UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Mohsen Soleimani-Mohseni Thomas Olofsson Ronny Östin Mark Murphy Umeå 23/2 2015 ENERGIEFFEKTIVISERING, 8 HP Tid: 09.00-15.00 den 23/2-2015 Hjälpmedel: EnBe Energiberäkningar, Pinch-häfte samt miniräknare Definiera använda beteckningar, sätt ut enheter, ange och motivera antaganden. Du får göra nödvändiga (ingenjörsmässiga) antaganden och approximationer, men du måste motivera dem! Lösningarna skall redovisas så strukturerat att en bedömning kan tillåtas. Dåligt strukturerade lösningar medför poängavdrag. Skriv tydligt och läsbart! Oläsbara eller svårlästa handstilar bedöms inte
Uppgift 1) MSM 6 p En vägg i ett hus är 6 m lång och 2,8 m hög. Den består av 20 cm tjockt tegel (λ = 0,72 W/m/ C) upp till höjden 2 m. Resterande delen (övre 0,8 m) består av trä (λ = 0,11 W/m/ C). Väggen har dessutom ett inre lager av 1 cm tjocka gipsskivor (λ = 0,36 W/m/ C) samt ett 2 cm yttre lager av cementputs (λ = 1,40 W/m/ C). Den inre yttemperaturen hålls på 23 C, medan den omgivande utetemperaturen är 8 C. Värmeöverföringskoefficienten på utsidan är α = 17 W/m 2 /K. a) Bestäm värmeöverföringen genom väggen. b) Man vill nu minska värmeförlusten genom väggen med 85 % vid samma inre yttemperatur och utetemperatur som ovan, genom att tillföra ett lager med frigolit (λ = 0,025 W/m/ C). Hur tjockt ska lagret frigolit vara? c) Beräkna yttemperaturen på utsidan väggen, när den är isolerad med frigoliten.
Uppgift 2) MSM 4 p Beräkna medel U-värdet för en platta på mark bestående av: - 100 mm betong, λ = 1,7 W/m/K - 100 mm cellplast, λ = 0,033 W/m/K - 200 mm makadam, värmemotstånd, R makadam lika med 0,2 (m 2 K)/W Morän (jordart) Plattan är 15 15 m. Antag rimliga värden för värmeövergångskoefficienter för insidan respektive utsidan! Uppgift 3) MSM 6 p En yttervägg består inifrån räknat av - Akryllatexfärg, inget värmemotstånd och ångmotstånd Z = 25 000 (s/m) - 13 mm gipsskiva, λ = 0,22 (W/m/K), Z = 3000 (s/m) - 0,2 mm polyetenfolie, inget värmemotstånd och ångmotstånd Z = 3 000 10 3 (s/m) - 170 mm mineralull, λ = 0,039 (W/m/K) och ånggenomsläpplighet δ = 21 10-6 (m 2 /s) - 120 mm tegelmurverk, λ = 0,6 (W/m/K) och ånggenomsläpplighet δ = 4,8 10-6 (m 2 /s) Beräkna den relativa fuktigheten i samtliga skiktgränser och på ytorna. Beräkningen görs för en uteånghalt på 2,1 (gr/m 3 ) och en utetemperatur på -8,5 C. Fukttillskottet inomhus väljs till 4 g/m 3. Temperaturen inomhus är 20 C. Uppgift 4) MSM 2 p Du står inför valet mellan att investera på bergvärmepump eller på fjärrvärme. Årliga energianvändningen (uppvärmning samt varmvatten) är ca 26 000 kwh. Gör en LCC analys baserad på följande: Värmepump: Investeringskostnad: 180 000 kronor Årlig medelvärmefaktor (COP): 3,5 Elpris: 1 krona per kwh Fjärrvärme: Investeringskostnad: 90 000 Fjärrvärmepris: 0,5 kr/kwh Utgå från en livslängd på 20 år och en ränta på 4 %.
Uppgift 5) TO 6 p Du är nu energikonsult och har fått uppdraget att föreslå energieffektiviseringar för ett hus från år 1900. Det är ett landshövdingehus, d.v.s. ett trevåningshus där bottenvåningen är ett tegelhus och de två över våningarna är stolpverkshus. Huset är beläget i centrala Umeå. Huset är i princip i originalskick förutom att kalkelugnar och ursprungliga spisar ej längre är kvar. Huset värms med direktverkande el. Dessutom har huset kompletterats på 1960-talet med ett litet badrum i varje lägenhet och köken är renoverade på 1980-talet. a) Föreslå ett program för att renovera byggnadens konstruktion för att minska energianvändningen betydligt. 2 p b) Vilka möjligheter ser du att förbättra funktionen för ventilationen? Utveckla också hur du anser att den åtgärd du föreslår förbättrar energianvändningen. 2 p c) Vad ser du för möjligheter att förändra energidistributionen till bygganden? Jämför befintligt förslag med två alternativ, ange för och nackdelar med de olika möjligheterna. 2 p Uppgift 6) RÖ 6 p Energieffektivisering med hjälp av pinchteknik skall göras av en mindre industriprocess med delströmmar enligt tabell 1. Den lägsta temperaturdifferensen i pinchpunkten är 12 C. Redovisa schemat (Pinch Design Chart), som visar var värmeväxlare skall anslutas mellan delströmmar och var värmeväxlare skall placeras för att hantera behov av extern värme och kyla till processen. Tabell 1 - Processparametrar Delström Specifikt värmeflöde m C P [kw/ C] Initial temperatur [ C] Slutlig temperatur [ C] 1 0,5 90 6 2 0,3 70 40 3 0,6 15 90 4 0,1 15 65 6p Lycka till