befinner sig under värmepumpsrummet. Här ska påkoppling av kyltorn kretsen ske.
31
Appendix 8
Figur åtta är en bild på ledigt utrymme till kyltorn pumparna samt värmeväxlare till värmekretsen.
32
Appendix 9
Figur nio visar var den andra påkopplingen av värmekretsen till kyltornen kan ske. Bilden är tagen i samma rum som appendix sju samt åtta.
33
Appendix 10
Figur 10 visar var det går att koppla på sig till KV61s köld krets. En värmeväxlare går även att placera invid pumparna.
34
Appendix 11
Figur elva visar ledigt utrymme till vänster där cirkulationspumpen för hela systemet kan placeras.
35
Appendix 12
Figur tolv samt 13 visar påkopplingarna till KV62s köld krets. Bilderna är tagna i KV62s pump rum.
36
Appendix 13
37
Appendix B – Kalkyler och Indata
Investeringskalkylen utfördes med hjälp av annuitetsmetoden. I första tabellen hittar man indata som har hämtats från livscykelkostnadskalkylen.
I andra tabellen hittar man investeringsberäkningar. Annuitets faktor har hämtats ur en tabell i boken Kalkyler som beslutsunderlag av Göran Andersson. Kalkylen visar ett negativt resultat vilket ger en olönsam investering. Inkomster för förbränning av soporna har dock inte tagits med. Med dessa inkomster blir investeringen lönsam.
I tredje tabellen hittar man en kalkyl för samma investering. I kalkyl har hänsyn tagits till alternativ kostnad för kylmaskin. Investeringen i kylsystem gör att behovet av en ny kylmaskin försvinner. Med detta inräknad fås ett positivt överskott per år, alltså är investeringen lönsam.
I figuren ovan finnes storlekar och kostnaden för alla plattvärmeväxlare som finns i systemet.
38
