TERMISK UNDERSÖKNING AV KOPPLING AV KÖLDBÄRARKRETSAR TILL FJÄRRKYLANÄT

Transkript

1 a» w FOU W98:25 TERMISK UNDERSÖKNING AV KOPPLING AV KÖLDBÄRARKRETSAR TILL FJÄRRKYLANÄT Erik Jonson, Lunds Tekniska Högskolo, Inst. för Värme- och kraftteknik FjAflFVÄFUf

2

3 TERMISK UNDERSÖKNING AV KOPPLING AV KÖLDBÄRARKRETSAR TILL FJÄRRKYLANÄT Erik Jonson, lunds Tekniska Högskola, InsL för Vårme- och kraftteknik ISSN

4 / Rapportserien publicerar projektledaren resultaten från sitt projekt. Publiceringen innebär inte att Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB tagit ställning till slutsatserna och resultaten* Svenska FjärrvärmeFöreningens Service AB

5 Förord Projekte. m E är i ett projektpaket av Foll-projekt inom område, fjärrkyla, som genomförts med s.öd Mn NUTEK. En formtt utveckling av fjärrkyw medför atl separat kylproduktion kan ersattas -^ energieffektiv och mitjövänug fjärrkyla vilket leder till att elbehovct i Sverige reducera. Författaren vill passa på att tacka alla som gjort detta projekt möjligt, eu särskilt varmt tack vill jag rikta till: Projektets finansiärer; NUTEK, Svenska Fjärrvänneföremngens Service ABs Wmm FoU-medel, U^p^a Ew \AB> VästerL ^J&VrtXtn AB samwsn Norska Fjärrvännefdrenmgen, Min handledare vid Institutionen för Vänoe- och Kraftteknik, LTH, Docent Svend Frederiksen för handledning, hjälp med litteratur, och råd och tips pä vågen. Harald Andersson, civilingenjör vid Malmö Värme AB, för handledning, Sture Andersson, adj. professor vid Institutionen för Värme- och Kraftteknik, LTH, for information om produktion och distribution av fjärrkyla. Doktorand Nils Olsson ror korrekturläsning Tekn. lic. Catarina WarfVinge vid Institutionen för Byggnadskonsmiktionslära, LTH, för tips angående inneklimatet och olika kytteknikei, Föliande rapport är resultatet av dl projektarbete som behandlar fjärrkylafeknik och speciellt hur en god temperaturdifferens melltn rjankyl^s fram- och rörledning ska kunna erhållas. Projektet utfördes under smdiebesök- Tom Sundman, ABB Fläkt Oy, för information om ABBs Sysfem ThermoNet. Stig Lindberg, ABB, för rad och tips angående kylbatterier. ABB Ventilation, Tekno Term Inneklimat, Stifab Farex och Carrier för produktänfonnaricm. Dessutom vill jag ticka de energibolag som besvarat enkäten och därmed bidragit till bilden av vilka styrmedel som används och vilka installationer som föredras för atl erhålla en god temperatureftektivitet i fjärrky!asystem. Lund 26 mars Erik Jonson

6

7 Summary Thjs report deafs with the problem hov lo increase the temperature difference between the supply and return pipe in district coohng systems. The cooling power of a district cooläng network is directly proportional to the temperature difference. It is therefore important that the customers' cooting systems give a high temperaturs difference. This is more important for dislrict cooling networks which are about to reach iheir maximum capacity, but it is also äroportant for ne* district cooling systems. This is because a higher temperamre difference would lead to a lower investment cost thanks to smaller pipes, pumps and vaives. The conclusions are that a large temperature difference can be accomplished rf the district cooling system bave: Customers which are connected without a heai exchanger. Cooling batteries controlled wrth flow control instead of temperature conftol. Cooling equipment where a higher pressure dröp is allowed, i.e. with longer flov paibs and higher flow velocities. Cooling equipment connecied in series, Low supply temperamre. Increased use of cooled ceilings and fan coils. Hconomical incentives encouraging the customer to iocrease the temperature difference. It is possible to accomplish a large temperamre difference between the supply and the return pipe by using a cooling battery which is suffictently large and by aljowing a larger pressure dröp. The temperature difference for a flow controlled cooling battery with six mbe rows can be as high as 18,5 C at design air temperatuie when air is cooled to 15 "C and supply temperature is 4 "C. Flow control gives a higher temperature difference than temperature control in most cases and is therefore the preferred control when a high lemperature difference is desired. Increasing the number mbe rows in order to inciease the temperature difference leads to a higher investment cost for the fan and for the cooling battery but also a reduced investment of the tu bes to the cooling battery because Öieir diameter can be reduced when the water flow is decreased. Lowering the supply temperature is an efficient way of increasing the temperature difference. It is more efficient when the cooling batteries are sufficiently large, A lower supply temperature to small battcries leads ro an increased cooling power instead of an increased temperature difference. If the size i.e, number of tube rows of the cooling battery is Increased al the same time as the supply temperature is lowered will the acdons streng;then each other. Connection with a heat exchanger reduces the temperature difference strongly. For example when a cooling battery is connected without heat exchanger is the temperature difference 10 C and with a heat exchanger is the temperature difference 7.5 D C. In this case the temperature difference is reduced by 25 % when the battery is connected with a heat exchanger. The comparison is made when air,s cooled from 27,5 "C to 15 C with a cooling battery with four rube rows assuming a supply temperature of 7 "C

8 Sammanfattning Rapporten behandlar frågan hur en stor temperaturdifferens mellan Q ärrkylans fram- och reiurledning ska kunna erhållas. Eftersom fjärrkylanätets effekt är direkt proportionell mot temperaturdifferensen mellan fjärrkylans fram- och returkdning är det viktigt att kunderna tar ut en stor temperaturdifferens. Det är speciellt viktigt för befintliga ijärrkylasystein som börjar nå sirj maximala kapacitet, men även vid nybyggnad eftersom fjärrkylarör och pumpar med mindre dimension då kan användas vilket ger fagre investeringskostnader. Slutsatserna är att en god temperaturdifferens erhålls då fjärrky]asystemct har. Kunder som är anslutna utan värmeväxling Kylbatterier med flödesreglering istället fftr temperaturreglering Kylapparater med en längre flödesväg och en ökad strömningshastighet genom att tillåta ett Större tryckfall vilket ledet till at[ laminärflöde undviks Kylapparater som i största möjliga mån är seriekopplade Låg framlednings temperatur Ökad användning av kyhak och fan coils Ekonomiska styrmedel som uppmuntrar kunden att ta ut en stor temperaturdifferens Det går alt erhålla en mycket god temperaturdifferens med hjälp av kylbatterier genom att använda sig av låg framledningstemperatur, tillräckligt antal rörrader och tillåta ett högre tryckfall och därmed låta vattenflödet ta en längre väg. Temperaturdifferensen för ett flödesreglerat kylbatteri med 6 rörrader blir så hög som 18,5 *C vid den dimensionerande utetemperaturen då luft kyls till 15 C och fjärrkylans framledningstemperatur ar 4 C. Flödesreglering ger i de flesta fall en högre temperaturdifferens än temperanirregtering och är därför den reglering som bör eftersträvas. Detta gäller dock inte vid låga vattenflöden eftersom strömningen då biir laminär vid flödesreglering vilket försämrar värmeöverföringen. En ökning av temperaturdifferensen genom att installera ett större kylbatieji leder till en något högre kostnad för kylbatteriet och fläkten men även till att kostnaden för rören till och från " batteriet minskar eftersom det erforderliga vattenflödet minskar. En sänkning av t]ärrkylans framledningstemperatur är ett effektivt sätt an öka fj ärrkylans temperaturdifferens. Det är dock mer effektivt för rätt dimensionerade kylbatterier än för underdimemionerade. En fördel med en sänkning av framledningstemperaturen til] underdimensionerade system är att dock att deras kyleffekt ökar. Sänks fjärrkylans framledningstemperatur samtidigt som kylbatteriema byggs till eller byts ut mot nya större så förstärker åtgärderna varandra. Anslutning till fjärrky lan ätet via värmeväxlare försämrar temperaturdifferensen kraftigt Exempelvis vid kylning av luft från 27,5 X till 15 C med hjälp av ett batteri med 4 rörrader blir temperaturdifferensen 10 *C om batteriet är anslutet direkt och fjärrkylans temperatur är 7 a C. Är batteriet däremot anslutet via en vänneväxlare där framledningstemperaturen efter växlaren blir 9,0 C så sjunker temperaturdifferensen till 7,5 "C. Temperaturdifferensen sjunker alltså i detta fall med 25 % vid införande av värmeväxlare.

9 Innehållsförteckning 1. INLEDNING _ 1 Li. BAKGRUND i 1.2. SYFTE,. _, ^..:...:.,.... i 1.3. METOD PRODUKTION AV FJÄRRKVXA 3 2, L VAL AV PRODUKTIONSMETOD PRODUKTION MED VARMEPUMP.. 4 2,3,FRIFiYLA PRODUKTION MEL ABSORPTIONSKYLARE DISTRIBUTION AV FJÄRBKYLA, ~ ID 3.1. R(JR PÖR KJARRKVLA RORLEDNINGSSYSTEM _ FJÄRRKYLAI SVERIGE _ 11 4.LFlÄRREYLAlSTOCKHOLM.. h, VÄRMEPUMPAR KYLER SOLV A/5UNDH YBERG _ VARMEFITMFAPKYLEK VÄSTERÅS ^ NYA VÄRMEPUMPAR KYLER LUND, _... _ KYLA MED HJÄLP AVF/ÄRRVÄRMET GÖTEBORG VÄRMEPUMP OCH LOKAL FJÄRRKYLA] BORAS VÄRHEPUMFAK OCH KASONGKLAGRING KYLER MAUJQ - ]4 4 R Ä, LOKAL FJÄRRKYLA JNOKRKOPING LOKAL FJÄRBKYL* I GÄVLE VÄRMEPUMPAR KYLER UPPSALA,._.._.,.._..._,..._..^^...^^ L FRIKYLA FRÅN VÄTTERN KYLER JÖNKÖPING _ AiiSORPTIO^SKYLARE KYLER LDJKÖPWG.,_ 15 S. LUFTKONDITIONERING OCH VAD ÄR ETT BRA INNEKLIMAT? _ HUR KROPPEN AVGER VÄRME VAD AR ETT LÄMPUGT INNEKLIMAT KLirvtATETS INVERKAN PÄ PRESTAT1ON5F0RMÄGAN DIMENSIONERING AV ETT KYLSYSTEM FAKTORER SOM BEGRÄNSAR KYLEFFEKTEN 18 & ÖKNING AV FJÄRRKYLANS TEMPERATURDIFFERENS VINSTEN AV EN ÖKAD TEMPERATURDIFFERENS - 19 *.2, ÅTGÄRDER FOR ATT ÖKA TEMPERATURDIFFERENSEN 19 7, DIREKT ELLER INDIREKT ANSLUTNING FAKTORER SOM TALAR FÖR DIREKT ANSLUTNING 21 "7.2. FAKTORER SOM TALAR FÖR INÖJREKT ANSLUTNING REGLERING AVVARMEVÄXLARE FOR ATT OKA TEMPEJFATURDLFFÉRENSHN... _ TRYCKVÄXLARE ISTÄLLET FOR VÄRMEVÄXLARE SKYLBATTERIER.. ~ BESKRIVNING _ KYLElT^KT OCH-tTLLUFrSTE-VPEPATljR 26 8J.TEMPERATURREGLERAIKYLBATTER A TEMPEKATURREGLERAT KYLBATTERI MED KOhSTANT FLÖDE I BÅDA KRETSARNA 27 S.5.FLODESREGLERADEKYLBATTERIER.,..., AFl^DE5^GL RATKYl ATTERIMEDVARVTA[iltEGLEKADPLMP FLÖDESREGLERATKYLBATTERIMEDSHUNTNING.._»_ ^ 29

10 9. KYLB ATTERIBERA KNING A R J r KYLBATT^EEIS GECftiETKI OCH BESKEIVW1NC AV DRIFTSTÄLLET., TEMFERATlffiDIFFEREWSENVIDLUFrraMPERArUHEN' 27,5 a C _ )Q 9.3. TEMPERATi;RD[FFEREJJS^V DLUFnEMPEPATUPEN25 Q C 32 OALUFnEMPERATURENSmVERKANPATKMPERATUEÖlFFEBENSEN JÄMFÖRELSE MELLAN KYLBATTERIERS REGLERING JÄMFÖPELSE MELLAN FLÖI^S-OCH TEMPF.RATURRECLERING TEMPERATURDIFFERENSEN UNDER NORMAL SOMMARDAG ÖKN^O AV^ARR^YLA^S FRAMLEE^N^O^TEN^PERATUR ^E> LÅGA LUFTTEMPERATURER KOPPLING AV KYI^ATTEEIEr<iENOM ATT TIU_iTA ETT HOCJRE TRYCKFALL 38 30S. HUR SER ETT BRA KYLBATTERJSYSTEM UT? MLNSK^FNO AV RORDIMENSRON BEROENDE PÅ EN ÖKAD TEMPERATURDIFFERENS KOSTNAD FÖR ATT OKA ANTALET KORP ÅDER 42 11KYLTAK- 43 U.L Pl^\T KYLTAK OCH KYLBAFFLAR 43 U.2. MEKANISMERFOkVÄRMEÖVERFÖRING _ PLANA KYLTAK GER SAMMA KOMFORT VID HOGRÉ LUFTTEMPERATUR _.. _.._ KYLTAK REDUCERAR TEMPeRATURGRATjrENTEK _ JL. _._".. r. r.l FÖRDELAR MED KYLTAK JÄMFÖRT M D LUFTBUREN KYLA KYLTAKS TEMPERATURPROGRAM 44 M-7.K.YLEFFEKT KVLBATTERI KOMBINERAT MED KYLTAK «I2.[. EXEMPEL I, SERIEKOPPLINC AV KYLBATTERT OCH KYLTAK , EXEMPEL 2, SERIEKOPPLINC AV KYLBATTERI OCH KYLTAK EXEMPEL 3, SERIEKOPPLING AV KYLBATTERI OCH KYLTAK EXEMPEL 4 r PARALLELLKOPPLDJG KYLBATTERI - KYLTAK - DATORKYLNING _ 4K 13. TMERMONET _ SYFTET MED THERMONETSYSTEMET SEfcH-KOPPLrNo AV VÄSMEKRETSEN OCH BATTERIET._ SAMMA VÄRMEVÄXLARE FÖR VÄRME- SOM FÖR KYLFALLET TRELEDARSYSTEM _ 5Q 13_5. THERMONETAIRMODULE THERMONETL KOMBINATION MED F;ÄRRVARMEOCH FJÄRRKYLA _ SLUTSATSER RÖRANDE THEBMONETSYSTEMET SLUTSATSER.» 54 LITTERATURFÖRTECKNING. 55 LISTOFFIGURES LIST OF TAJBLES» m _ gg LIST OF DIAGRAMS _. _ 58 BILAGOR

11 1. Inledning 1.1. Bakgrund I Sverige har uppbyggnad av fjärrkylasystem påbörjats i fiera städer och alh fler byggnader ansluter sig Lill FjäiTkyla, Vid den snabba utbyggnaden av fj ärrkyla är det viktigt an inga systemfel byggs in under expansionen och att de system som byggs upp skal] vara energitekniskt effektiva. Eftersom fjän-kylasystemets effekt är proportionell mot temperaturdifferensen mellan fjärrkylans fram- och returledning är det viktigt att kunderna lar ut en stor temperaturdifferens. Det är speciellt viktigt för fjärrkylasysiem som nätt sin maximala kapacitet. En ökning av temperaturdifferensen med 1 C C vid den dimensionerande utetemperaturen ger en ökning av fjäifkylanätets effektkapacitet med ca 10 %. Vilka kopplingssätt för anslutning av kylobjekt till nätet ger den bästa temperatureffektiviteten? En stor temperaturdifferens från kunderna har följande positiva inverkan på rjärrfcylasystemet: Ett givet fjärrkylanäis maximala effekt ökar vilket leder till att mer kyleffekt kan säljas. Lägre investeringskostnader vid byggande av ert fjänkylanät eftersom rör och pumpar av en mindre dimension kan användas. Det åtgår mindre energi till pumparna för samma effekt efteisom flödet minskas lika mycket som temperaturdifferensen ökas. Det minskade flödet leder också till att slitaget på pumpar rör och ventiler minskas. Kylbehovet minskas något eftersom pumparbetet, som omvandlas till värme, minskas. 1 kapitel 2-5 ges en introduktion till fjäirkyla. Där beskrivs hur fjärrkyäa produceras och distribueras samt vilket inneklimat som bör eftersträvas. De läsare som redan känner till detta kan gå direkt [ill kapitel Syfte Detta projekt syftar till att bidra, till att en god temperatureffektivitet erhålls genom att bestämma vilket kopplingssätt av kylapparater, vilken typ av anslutning [ill nätet och vilken typ av reglering som ger stor temperaturdifferens mellan fj ärrkylans fram- och recurledning. Detta för att kunna klarlägga hur en god temperaturdifferens ska kunna erhållas för olika typer av kylsystem samt att klarlägga hur system som från början är anpassade för fjärrkyla ska se ut.

12 1.3. Metod Datorsimuleringar Alfa Laval Thermais program CAS 200 används för beräkningar av hur vänneväxlare påverkar kylsystemet. ABB Ventilations program COILS används för beräkning av hur temperaturdifferensen påverkas av kylbatteriets storlek och reglering. Litteraturstudie och produktinventering Litteratur och patent som finns inom området studeras samt presiandan för de kyl apparater som finns på marknaden. Följande kyl apparater ingår: Kylapparater Kylbatterier Plant kvltak Kylbafflar - Kylvatten tol kondensor Enkätundersökning Erfarenheter dras från installationer i fastigheter i städer där man har fj ärrkyla, vilka kopplingar och regleringar som gjorts och vilka temperaturdifferenser som erhållits for dessa. 2

13 2. Produktion av fjärrkyla värmepumpen och absoiptionskylaien. 1 del öairvärme I \ 3 delar kyla 4 delar vänne kyls bon med luft (förlust) *i,.ww»tw*. Värmepump i fjäirväinneuch fjättfcyljnäi Absopöansvätmepunip 7X ; I 8 delar kyla 2,S delar vbnne 0.7 delar kyta ^"^^*^^^2%2g^ 3

14 2«2 Produktion med värmepump Värmepumpens arbetscyk el [9,24] En schematisk bild över en värmepump i ert fjärrvärme- och fjärrkylanät visas \ figur 2.4. I forångaren förångas arbetsmedlet vid ett tryck som ger en fofångningstemperatur som ligger något under fjärrkylans önskade framledningstemperatur, värmen till förångningen tas från fjärrkylavattnet som därmed kyls. Därefter ökas arbetsmedlets tryck i kompressorn. Detta för att mediet senare i kondensom skall kondensera vid en temperatur där avgiver kondensenngsvärme kan användas till att värma fjärrvärme vattnet, Det vill säga en temperatur som ligger något över fjärrvärmens önskade framledningstcrnperatur. Efter kondensom sänks köldmediers tryck med hjälp av en strypventil sä au förangmngen senare sker vid rätt temperatur. Därefter påbörjar köldmediet en ny cykel. Fjärrkvlafcund K y Ila i«kompif5sor Väimelager FjäTTvännckund Fig En värmepump i eu kombinerat fjärrvärme- och fjärrkylanät. Lastvariationer Vid användning av en värmepump för kylning är det viktigt att man även har avsättning för värmen. Ett problem med kombinerad värme- och kylproduktion är att kylbehovet är störst under den riden på året di värmebehovet är som minst, dvs under sommaren. Finns det under sommaren redan ett värmeöverskott exempelvis från avfallsförbrännäng och spillvärme från indiismer leder införandet av en värmepump endast till art ännu mer värme går till spillo. Kommer inte värmen tillgodo ger värmepumpen endast cirka två delar kyla för en del el, detta kan jämföras med en traditionell kylmaskin som ger cirka tre delar kyla för en del elenergi A

15 Värme- och kyl lagring i kyltank [9,25] System med en värmepump i ett kombinera! fjärrvärme- och fjärrkylanät bör ha dygnslagring av värme och kyla. for att jämna ut lastvariationer under dygnet. Värmepumpen slipper då att gä på varierande dellasr under större delen av dygnet man kan istället gå på fullast under en kortare tid. Det ger en högre värme- och köldfaktor samt ett minskat slitage. Dessutom kan man vid kyl- och värmelagring utnyttja billig natte 1 för att kyla fjärrkylavattnei och värma fjärrvärme vattnet Ky Hägring ger också systemet en ökad maximal kyleffekt eftersom man när kyl behovet är stort kan använda sig av både värmepumpens maximala kyleffekt och lagrad kyla. Systemets kyleffekt begränsas inte av värmepumpen utan det är istället nätets kapacitet att transportera fj ärrkyla vattnet tillsammans med temperaturdifferensen mellan fram- och returledningcn som begränsar den maximala kyleffekten. I ett kyllagei finns det ett språngskikt mellan vaimare vatten frän fjänkylans returledning i toppen av tanken och kallare vatten till fjäirkylans framledning i botten av tanken. Lagret fylls på så sätt att det varmare vattnet i toppen av tanken kyls och tillförs botten av tanken. Önskvärda egenskaper för en kyllager är att det ska ha små förluster, både från lagret till omgivningen och temperaturuijamning inom lagret. Stora lager har ofta mindre förluster än små eftersom en ökning av exempelvis diametern i ett cylindriskt lager Till den dubbla ger en dubbelt så stor mantelarea men en fyra gånger så stor volym. Konvertering av befintlig värmepump Något som talar för en användning av värmepumpar för kylprodufction i Sverige är att det finns ett flertal befintliga vännepumpar som endast används för värmeproduktion. Enligt Fjärrvarmeföreningens statistik för 1993 hade 54 av föreningens 163 medlemmar stora värmepumpar i sina system. Tillsammans skulle dessa kunna tillgodose ett kyl behov motsvarande drygt ltwb [16]. Värmepumparnas nisch För att det ska vara lönsamt att använda befintliga värmepumpar för kylproduktion i ett fjärrkylanät krävs att de är placerade på ett rimligt avstånd från området där kylbehovet finns. Vad som är en rimligt avstånd beror på kostnaden för rördragningen i förhållande till intäkterna för såld kyla. För att värmepumpar ska vara ett energieffektivt alternativ vid produktion av fjärrkyla krävs det art det finns behov av både fjärrvärme- och fjärrkyla under samma tidsperiod eller att det finns möjlighet till kyl och värmelagring. Då det endast finns ett kylbehov ger värmepumpen endast chka 2 delar kyla för en del elenergi vilket kan jämföras med den konventionella kylmaskinen som ger cirka 3 delar kyla för en del elenergi. Det är således endast vid kombinerad produktion av fjärrvärme- och fj ärrkyla som värmepumpen är en energieffektrv lösning för fjärrkylaproduktion. Värmepumpar används för kolproduktion i Solna/Sundbyberg, Västerås, Lund, Uppsala och Borås. Dessutom planerar Stockholm Energi att Kyla Hammarby industriområde och Södermalm med hjälp av värmepumpar och i Malmö planerar Malmö Energi att använda värmepumpar i kombination med säsongs!agring i akvifär.

16 2.3. Frikyla Beskrivning av system med frikyla I sin enklaste form värmeväxlar man helt enkelt det kalla sjövattnet mot fjäirkyiavattnet som därmed kyls. En principiell bild över ett sådant system visas i figur 2.5, ED förutsättning Tor att denna systemlösning ska vara lämplig är att det finns tillgång till kallt vatten även under sommaren då kyl behovet är som störst. I Stockholm utnyttjar man frikyla från Vårtan nordost om centrum. Temperaturen på bottenvatmet är här som lägst i början av juli när kylbehovet är som störst. Det beror på att vattnei frän Mälaren som flyier ut i Östersjön har fagre densitet än det saltare östersjövattnet och därför flyter ovanpå detta och när det sedan flyter längre ut i Östersjön för det med sig en del ösiersjövatten. Detta skapar en ström i motsatt riktning som går längs botten och det kalla vattnei frän vintern når Vårtan j juli. Uppvärint sjövatten Returledning Kallt sjövaiten Framledmng Fig- 2,5. Principiell bild över ett system med frikyla. Frikyla i kombination med värmepumpar Användningen av frikyla kan kombineras med användandet av värmepumpar. När vattnet är för varmt för att växlas direkt mot fjärrkylanätet pumpas det först upp och används till fjärrvärmeproduktion i värmepumpar och det kalla returvattnet från värmepumpens förångare får sedan kyla fjäirkylavattnet via värme växlare. Anläggningen kan använda sig av vatteninlag på flera djup. När värmeproduktion är det primära används värmet med högsi temperatur och nar kylproduktion är det primära används vattnet med lägst temperatur. Systemet kan också utformas så alt det varma returvattnet från fjärrkylan vid behov kan användas som stöd vid arrvärmeproduktion i värmepumparna. Frikylans nisch Finns det förutsättningar för att utnyttja naturlig kyla från exempelvis botten av en sjö så ar detta alternativ mycket attraktivt. Ett system med frikyla förutsätter dock att avståndet mellan områdei med kyl behov och sjön inte är alltför ston. Hur stort det kan vara beror på kostnaden för distributionsnätet i förhållande till mängden försåld kyla. Frikyla täcker Jönköpings och en stor del av centrala Stockholms behov av fjärrkyla. #

17 2.4. Produktion med absorptionskylare Beskrivning av absorptionskylare ED metod m producera kyla där det finns tillgäng till billig fjärrvärme är att använda sig av en absorptionskylare. 1 en absorptionskylare, eller som det också kallas absorpuonsvarmepump, används fjärrvärme eller andra värmekällor som drivkälla för att erhålla kyla. Pnnupen for absorptionscykeln liknar den för kompressionscykelo med skillnader au i absorpnonscykeln används värme som drivkälla istället för en kompressor. Det enda syftet med komponenterna inom det inringade området i figur 2.6 är att höja trycket och om de skulle ersattas med en kompressor blir cykeln identisk med en kompressions värmepump. ^bsorptionskyäama skulle kunna placeras ute hos respektive kund vilket man gftr i exempelvis Göteborg, men man skulle också kunna tänka sig an man i områden med flera mindre kunder bygger lokala fjärrkylanat som kyls med en absorptionskylare. T en absorptionskylare absorberas ett köldmedium i ett transportmediunv De vanligaste arbetsmediema är ammomak-vatten och vatten-litiumbromid. I fallet ammomak-vatten ar ammoniak köldmedium och vatten trär,sportmedium och i fallet med vatten-htiumbromid ar vattnet köldmedium och litjumbromid iransponmedium. 3j( Expansionsventäl Kondenseringsvärmet avges till omgivningen Kondensor Förångare M Kylning av fjärrky lavarten Absorbator Generator wi 1^ wx fl U Kylning av lösningen Fjärrvärme som drivenergi Fig. 2,6. Pri?idpskiss Över absorptiortscykeln Absorptionscykeln 124] I generatorn, 1. används fjärrvärme eller någon annan värmekälla till att förånga köldmediet frän lösningen av köldmediet och transportmedlet. Det förångade köldmediet avger sedan värme till omgivningen i kondensorn, 2. under det att köldmediet kondenserar ull vätska. Trycket sänks sedan med hjälp av en expansionsventil 3, sa att man i forangaren. 4, kan förånga köldmediet. Värme som krävs för art förånga köldmediet W från fjärrky Javatmet som därmed kyls Därefter absorberas köldmediet \ transportmediet i absorbatorn. 5. Detta ar ert exoterm reaktion och eftersom mängden köldmedie som kan lösas i transportmedlet mmskar med ökande temperacur måste absorbatom kylas. Den på köldmedium rika lösningen pumpa. 7

18 sedan genom värme växlaren, 7, där värme uppläs och vidare [ill generatorn, 1. Den varma och på köldmedium svaga lösningen efter generatorn, 8, värmeväxlas mot den kallare på kölmeditim nkare lösningen och passerar sedan en strypventii där trycket sänks till absorptionstryckel Vid ammoniak som köldmedium finns även en rektiflkator, mellan generatorn och kondensom, som separerar det vatten som förångats tillsammans med ammoniaken och återför der till generatorn. Används arbetsmedieparet vatten-imumbromid behövs ingen rektifikator beroende pa att de har tillräckligt hög skillnad i kokpunkt Fördelar med absorptionskjla Absorptionsprocessen är tyst och vibrationsfri. Den har hög tillgänglighet och titel servicebehov. Ingen rapportering och hantering av köldmedier om vaneu och litiumbromid används eftersom de äi ofarliga såväl globalt som lokalt. Ingen dyr dragning av fjänkylarör eftersom absorptionskylarna kan placeras nära kunden/kunderna. Drivs av fjärrvärme istället för elenergi, en eventuell framtida höjning av elpriset kommer alltså att gynna absorptionskyla. På sommaren när kylbehovei är som störst är ijäyrvärmenätets lediga kapacitet ofta som Vid ett värmeöverskott på sommaren från spill värmekällor slipper man dumpa värme. Nackdelar med absorptiooskyla Absorptionskylare är stora och de kan därför i vissa fall vara svårplacerade. " Fjärrvärmens framledningstemperatur kan behövas ökas för att man ska få en tillräcklig köldfaktor för en inte alltför stor och därmed dyr värmeväxlaryta. Absorptionskylarna ger en dålig avkylning av fjärrvärme vattnet vilket leder till att stora mängder fjärrvärme vatten måste pumpas runt i fj ärr värmenätet för au kyleffektcn ska bli tillräcklig. Detta ger ett ston pumparbete i fjärrvärmenätet och dessutom måste distributionsrören till absorptionskylama klara av dessa flöden. " Absorptionskylare är komplexa och dyra varför de ofta endast är konkurrenskraftiga nar det finns tillgång till billig värme. 8

19 Ökning av fjärrvärmens framledningstemperatur [32] En nackdel med att använda absorptionskyla som drivs med fjärrvärme vatten är au framledningstemperaturen i många fjärrvärmenäi skulle behöva höjas under sommaren. I Göteborg har framledningstemperaturen ökats från 75 Till C C under sommaren vid införandet av absorptionskyla. En höjning av framledningstemperaluren höjer den högsta kyäeffekten med 2-3 % per a C temperaturhöjning vid givna vattenflöden för Qärrvärmevattaet och kylvattnet och givna köldbarartemperaturer och k>'lvatteninloppstemperatur [32]. Höga temperaturer ger dock ökade värmeförluster, b&de i distributionsnätet och vid värmeverket. Vid kombinerad kraft- och värmeproduktion i ett kraftvärmeverk minskar dessutom dulbyiet när framledni ngstemperaturen höjs. Absorplionskylans nisch Absorptionskyla är lämpligt i områden där det under sommaren finns en värmeöverskotu exempelvis från industrier och atfallsförbränning. Eftersom köldfaktom ar si låg som 0/7 måste det finnas tillgång till mycket bilhg värme för att del ska vara aktuellt att använda absorptionskyla. I Göteborg är del just ett överskott av spillvärme sommartid som gjort alt användning av absorption skyl are valts. Även i Linköping planeras för en användning av absorptionskyjare dar första kylleverans kommer att ske i jub 1997 till Linköpings Universitet. Det som talar för absorptionskyla är att det inte krävs något fjärrkylanät för af distribuera kylan utan del kan placeras en absorpttonskylare hos var och en som har tillgång till fjärrvärme och som vill ha kyla. Något annat som talar för absorptionskyla ar att det ofta finns eti vänneöverskott sommartid. Det som för närvarande talar mot absorptionskyla i Sverige är det låga elpriset som ofta gör andra alternativ mer ekonomiska samt act fjärrvärmens framledningstemperatur i vissa fall sommartid måste höjas för att inte absorption sky larn a ska bli allt för stora och därmed dyra. Dessutom måste fjärrvännenätet klara av de stora flödena av fjärrvärmevatten som absorptionskylama behöver eftersom de har så dålig avkylning, cirka 10 C. 9

20 3. Distribution av fjärrkyla 3.1. Rör för fjärrkyk [9,10] De vanligaste disträbutionsrören vid fjärrkyla i Sverige är konventionella fjärrvärme rör, stålrör isolerade med pol yuretan skum som i sin tur är omslutet av en mantel av polyeten. De preisolerade rören tillverkas på så sätt alt hålrummet mellan medieröret av stål och mantelröret skummas upp. Distribution av det kylda vattnet kan även ske med oisolerade rör eftersom energi förlusterna blir relativt små på grund av att temperaturskillnaden mellan vattnet i rören och omkringliggande mark är liten. I Lund sker distributionen av fjärrkyla med denna typ av oisolerade stålrör. Rören är i detta fall av samma typ som de som används för naturgas och är belagda med ett hölje som ska hindra fuktvandnng till röret. Eftersom temperaturer och tryck i fjärrkylarör är av samma storleksordning som för vatten och avloppsrör skulle de rörtyper som används för vatten och avlopp också kunna användas för fjärrkyla. Rör av stål. plast, glasfiber och segjäm är alla tänkbara. De större huvudledningarna behöver inte förläggas på frostfritt djup utan det räcker normalt med cirka 0,6-0,8 meters täckning. Anledningen till detta är att frysrisken elimineras genom att en viss cirkulation av vattnet alltid sker Rörledningssystem Fjärrvärme och fjärrkyla som två separata system Distribution av fjärrkyla kan ske på flera olika sätt. Det i Sverige vanligaste systemet är att ha ett 4-ledarsystem med en framledning och en returledning för fjärrvärmen och en framledning och en returledning för fjärrkylan. Gemensam retur/ledning för Qärrvärme och fjärrkyla En idé som finns är att använda samma returledning för fjärrvärme som för fjärrkyla, ett så kallat 3-Iedarsystem. och pä så sätt minska rörkostnaden. ABB har ansökt om att få patent på denna idé. Det finns dock flera nackdelar med denna systemlösning. Det blir en exergiförlust när fjärrvärmens och fj ärrkylans returvatten blandas och det kommer därför at! krävas mer energi att värma returvattnet till fjärrvärmens frarnledningstemperatur och det kommer att krävas mer energi till m kyla returvatmei till fj ärrkylans framledningstemperatur. Ett annat problem är att det krävs stora vattenflöden för fj ärrkylan varför man vid utbyggnad av fjärrkyla i ett fjärrvärmeområde inte endast kan lägga en framledning för fjärrkyia och sedan använda sig av fjärrvärmens returledning. Fjärrvärme och absorptionskyla Ett sätt att klara sig ifrån art bygga ett kostsamt prrkylanät ar att använda sig av fjärrvärmenätet tul att transportera värme som används som drivkälla till att producera kyla i absorptionskylare som placeras hos kunden. Den 1 absorptionskylarna lilla temperaturdifferensen på fjärrvärme vattnet tillsammans med absorptionsprocessens låga verkningsgrad gör att det krävs stora flöden av fjärrvärme vatten för att absorptionskylama ska ge tillräcklig kyleffekl Det är därför viktigt att kontrollera att distribution sledningama till absorptionskylama är dimensionerade för dessa flöden. #