Elektrisk energi. Förklaringar. Elektrisk effekt = Energi (E) Tid. Effekt (P) Grundläggande begrepp. Eva Karlsson

Transkript

1 Förklaringar Grundläggande begrepp Eva Karlsson Elektrisk effekt Spänning (U) * Ström (I) = Effekt(P) Volt Ampere Watt Elektrisk energi Effekt (P) * Tid = Energi (E) Watt (W) (s eller h) Ws, Wh 1

2 Prefix kw (kilowatt) watt. MW (megawatt) watt. producerar hushållsel för ca 500 villor. GW (gigawatt) watt. Forsmark 3 ca 1,2 GW TW (terawatt) watt. Värmeenergi Energiinnehåll Mängd Energi 4,8 MWh/ton 1 ton 4,8 MWh Varvtalsstyrning Varvtalsstyrning innebär att varvtalet hos en roterande motor av någon form styrs. Idag används vanligen frekvensomriktare för att styra varvtalet. Normalt går en pumpmotorn på 50 Hz (50 varv/minut). Motorn ger en viss effekt Detta ger ett flöde. Om vi vill ha ett mindre flöde kan vi strypa flödet med en ventil. Motorn ger ungefär samma effekt. Ett annat sätt att minska flödet är att sänka varvtalet på motorn. Motorns effektuttag sjunker markant 2

3 Reglering av flöde Källa Energimyndigheten Energianalys Klimatskal och dess energiflöden Eva Karlsson Industriell laststyrning Energianalys/plan Varför? Genom att kartlägga energianvändningen får man kunskap om hur energisystemet ser ut på företaget. En ökad kompetens leder till bättre kontroll på de energiflöden som finns i verksamheten och därmed ökade möjligheter att se energieffektiviserande åtgärder. Energieffektivisering minskar energianvändningen och därmed minskas miljöbelastningen. 3

4 Vad bör ingå i en energiplan Energikartläggning Energianvändning per energislag Fördelning på förbrukande enheter Åtgärdsförslag med besparingspotential Möjliga åtgärder för energieffektivisering Minskad energianvändning (eventuellt investering) Nyckeltal Ex. MWh/m2, MWh/ton, MWh/omsatt kkr Hinder för energieffektivisering Ogynnsamma avtal mellan fastighetsägare och hyresgäst. Den som driver företaget äger inte fastigheten. Beteende och inställningar. Personalen vinner inget på att energieffektivisera. Okunskap hos personalen. Gör personalen medveten om vad de olika processerna kostar vad gäller energianvändning. Viljan finns men ekonomin hindrar. Man tittar på Pay Off tider och gör inte en LCC (livscykel) analys. Drivkrafter för energieffektivisering Minskade kostnader. Eldsjäl/eldsjälar på företaget. För att lyckas med energieffektivisering krävs starka drivkrafter. Myndighetskrav. Krav från kommunen / länsstyrelsen att inkomma med en energiplan. Ekonomiska stöd Skatteavdrag (pfe). Energikartläggningscheckar. 4

5 Drivkrafter för energieffektivisering Hyresgästerna bör ha egna el -abonnemang eller åtminstone betala för sina respektive energianvändningar. Erfarenheter från flera håll visar att hyresgästernas elanvändning i snitt minskar med ca 30 % vid övergång från kollektiv till individuell debitering. PRAKTISK ENERGIANALYS HUR GÅR DET TILL En energianalys består av flera faser Insamling av statistik Energikartläggning på företaget under produktionstid. Kartläggning på företaget under icke produktionstid Analys Rapportskrivning med åtgärdsförslag Energiplan Uppföljning. Definierade begrepp Enhetsprocesser Minsta gemensam nämnare för funktioner inom industrin. Gör att analyserna kan jämföras mellan företag i samma bransch. Stödprocesser Utgör ett stöd till produktionen Produktions processer Används för att framställa produkter 5

6 Kartläggning på företaget under produktionstid. Samtal med berörd drift- och underhållspersonal angående drifttider, rutiner för service och underhåll m.m. Inspektion av anläggningens klimatskal. Inspektion av anläggningens värmesystem och ventilation. Mätning eller avläsning av effekter Kontrollera om det finns styr och reglerutrustning. Om det finns ta reda på hur och om den används. Kartläggning på företaget under icke produktionstid för att hitta tomgångsdrifter Titta på timvärdena över elanvändningen för att se efter hur mycket som används då ingen arbetar. Gör en rundvandring under ickeproduktionstid och notera vad som är aktivt. Gör en värdering av vad som kan förändras och inte behöver vara i drift. På tillverkande industrier kan man generellt acceptera tomgångsdrifter upp till ca % av det aktiva uttaget under dagtid. Gör en grafisk presentation av elenergianvändningen på företaget. Energi [MWh] Fördelning av el- energianvändningen 6

7 Start Insamling av statistik Layoutritningar på byggnader. Fastighet på 800 m 2 Takhöjd 8m Volym m 3 Fönsteryta: 130 m 2 Portar, dörrar: 25 m 2 Byggnadsmaterial Väggar: Lättbetongblock 25 cm U värde = 0,51W/m 2 K Tak: Lättbetongblock 25 cm U värde = 0,51 W/m 2 K Platta på mark U värde = 0,15 W/m 2 K Fönster: 2-glas U värde = 3,0 Port och dörrar: Isolerad vikport U värd e= 1,0 (λ värde = 0,25 W/m 2 K tjocklek=0,2m) El-statistik Timvärden Enhet Benämning Med Min Max 'Energi kwh' kwh/h Effekt 93,81 17,00 267, ,50 7

8 Insamling av statistik Oljeanvändningen 2011 var 26,5 m3 vilket motsvarar Kostnad: 11000kr*26,5m3=291500kr Verkningsgraden på oljepanna från 1960-talet antas vara 75 % Byggnadens egentliga energibehov är 0,75*261000kWh= Insamling av statistik Har man tur så finns det läsbara ventilationsritningar Vår byggnad har ett FTX aggregat med plattvärmeväxlare Verkningsgraden är 60 % Luftflödet är m 3 /h 1,8 m 3 /s Oms= 6400 m 3 /h/6400 m 3 =1/h Besök på företaget Genom samtal med berörd driftoch underhållspersonal tar jag reda på: Driftstider för olika utrustningar. Arbetstider: 2400h/år Inomhustemperatur: 24 Medelårstemperaturen: +8,2 Deras krav och förväntningar 8

9 Värmesystem Oljepanna Byggnadens energianvändning med olja: Byggnadens energibehov: Åtgärdsförslag: Byte från olja till fjärrvärme Verkningsgraden på oljepannan från 1960-talet antas vara 75 % Besparingspotential: Ny uppvärmningskostnad: Ca kr/år 40 öre/kwh fast kostnad Att tänka på när man tar bort en värmepanna från källare Det finns risk att självdrags ventilation i huset minskar eftersom murstocken blir kallare. Kontrollera vindsutrymmet regelbundet efter tecken på fukt. Man kan behöva installera ett element i utrymmet för att ersätta värmen som pannan tidigare bidrog med. Det är bra att montera regnskydd på skorstenen samt eventuellt någon fläkt om man ser att ventilationen inte fungerar. Värmesystem Oljepanna Byggnadens energianvändning med olja: Byggnadens energibehov: Anta cop 3 för värmepumpen Köpt energi: En tredjedel av det nya energibehovet Åtgärdsförslag: Byte från olja till värmepump Besparingspotential: Ny uppvärmningskostnad: Ca kr/år (om inte elpatronenutnyttjas). Ökat effektabonnemang kr plus 60 öre/kwh 9

10 Att tänka på när man byter från en värmepanna till värmepump: Utgångsläge: Oljepanna som ger 80 gradigt vatten till systemet Är radiatorerna anpassade till den lägre framledningstemperaturen? Effekt: Värmepumpen ger gradigt vatten om radiatorerna är för små och man får inte upp tillräcklig värme. Spetsvärme måste tillföras, ofta i form av direktverkande el. Att tänka på när man byter olja till värmepump Radiatorsystemet i äldre hus är ofta dimensionerade för höga framledningstemperaturer från pannan, kanske 80 ºC på vintern när det är kallt ute. Om husets radiatorsystem kräver högre framledningstemperatur startar tillskottsvärmen (elpatronen, elkassetten eller oljepannan) tidigare än vad som är projekterat. I vissa hus kan det vara nödvändigt att installera fler radiatorer eller att byta till en större storlek, detta bör man kontrollera innan man installerar värmepumpen. Frågor man bör ställa Är värmesystemet väl injusterat? Bör göras om vid byte av värmekälla Är radiatorerna anpassade till värmesystemet? Ja Finns termostatventiler, i så fall är de rätt in- justerade? Nej Är cirkulationspumparna varvtalsstyrda? Nej Stänger man av värmecirkulationen när ingen uppvärmning behövs? Nej Sätts värmen ner på nätter och helger om ingen vistas i lokalen? Nej Är radiatorerna avluftade? Ja 10

11 Åtgärdsförslag: Nya termostater En byggnad på 800 m 2 Belysning 8W/m 2 ger 6,4 kw 20 pers ger 2 kw 20 Datorer ger 2 kw Gratisenergi: 10,4 kw Personerna arbetar 1080 timmar under uppvärmningsperioden. Gratisenergin är ca 11232kWh/år. Avsaknad av eller dåligt injusterade termostater gör att gratisenergin ej utnyttjas på rätt sätt. Gäller för högre framledningstemperaturer då man riskerar för höga temperaturer på radiatorerna vid lägre framledningstemperaturer bör man ha rumsgivare Åtgärdsförslag: Stäng av pumpen till värmecirkulation när ingen uppvärmning behövs Utgångsläge: Vid ett besök i juli var cirkulationspumpen (1,73 kw) för värmesystemet på och ventilen stängd. Åtgärdsförslag: Stäng av cirkulationspumpen för värmesystemet under tider då ingen uppvärmning sker. Motionskör den 15 minuter var fjortonde dag. Besparingspotential: Om den kan stängas av under fyra månader per år minskar elenergianvändningen för pumpen med ca 3900 kwh/år. Klimatskal Om energianvändningen för uppvärmning överstiger referensvärdet för en byggnad med liknande verksamhet bör klimatskalet studeras. 11

12 Hög energianvändningen för uppvärmning kan bero på dålig reglering, höga ventilationsflöden, ingen värmeåtervinning eller på klimatskalet. Referensvärden: Energi för uppvärmning och tappvarmvatten för lokaler Frågor man bör ställa Är byggnaden tillräckligt isolerad? Nej Är fönster, dörrar och genomföringar m.m. effektivt tätade? Ja Fönstertyp? Kopplade tvåglasfönster Är portar för truckar etc. utrustade med automatisk stängning och sluss? Ja Åtgärdsförslag: Tilläggsisolera taket Utgångsläge: Tak 800 m2 lättbetongblock 25 cm U-värdet talar om hur mycket värme(w) som försvinner ut genom 1 m 2 av byggnadsdelen vid en temperaturskillnad på 1 C. Åtgärdsförslag: Tilläggsisolera taket men 8 cm (30 cm) styrolit. U-värdet sjunker från 0,51 W/m2 C till 0,23 W/m2 C (0,09 W/m 2 C) Besparingspotential: Transmissionsförlusterna sjunker med kwh/år (26544 kwh/år) 12

13 Åtgärdsförslag: Åtgärda fönstren Utgångsläge: 130 m2 kopplade tvåglasfönster med u-värde 3 W/m 2 K Åtgärdsförslag: Byte till energieffektiva fönster. Ett billigare alternativ till nya fönster är att ersätta innerglaset i befintliga bågar. Genom att byta till ett energiglas kan u-värdet sänkas till 1,8 W/m 2 K, med isolerglas kombinerat med energiglas kan man få ett u-värde på ca 1,3 1,5 W/m 2 K. Åtgärden kräver att bågarna är stabila och friska. Besparingspotential: Byte till nya fönster med u-värde 1 minskar transmissionsförlusterna med kwh/år. ersätta innerglaset minskar transmissionsförlusterna med 17459kWh/år. Fler fördelar med fönsteråtgärder Vid beräkning av minskad energianvändning har hänsyn tagits endast till transmissionsförlusterna. Vid byte till energieffektiva fönster minskar kalldraget vid fönstren då ytan på fönster med lägre u-värde är varmare framförallt på vintern vilket leder till att man även kan sänka inomhustemperaturen pga högre operativ temperatur. En sänkning av inomhustemperaturen med 1 grad minskar energianvändningen ca 5 %. Ojämn temperatur ger luftrörelser Ekvivalent temperatur inkluderar inverkan från luftrörelsen i operativ temperatur Lufttemperaturen är 24 C Temperaturen på fönstren är16 C Luftrörelser 0.3 m/s Upplevd temperatur blir 19 C 13

14 Fönstertemperaturer Ungefärlig yttemperatur mitt på fönstrets inre glasruta då inomhustemperaturen är 20 C Kolumn1 Kolumn2 U-värde på glas Lufttemperat ur ute W/(m²K) -10 C -20 C 3,0 8,5 4, ,5 1, Portar exempel Enligt Socialstyrelsens krav på ventilation behövs det minst en halv omsättning luft per timme för att människor ska må bra. Ventilation stödprocess BBR:s generella luftflödessiffror: 7 l/s per person. 0,35 l/s per m2 (ca 0,5 oms/h). Hos en industri är det oftast luftföroreningarna och processens termiska last som bestämmer tilluftflöde. 14

15 Ventilation Processventilation Tar hand om föroreningar och överkottsvärme så nära källan som möjligt Allmänventilation Skapa ett bra klimat med lagom temperatur och låga halter av föroreningar Process och allmänventilation bör samarbeta för att hålla ett bra klimat med låga föroreningshalter Frånluftsventilation genom självdrag Uppvärmd luft stiger uppåt, för att slutligen försvinna ut ur huset. Ett undertryck skapas i byggnaden. För att kompensera detta undertryck sugs kallare uteluft in i huset genom otätheter. Mekanisk frånluftsventilation Frisk uteluft kommer in via ventiler in i byggnaden. Luften sugs ut via frånluftsfläktar. Åtgärdsförslag: Installera frånluftsvärmepump för varmvattenproduktion 15

16 Från- och tilluftssystem (FT-system) Ett från- och tilluftssystem har både en frånluftsfläkt och en tilluftsfläkt för att möjliggöra en balanserad ventilation i byggnaden. Finns värmeåtervinning har vi ett FTX-aggregat Värmeåtervinning av frånluften Frågor man bör ställa Är ventilationen rätt dimensionerad? Är luftflöden rätt inställda? Finns möjligheten att köra återluft. Hur styrs ventilationen. Återvinns värmen i utgående ventilationsluft med en värmeväxlare eller värmepump? Fläktarnas SFP-värden? Finns rutiner för rengöring av filter och kanaler? 16

17 Energikostnader för ventilation Ventilationsförluster i form av värme. Fläkteffekter Mätning av fläkteffekter för att ta reda på energianvändningen Energianvändning i form av el Drift: 5300h El till aggregatet 24380kWh/år Arbetstid: 2400h Åtgärdsförslag: Anpassa drifttiden till arbetstiden Drift: 2400 h Fläktarnas effektuttag under en vecka El till aggregatet 11040kWh/år Besparingspotential kwh/år (el) 17

18 Ventilationsförluster i form av värme Drift: 5300h Ventilationsförluster kwh/år Arbetstid: 2400h Åtgärdsförslag: Anpassa drifttiden till arbetstiden Fläktarnas effektuttag under en vecka Drift: 2400 h Ventilationsförluster kwh/år * Besparingspotential kwh/år (fjv) *Förutsatt att inget självdrag sker Drifttid 5300 h Flöde 1,8 m 3 /s Värmeförluster med olika vvx Är fläktarna energieffektiva? SFP = Specifik fläkteffekt (kw/m³/s) q = luftflöde (m³/s) P = Fläkteffekt (kw) Våra fläktar: SFP = 1,5 SFP = 2,0 SFP = 2,5 SFP = 4,0 Mycket eleffektivt Eleffektivt Mindre eleffektivt Dåligt =2,5kW/m 3 s Åtgärdsförslag: Inget 18

19 Lågt SFP kan nås genom -byte av fläkt -byte av fläktmotor - låga tryckfall i intag, kanaler och don Tidstyrd ventilation Enkel, billig och effektiv metod, som har brister. Styrning sker efter förmodat behov ej verkligt. Tidur eller timer. Kan kopplas till belysningen. När man tänder belysningen så startar också ventilationen. Av/på eller tvåhastighetsdrift på fläktmotorn.. Passar bra i lokaler med en jämn belastning såsom ett kontor där det jobbar 10 personer mellan och Behovsstyrd ventilation Rätt mängd luft vid rätt tillfälle Fläkten styrs av trycket med hjälp av spjäll Kräver frekvensomriktare och sensorer. Passar bra i lokaler med ojämn belastning i lokalerna såsom skolor idrottshallar och konferenslokaler 19

20 Årstidsanpassad ventilation Genom en kraftig reduceringen av luftomsättningarna vintertid erhålles stora energibesparingar. Besparingar på uppvärmningssidan blir stora framförallt om man inte har värmeåtervinning. Besparingar på elsidan då fläktarna varvas ner stora delar av året. Komfortkyla Stödprocess Kyla Produktionskyla Produktionsprocess Frågor man bör ställa Är värmealstringen minimerad (tex effektiv belysning/utrustning, solavskärmning m.m.)? Är kylmaskinen rätt dimensionerad? Vilket börvärde är inställt? (För varje grad temperaturen kan höjas minskar energianvändningen mellan 2 och 5 procent). Utnyttjas frikyla? Finns möjligheten att köpa fjärrkyla? Finns tillgång till billig (gratis värme)? Finns det risk för samtidig värmning och kylning? Återvinns värmen på kondensorsidan? Är kyl/frysdiskar täckta hela tiden eller enbart natt? Är kyl/frysdiskar placerade så inte luftströmningen störs (gäller främst icke täckta diskar)? Är dörrar/portar mellan varma och kalla utrymmen ordenligt täta? Är alla ledningar som transporterar kyla ordentlig isolerade? (begränsar värmeflödet från omgivningen) 20

21 Kyla Produktion av kyla Eldriven kompressorkyla Fjärrkyla Frikyla Kyla från befintliga värmepumpar Absorptionskylmaskiner Distribution av kyla: Luftburen kyla (kräver höga flöden) Vätskeburen kyla Eldriven kompressorkyla Fastigheten har en eldriven kylmaskin. Det vanligaste sättet att producera kyla idag. Kylan distribueras ut via kylbafflar i taket. Börvärdet är satt till 20 grader Vi mäter effektuttaget från kompressorn En hög effekt på t ex belysningen gör att kylmaskinens elbehov ökar eftersom mer värmeenergi då måste transporteras bort. Energianvändning i form av el Drift: 2880h, medeleffekten under mätningen är 2 kw och börvärdet är ställt på 20 grader El till aggregatet 5760 kwh/år Åtgärdsförslag: Höj börvärdet till 22 grader Besparingspotential Ca 500 kwh/år (el) Minimera all onödig värmealstring Då kylbehovet varierar är det lämpligt att byta till varvtalsstyrning när kylmaskinen ska bytas. 21

22 Fjärrkyla Begränsning vid låga temperaturkrav "kallt vatten" levereras i en undercentral, i princip på samma sätt som i en central för fjärrvärme. Därifrån distribueras sedan sekundärvatten till den eller de byggnader som skall kylas. Frikyla sjövatten/borrhål Begränsning vid låga temperaturkrav Bild: Bo Reinerdahl Kallt vatten pumpas upp och kyler via en värmeväxlare vätska som i sin tur kyler ventilationsluften till kontorslokalen. Absorptionskyla Absorptionskylmaskiner är dyra och inte speciellt effektiva. COP 0,5-0,7 (avgiven kyla /tillförd värme). De kräver tillgång till billig värme, till exempel spillvärme från industrier eller avfallsförbränning, för att det ska vara lönsamt Många kraftvärmeverk söker efter nya avsättningsområden för fjärrvärme pga. det överskott på värme som finns sommartid. Stora och avancerade värmeväxlare skulle förbättra COP avsevärt men de är kostsamma. 22

23 Exempel: Samtidig värmning och kylning Undertempererad luft träffar termostaten på radiatorn så den slår på. Är dörrar mellan varma och kalla utrymmen ordenligt täta Den varma fuktiga luften som tränger in kräver mycket energi för att kylas Belysning Belysningsstyrkan visar om belysningen är bra Fördelen att räkna belysningen för hand är att man upptäcker felaktigheter 1. Räkna ljuskällor 2. Läs av effekten 3. Räkna ut total installerad effekt i lokalen 4. Mät upp arean på lokalen 5. Räkna ut W/m 2 6. Jämför Riktvärden för önskad installerad effekt (W/m2) med energieffektiv belysning Har man hög installerad effekt och dålig belysningsstyrka bör man fundera på att byta till en effektivare belysning. 23

24 Energianvändning i form av el Belysningen består av 138 lysrör av typen T8 med drosselteknik Varje lysrör är på 70 W inklusive drivdon. Ytan på lokalen är uppmätt till 800 m2 El till belysning kwh/år 12 W/m 2 Åtgärdsförslag: Byt till ny energieffektiv belysning. Med lokalens ljusa färger bör man kunna komma ner till 7W/m 2 Besparingspotential kwh/år (el) Elenergibalans Energianvändning för uppvärmning efter respektive åtgärdsförslag Energianvändning före 245 kwh/m2 år Energianvändning efter 140 kwh/m2 år 24