Bild 1 Energieffektiva kylanläggningar. Lennart Asteberg Svenska Kyltekniska Föreningen Göteborg 091109 Här kommer några tips om hur vi skall göra våra kylanläggningar mera energieffektiva. Det är ju roligt att det kommit så många för att lyssna men man kan ju också dra slutsatsen att lagar är roligare än energieffektivitet. Vi var ju 120 st när det pratades om lagar och bestämmelser här för en dryg månad sedan. Jag tror också att det är typiskt att skall vi få någon fart på energieffektiviseringen så måste det till bindande bestämmelser. EU jobbar också med detta. T.ex. kommer det krav på att nya hus byggda efter 2018 måste vara sk. Nollenergihus. Det kommer förmodligen krav på att befintliga hus inte får använda mer än 50 kwh/m2 och år. Det betyder ca 30% av vad normala hus drar i dag och högre än kraven på nybyggda hus i dag. Det kommer också bestämmelser på energiförbrukande produkter t.ex. pumpar sk ECOdesign krav. För cirkulationspumpar t.ex. gäller att pumpar med sämre energieffektivitetsindex än 0,27 inte får säljas efter 2012. Det betyder i princip endast A- klassade pumpar. Vanliga villacirkulationspumpar kommer inte att få säljas.
Bild 2 Varför spara? Pengarna behövs här! Sverige är inte bäst. totalt el CO2 Sverige 5,65 15230 5,32 Danmark 3,85 6864 10,15 Tyskland 4,23 7175 10,00 Järn, stål och massa står för ca 20% av landets elförbrukning. Elvärme för ca 16 TWh eller drygt 10% Jag antar att alla känner till klimatfrågan mm så något mer behöver egentligen inte sägas men ett bra argument för att vi skall spara energi är att ju mer vi sparar desto mer arbetstillfällen skapar vi i landet. Energiproduktion är inte särskilt arbetsintensivt och dessutom importerar vi mycket av insatsvarorna. Hälften av elenergi kommer från kärnkraft och det uranet bryter vi inte här. Vi behöver sänka våra co2 utsläpp med 80% inte bara i Sverige utan i hela världen. Det bästa sättet för klimatet är att spara. En sparad kwh är renare än någon aldrig så förnyelsebar. Vi tror fortfarande att Sverige är det energisnålaste landet på jorden men vi tillhör de stora busarna. Toe kwh/capita Ton CO2/capita. När det gäller elförbrukning är Norge värst med 26 000 kwh / person och år. Inte ens om vi stängde hela industridelen papper massa och järn stål, som svarar för hälften av industrins elförbrukning, skulle vi vara i närheten av Danmark. Elvärmen förbrukar ca 16 TWh eller 10% av den totala förbrukningen. För att komma till Tysklands elförbrukning så bör vi sänka vår elförbrukning med 53% vilket motsvarar mer än hela kärnkraftens produktion. Det finns alltså mycket kvar att göra och vi måste börja dra vårt strå till stacken. Det vi är bra på är biobränsle där ca 70% av all fjärrvärme idag kommer
från biobränsle och värmepumpar. När det gäller de övriga alternativa energislagen vind, solvärme och solceller för el så är vi långt efter många andra länder i Europa. Ni som jobbar med nybyggande och ombyggnad måste väga in framtida krav. De flesta anläggningar som byggs skall ju hålla i 10 år och då är det inte bra att behöva komma till en beställare och säga att du måste bygga om din anläggning, för den drar för mycket energi, efter 5 år. Bild 3 Systemtänkande behövs. Ex.luftkonditionering. Energieffektiv belysning med behovsstyrning. Utnyttja dagsljuset. Solavskärmningen skall vara effektiv. Värmealstrande apparater typ datorer, kopiatorer mm. skall placeras och ventileras så att inte värmen sprids. Utrustning som inte används skall stängas av. Temperaturkraven skall anpassas till ändamålet. Bara kyla i lokaler som används. VAS 1,5 för ventilationsanläggningen. Innan man börjar konstruera en kylanläggning så måste man fundera på de yttre faktorer som påverkar kylbehovet. Här har jag listat faktorerna för luftkonditionering. För en butik finns det motsvarande faktorer. I de allra flesta fall är det merekonomiskt lönsamt att vidta åtgärder för att minska kylbehovet jämfört med att köpa en större kylanläggning. I många fall handlar det bara om att ge projektörerna tillräckligt med tid för att tänka efter. Samarbete under projekteringsfasen är nyckelordet. Energieffektiv belysning betyder ca 7-8W per kvadratmeter. Jag tittade på mitt kontorsrum som är på ca 17 Kvm och där har jag normalt 109W belysning tänd dvs. ca 6,5W /kvm. Jag kan dock släcka ner till 53W utan att det blir för mörkt. Det betyder ca 3 W/kvm. Sommartid har jag ingen belysning tänd.
Bild 4 Kringutrustning Kylmedelkylare Energiförbrukning max 2% av kylmedeleffekten Köldbärarpump och kylmedelpump. Energiförbrukning max 0,5% av kyleffekten Styrventiler och andra tryckfall skall undvikas. Kringutrustningen är mycket viktig då en stor del av energiförbrukningen ligger där. Genom att ange hur många procent av kyleffekten som får förbrukas av kringutrustningen så ger man en valfrihet för konstruktören att lägga energiförbrukningen kostnadseffektivt. Ex vis vill man sänka energiförbrukningen för köldbärarpumpen så kan man välja att minska tryckfallet i förångaren, man kan också sänka flödet genom att öka temperaturdifferensen fast då kanske energiförbrukningen för kylmaskinen ökar. Man kan välja en bättre pump kanske varvtalsstyrd etc. En inregleringsventil typ STAD kostar mycket pengar i drift. 10l/s 5 kpa 1år = ca 1000:-, 10 år 10 000:-!!!!!!!!!!!
Bild 5 Exempel kylmedelsystem Kondensoreffekt 200 kw Drifttid 2 000 tim Flöde 9,6 l/s Kondensor 35 kpa Kylmedelkylare 30 kpa 3-vägsventil 30 kpa Rör mm. 10 kpa Totalt 105 kpa Standardpump 1,80 kw 3 600 kwh Högeffektiv pump 1,56KW 3 120 kwh Bild 6 Exempel 2 Kondensoreffekt 200 kw Drifttid 2 000 tim Flöde 9,6 l/s Standard Kondensor 20 kpa 35 Kylmedelkylare 20 kpa 30 3-vägsventil 0kPa 30 Rör mm. 10 kpa 10 Totalt 50kPa 105 kpa Högeffektiv pump 0,80KW 1600kWh Varvtalsstyrd på 70% 0,27 kw 548 kwh Det betyder alltså att man genom att konstruera rätt kan sänka energiförbrukningen med mer än 3000 kwh per år. Det sparar beställaren ca 3 500:- per år. Och det fina är att det egentligen inte är en större investering. Bild 7 Så här enkelt kan en anläggning med frikyla och 2 kylmaskiner konstrueras. Det är dock fortfarande absolut nödvändigt att välja rätt pumpar mm. för att anläggningen skall bli energieffektiv. Här är det en del svårigheter då det i dag egentligen inte finns effektiva pumpar konstruerade för låga tryckuppsättningar.
Bild 8 Wilo IPL 65/150-0,75/4 Etylénglykol 40% +20 C Wilo IPL 65/150 0,75/4 Etylénglykol 40% +20 C Observera att kurvan är streckad. Det beror på att glykol är ca 5% tyngre än vatten. Verkningsgraden är över 60% vilket är godkänt. NPSH. En pumps NPSH re beskriver vilket minsta inloppstryck som behövs för att pumpen inte ska börja kavitera. NPSH re står för det engelska Net Positive Suction Head-required. Detta anges ofta i meter på samma sätt som tryckhöjd anges i meter. Spara inte på trycket med glykol. Hela systemet skall dimensioneras för minst PN10. Expansionskärlet bör tåla minst 6 bar. Säkerhetsventilen bör vara på 6 bar och gärna ett systemtryck på 3 bar. Vad skall förtrycket vara med ett systemtryck på 3 bar? Rätt svar 2,5 bar Hur stort expansionskärl i % i glykolsystem. Rätt svar minst 3% effektiv volym gärna 5% eller mer. Tänk på att ett slutet expansionskärl sällan har mer än 50% verkningsgrad dvs. kärlet måste vara dubbelt så stort som expansionsvolymen. Bild 9 Kylanläggningen Hög variabel köldbärartemperatur. +9-+19 C vid 25 C, 50%RH ute. Förångningstemperatur min +4 C/+9 C Låg variabel kylmedeltemperatur. +30 - +36 C vid +25 C ute. Kondenseringstemperatur max +38 C Frikyla eller värmeåtervinning när så är ekonomiskt. Kapacitetsreglering. (Max antal starter). Köldbärartemperaturen bör för en vanlig luftkonditionering i ett kontor inte vara lägre än 9/19 vid dimensionerande utetemperatur. Köldbärartemperaturen skall följa behovet så när kylbehovet minskar så skall köldbärartemperaturen höjas och omvänt. Detsamma gäller kondenseringstemperaturen. S.k. flytande kondensering måste användas. Genom kapacitetsreglering så kan man köra väldigt låg
kondensering vid låga kylbehov utan att expansionsventilen blir för liten. När utetemperaturen medger frikyla skall det användas. Värmeåtervinning kan också användas men den skall då användas parallellt med frikylan så att bara värme som återvinns produceras med kylmaskinen. Kylmaskinen måste vara försedd med kapacitetsreglering. Det kostar mycket energi att starta och stoppa en kylmaskin även om maskinen i sig är energisnål därför måste kapacitetsregleringen klara av kapacitetsändringar utan att maskinen börjar gå till och från. Rimligt är max 2 starter per timma. I dag är det möjligt att använda varvtalsstyrda kompressorer. Det ger en steglös reglering som underlättar styrningen mycket. Tyvärr är regleringsmöjligheterna fortfarande begränsade till ca 50-100% Bild 10 Seriekopplade kylmaskiner är ett sätt att göra en effektiv kylanläggning med låg investering. Obs! det går inte att använda vilken tank som helst. Tanken måste vara konstruerad för kyla med diffusorer som förhindrar omblandning. En felkonstruerad tank är sämre än ingen tank alls.
Bild 11 Energieffektiva kylanläggningar. Förångare Kondensor Kompressor Expansionsventil Köldmedietank Underkylare Vätskeavskiljare Kapacitetsreglering. Det finns massor att diskutera om energiförbrukning men jag får väl prata om det jag har erfarenhet av själv och det är främst indirekta system i kontor industrier och butiker. Jag har tänkt diskutera teknik och är det så att ni inte förstår så fråga. Vi har mycket kompetens i salen och det är inte säkert att jag fattat allt rätt. Vi behöver alla lära oss mera. Bild 12 Förångare. Ingående medietemperatur ger förångningstemperaturen. Förångning ca 9K kallare än ingående medietemperatur Tryckfall skapar energiförbrukning. Max 20 kpa inkl anslutningar. Max 1,5 m/s i anslutningen. Glöm inte sil. Maskvidd 0,7-0,9 mm Rita! Ingående medium kommer att bestämma vilken förångningstemperatur du kommer att få. Det gäller torrförångning. Är det en flödande eller som man också säger våt förångare så gäller inte detta. Det beror på att det är det ingående mediets temperatur som skall skapa överhettningen. Normalt vill vi ha ca 7 K överhettning från förångaren. Det vi egentligen eftersträvar är en stabil förångning men det brukar betyda ca 7K. Hur stor förångare vi än köper så kan alltså inte förångningstemperaturen ligga högre än 7K från ingående mediets temperatur. Har vi ett vätskekylaggregat som skall kyla från +15 C till +10 C så kan alltså inte förångningstemperaturen bli högre än +8 C och vi måste ha någon temperaturskillnad så i verkligheten är det svårt att komma närmare än 9-10 K. Realistiskt blir alltså +6 C i förångningstemperatur med en elektronisk expansionsventil. För stor förångare ger en risk för snedfördelning på köldmediesidan. Fördimmaren måste vara rätt dimensionerad.
Tryckfallet på köldbärarsidan i en vätskekyld förångare typ plattvärmeväxlare består av dels i tryckfallet i själva växlare och dels tryckfall i övergången från ingående rör till VVX. Det har alltså inte bara betydelse hur stora plattorna är och hur många de är utan i allra högsta grad hur stort hål det är i anslutningen. Gör en kontroll på vilken hastighet flödet ger i anslutningsdimensionen. Det bör inte vara över ca 1,5 m/s om fördelningen i förångaren skall bli rätt. Att inte hastigheten är för hög är mycket viktigt för att få rätt fördelning i förångaren. Det tryckfall som fabrikanten redovisar är tryckfallet i anslutningspunkten och det tryckfallet kan vara mycket mindre om anslutnings dimensionen är liten. Tänk på att CU rör inte tål mer än ca 1-1,5 m/s. Högre hastigheter ger kopparkorrosion och förstörd axeltätning på köldbärarpumpen. En skada som syns tydligt och inte ger rätt till garanti. Glöm inte sil!! Obs! att stora silar ofta har för stor maskvidd som standard. Bild 13 Kondensor Utgående medietemperatur ger kondenseringstemperaturen. Kondenseringstemperatur ca 2K över utgående kylmedel. Tryckfall max 20 kpa Underkylning 1K Ljuddämpare Minsta volym 75% av förångarens. Samma problem som med förångare med ofta för små anslutningsdimensioner. Små anslutningsdimensioner är ett sätt att spara pengar för värmeväxlartillverkaren men det ger snedfördelning i kondensorn. Var försiktig med tryckstötar. Använd gärna en ljuddämpare före kondensorn. Kondensorns inre volym bör vara minst 75% av förångarens. För att utnyttja en kondensor rätt
behövs en köldmedietank. Bild 14 Köldmedietank Enklare injustering. Underkylning? En köldmedietank är nödvändig för att kunna fylla maskinen utan omfattande mätning. Det är omöjligt att fylla ett system på känn genom att bara titta i synglaset. Det fordras att man gör mätningar vid alla tänkbara driftfall. Alternativet är att köpa en alldeles för stor kondensor och överfylla den men det är mycket svårt att i fält avgöra hur mycket den skall överfyllas. Det räcker med en liten tank men se upp med anslutningarna så att de inte har för liten dimension. Jag har sett flera exempel där man väljer för liten rördimension mellan tank och kondensor. Flashgas i tanken skall kunna ta sig tillbaka upp till kondensorn. Röret måste alltså vara stort och får inte dras så det blir vätskelås. Tanken är att recipienten skall förbättra dräneringen från kondensorn så att hela kondensorytan används för kondensering. Tanken skall placeras under kondensorn. Det finns en utbredd myt i branschen att om man har en tank så tappar man eventuell underkylning från kondensorn. För att få underkylning i kondensorn så fodras det att det finns vätska i en ganska stor del av kondensorn och då fungerar ju inte tanken som den skall.
Normalt har man inte särskilt stor underkylning i en plattvärmeväxlare och för att underkylningen skall minska eller försvinna så krävs det att man tillför värme och den måste komma utifrån. Om det är en tank eller ett rör spelar ingen roll man måste fortfarande tillföra eller ta bort energi för att få tillstånd en temperaturändring. Dessutom är det ju så att det för det mesta är varmare i köldmediet än i omgivningen. Bild 15 Underkylare är en form av frikyla. Underkylare Underkylning sänker energiförbrukningen och ökar kyleffekten med 1% per grad underkylning. Kylmedel in/ut +30 /+36 C Vätsketemperatur in/ut +37 / +32 C Underkylning 5K = 5% lägre energiförbrukning och 5% högre kyleffekt Med underkylare och recipient kan kondensorn minskas utan att kondenseringen stiger. Det gör att det inte blir så mycket dyrare att bygga med tank och underkylare därför att kondensorn blir mindre. Begränsa kapaciteten på kompressorn vid låg vätsketemperatur. En enkel termostat blockerar kapacitetsstegen. Vid ca +32 C vätsketemperatur blockeras kapaciteten till 75% och vid ca +28 C till ca 50%. Använd en effektiv pump!
Bild 16 Bild 17 Kompressor Semihermetisk effektivare än en helhermetisk. Scroll eller kolv? Kapacitetsreglering. Varvtalsreglering Man får vad man betalar för så en dyrare semihermetisk kompressor är nästan alltid bättre än en helhermetisk. Undantaget möjligtvis värmepumpar där det är viktigt att ta tillvara motorvärmen. Då kan vissa helhermeter överisoleras. Om man skall använda scroll eller kolv beror på användningsområdet. Det måste man se på från fall till fall. Det är viktigt med kapacitetsreglering för att undvika start stopp. Ett stopp betyder alltid en energiförlust. Det bästa är en kontinuerlig drift. Det kommer att hända mycket med motorerna i våra kompressorer i framtiden. De är ganska ineffektiva idag. I framtiden kommer det säkert effektiva EC-motorer även i kompressorer. Parallellkopplade kompressorer är ett effektivt sätt att kapacitetsreglera. Varvtalsstyrning är en bra steglös kapacitetsreglering. Se dock upp med resonansfrekvenser. Fabriksmonterad varvtalsstyrnig är att föredra. Frekvensomriktare medger att köra
kompressorn på övervarv. Vissa Bitzer upp till 87Hz annars normalt upp till 70Hz vilket ger en 40% kapacitetshöjning. Bild 18 Vätskeavskiljare Vätskeavskiljare är bra för kompressorns livslängd och därmed också för den långsiktiga energieffektiviteten. Bild 19 Vätskeavskiljare Förlänger kompressorns livslängd. Dämpar snabba tryckförändringar på sugsidan. Jag skulle vilja slå ett slag för vätskeavskiljare. En sådan förhindrar vätskedroppar att nå kompressorn och förlänger livslängden hos kompressorn. Därmed behåller kompressorn sin energieffektivitet längre. Särskilt i kombination med stegreglerad kompressor och termostatisk expansionsventil
Bild 20 Expansionsventil Dimensioneras för sämsta fallet. Stabil drift. Placering av temperaturgivare. Placering av tryckgivare. Kapacitetsreglering nödvändig. En väldimensionerad expansionsventil skall dimensioneras för det sämsta fallet. Det är låg kondensering och hög kompressoreffekt. Det blir mycket räknande innan man kommer fram till var denna punkt är. Bild 21 Kompressorkapacitet och expansionsventilskapacitet Förångnings temperatur +20 +25 +30 +35 +40 +45 Kondenserings temperatur 0 122 % 115 % 108 % 100 % 93 % 86 % 2 131 % 123 % 116 % 108 % 100 % 93 % 4 140 % 132 % 124 % 117 % 108 % 100 % 6 150 % 142 % 134 % 125 % 116 % 108 % 8 ----- 152 % 143 % 134 % 125 % 116 % Förångningserings +20 +25 +30 +35 +40 +45 Konden- tryck tryck 0 C 35 % 47 % 60 % 74 % 89 % 106 % 2 33 % 44 % 57 % 71 % 86 % 103 % 4 30 % 41 % 54 % 68 % 83 % 100 % 6 26 % 38 % 51 % 65 % 80 % 97 % 8 ----- 35 % 47 % 61 % 77 % 94 % Bild 22 Injustering och uppföljning. Data skall mätas. Förångning Kondensering Överhettning i förångare Underkylning i kondensor Underkylning vid expansionsventil. Hetgastemperatur Effektförbrukning kompressor. Köldbärare in/ut Kylmedel in/ut Kyleffekten skall mätas. Innan en anläggning blir godkänd skall den visa att uppgivna data verkligen innehålls. Styrutrustningar skall kontrolleras att de verkligen styr på rätt sätt. Samordnad provning är ingen funktionskontroll. Det är bara en koll av att olika entreprenader kan jobba ihop. Slutbesiktningen är ingen funktionskontroll. Det är en leveranskontroll att du har fått de prylar du beställt. Om de fungerar är en annan sak. Kylmaskinens prestanda skall kontrolleras.
Detta kan göras med uppmätning med hjälp av kyldator. För större system bör det krävas fast monterad utrustning för fjärravläsning. Data skall mätas kontinuerligt och visas med kurvor tagna vid samma tidpunkt och under minst 15 minuter för att visa att data är stabila. Det skall också ingå en analys av mätvärdena för att visa att de överensstämmer med projekterade. Åtkomlighet från nätet för att kontrollera en anläggning är ovärderligt och i praktiken enda möjligheten att kontrollera att rätt funktion erhålls. En särskild besiktningsman skall kolla funktionen. Det skall göras under normal drift och under en längre tid så att alla årets driftfall finns med. Förr när anläggningarna var enklare och det fanns en fastighetsskötare i varje hus var det kanske inte nödvändigt men i dag är det skillnad. Bild 23 Här är de givare som behövs för att mäta upp en kylmaskin.