Umeå Universitet Snökyla Kyla är dyrt, snö är gratis Ver 1, 22/1-10 Av Robert Granström Truls Langendahl Björn Olsson
Inledning Under vintern har vi ett stort kylöverskott. Under sommaren har vi ett kylbehov. Idag använder vi stora kylmaskiner för att skapa kyla, men vad händer om vi har möjlighet att spara vinterns kylöverskott till sommarens behov. Tekniken snökyla gör just det. Snökyla kan användas överallt där klimatet tillåter tillverkning av tillräckligt mycket snö. Det optimala är dock självklart de områden som har stor tillgång på naturlig snö. För att tillverka konstgjord snö krävs det snökanoner och frysgrader. Idag är det företaget Snow Power som är drivande på den svenska marknaden. Snow power driver idag en provanläggning på Sundsvalls sjukhus, samt en planerad anläggning, Porsön i Luleå kommun. Hur funkar det Snökyla ver 1 Figur 1. Flödesschema Snö samlas i en gjuten grop under vintern, sedan täcks snön med ett isolerande material t.ex. träflis. Under sommaren smälter snön långsamt, smältvattnet pumpas genom filter o till en värmeväxlare, i värmeväxlaren tar smältvattnet upp värme från kylkretsen. En delmängd av det nu uppvärmda smältvattnet recirkuleras åter till snögropen för att packa och smälta. En kylkrets kyler huset och använder värmeväxlaren för att transportera bort värmen. Se figur 1 Om kylan skall användas som komfortkyla räcker det med att använda smältvattnet direkt, en så kallad direktkylning. Detta kan ge en minskning av elförbrukningen med upp till 90% i förhållande till en traditionell kylmaskin. Skall kylan användas i t.ex. frysrum som kräver minusgrader kan smältvattnet försörja en kylmaskin. Då får man en mindre förtjänst, 50% mindre elförbrukning i förhållande till en traditionell Frysrumskompressor. 2(6)
Fördelar Många städer har idag problem med snöröjning. Snön dumpas i älvar eller i stora högar mil utanför staden. Denna snö kan nu lagras i högen. Snö kontanimeras av bl.a. biltrafik. Om snön läggs på hög eller dumpas ner i älven kommer dessa gifter ut i miljön. Om istället snön samlas i en vattentät grop kan det kontanimerande smältvattnet samlas upp och renas Man behöver inte använda dyrbar el för att tillverka kyla Man undviker långa fjärrkyleledningar. Jämfört med kylmaskiner minskar ljudet. Nackdelar Mark och material Snökyla ver 1 Exempel Sundsvalls sjukhus Sundsvalls sjukhus har ett kylbehov på ca 1 000 MWh. Tidigare kyldes detta med en kylmaskin som dessutom använder miljöskadligt freon som kylmedium. Om vi räknar på ett COPR = 3 ger detta ett elbehov på 333MWh. Till ett elpris 0,5 kr kwh, ger en kostnad på 167 000 kr. Nu kyls sjukhuset till 90% av snökylan. Kylgropen har en yta 135x65m, i relation till att en fotbollsplan är 90x120m. Totalt används 40 000 m 3. Om denna snö är naturlig snö innebär det att 900 MWh är mer eller mindre gratis kyla. Kostnaderna kommer främst ifrån insamlingen av snö och drift el. En besparing på 900 MWh kyla ger en besparing på 300 MWh el, vilket motsvarar 150 000 kr. Men i fallet Sundsvall stämmer inte denna kalkyl alls. Sundsvall använder nämligen närmare 60% konstsnö,se bilaga 1. från snökanoner, dvs 24 000 m 3 konstsnö. 1 m 3 konstsnö förbrukar 0.2kWh. 1 Med ett elpris på 0,5 kr/kwh blir detta en kostnad på 2 400 kr, detta förutsätter gratis vatten. Enligt denna beräkning gör Sundsvalls sjukhus en besparing på ca 148 000 kr/år. Enligt termodynamiska beräkningar, se bilaga 2, skulle Sundsvalls sjukhus behöva mellan 23 000 m 3 och 30 000 m 3 beroende på hur stor andel av snökylan som är komfort respektive fryskyla. Av detta täcker 3 000 m 3 tillräckligt för att täcka transmissionsförlusterna. Transmissionsförlusterna bygger på att snön täcks av kutterspån. Se figur 2. 1 http://www.areco.com/userfiles/file/areco%20standard%20svenska%202008.pdf 3(6)
Snökyla ver 1 Figur 2. Snösamlingen utanför Sundsvalls sjukhus Slutsatser Snökyla är en väldigt effektivt kylsystem, med låga miljöpåverkningar. Om anläggningen är ekonomisk är svårt att säga, men mest troligen är den det. Vi har beräknad en årlig vinst till ca 148 000 kr/år. Då vi inte kunnat hitta några servicekostnader, investeringskostnader eller drifttid är det omöjligt att bedöma den ekonomiska bärigheten. Investeringen borde dock vara relativt låg. Investeringskostnader för pumpar, värmeväxlare och filter är samtliga relativt billiga komponenter. Den stora kostnaden borde vara grävning och gjutning av grop. Service kostnaden borde också vara låg. Även systemets livslängd bedöms lång. Därför anser vi att det är troligt att systemet är mycket ekonomiskt försvarbart. Den kan upplevas att snötillverkning med snökanon borde vara en stor post, men enligt kalkylen är denna post ekonomiskt relativt liten, endast 1,6% av totala vinsten. Med tanka på de termodynamiska uträkningarna har Sundsvall en väl dimensionerad snöhög. 4(6)
Snökyla ver 1 Bilaga 1 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Snömängd [m 3 ] 18 800 27 400 40 700 36 800 35 400 39 900 Andel konstsnö 49 59 57 38 52 70 [%] Snökylperiod 6/6-29/8 26/3-22/8 25/4-29/8 6/5-17/8 28/4-3/9 22/4-19/9 Total kylmängd [MWh] Andel från snökyla [%] Max kyleffekt [kw] Max kyleffekt från snökyla [kw] 655,5 1159 1345 1068 870,5 941,9 93 77 84 84 92 92 1366 1648 2004 2034 1919 1995 1366 1148 1873 1508 1594 1610 COP snö, totalt [-] 4.3 11.2 17.2 6.2 5.7 6.1 COP snö, totalt / 2.0 3.3 6.6 2.6 2.4 3.1 COP kylmaskin, totalt 5(6)
Snökyla ver 1 Bilaga 2 Teoretisk dimensionering av snöbehov :N*!;!"#$% &!' ()*$ ()%$!)+),-$,."-.&/.# 01-0/.#+ OP#&.10*;)1-$J$-.-<1)--.#,"N* 2324 56&789 :.;.%-.&"<= 7 >?7?@?A B 7 = C#!*,&$,,$*,DE#%),-.# F3F@?>327 7F3?G GA32A G732G 7?3G? 432? :5H C(0Q1%.1<,"N*%!+.# 23G & C0-!%!<-#!*,&$,,$0*DE#%),-.#?A> :5H I*E/.H0J<<?A@?24G7 1+ 9'%/.H0J<,0&<D#',1'%!?722 :5H 7B277 &G C0-!%-<1'%/.H0J?GA> :5H C0-!%<'-! I&P%-.*-!%"$<,*E R.*,$-.-<,*E =LM# 4FF@ &7 23GGA :K @22 1+6&G G 9'%/.H0J<,()1H), B22 :5H C.0#.-$,1<;$&.*,$0*.#$*+<!J<,*E/.H0J 6(6)