1. No category

Studerende: Jesper Knudsen
Titel:
Dato:01/06-2015-
Udnyttelse af overproduceret solvarme
- ORC system
Projekt type:
Bachelorprojekt
Fag:
Varmegenvinding, økonomi
Uddannelse:
Maskinmester – Marine and Technical Engineering
Uddannelse institution:
Aarhus Maskinmesterskole
Semester:
9. Semester
Udarbejdet af:
Jesper Knudsen
Studie nr.:
A12046
Vejleder:
Anders Parbo
Praktiksted:
Skive Kommune
Kontakt person:
Alexandar Laumann
Tlf.99 15 67 78
Mobil.23 67 33 05
Michael Petersen
mobil. 40 63 12 82
Afleverings dato:
01/06-2015
Anslag:
65035
Normalsider af 2400 tegn:
27 normalsider
Bilag:
9 stk. i ekstern indbinding
Forside billede: http://wallpoper.com/images/00/45/02/14/sea-sunshine_00450214.jpg
_______________________________
Jesper Knudsen
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Abstract
This project, Recovery of overproduced solar power heat – ORC system, analyses and describes the problems Skive municipality have with an ORC (Organic Rankine Cycle) system bought back in 2010. The ORC was meant to reuse the excess heat from solar panels
in the summer time, but fault in the construction or components has prevented the ORC
system from running in the past five years.
The analyses was done by observing the ORC systems running conditions, to see what
occurred while the system tried to stabile itself. Two major faults were discovered which
required correction for the system to function properly. These faults could be corrected in a
number of ways. Through a thorough analysis, a solution was chosen that offered the best
functionality according to price.
The chosen solution has an economical payback period of six years. Fixing the ORC
system for Skive municipality means that the system is now producing electricity from otherwise wasted solar energy, as well as reducing the total CO2 emission from the municipality and thereby improving their green accounting. Other systems exist that reuse waste
heat, but these were not seen as viable solutions for skive municipality, as it was possible
to repair the one already installed.
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Indholdsfortegnelse
1. Forord .............................................................................................................................. 1
1.2 Læsevejledning .......................................................................................................... 1
2. Indledning ........................................................................................................................ 3
2.1 Formål ........................................................................................................................ 3
2.2 Mål gruppe ................................................................................................................. 3
2.3 Problembeskrivelse .................................................................................................... 3
2.4 Problemformulering .................................................................................................... 4
2.5 Metode ....................................................................................................................... 4
2.6 Afgrænsning ............................................................................................................... 4
3. Princippet bag ORC ......................................................................................................... 6
3.1 Virkemåde .................................................................................................................. 6
4. Det nuværende ORC anlægs .......................................................................................... 8
4.1 Komponenter .............................................................................................................. 8
4.1.1 Generator:............................................................................................................ 8
4.1.2 Følere og måler: .................................................................................................. 9
4.1.3 Turbinen:.............................................................................................................. 9
4.1.4 Pumpe: ................................................................................................................ 9
4.1.5 Varmeveksler ..................................................................................................... 10
4.1.6 Reciver .............................................................................................................. 11
4.1.7 Varmekreds ....................................................................................................... 11
4.1.8............................................................................................................................ 12
5. Forsøg og reparation af ORC anlægget......................................................................... 13
5.1 Fejlfinding på turbinen .............................................................................................. 13
5.1.1 Test kørsel med renoveret turbine ..................................................................... 15
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
5.2 Fejlfinding på pumpen og kølekredsen ..................................................................... 15
5.2.1 Test kørsel uden belastning: .............................................................................. 17
5.2.2 Test kørsel med belastning: ............................................................................... 17
5.3 Krav til det nye kølekreds ......................................................................................... 20
5.3.1 Den teoretiske beregning ................................................................................... 20
5.3.2 De målte værdier ............................................................................................... 21
5.3.3 Det ønsket drift .................................................................................................. 21
5.3.4 Den nødvendige køling ...................................................................................... 22
6. Tilgængelig varme/drift timer ......................................................................................... 23
7. Løsningens forslag......................................................................................................... 26
7.1 Kølekreds ................................................................................................................. 26
7.1.1 Metode 1 ............................................................................................................ 26
7.1.2 Metode 2 ............................................................................................................ 27
7.2 Turbine ..................................................................................................................... 28
7.2.1 Metode 1 ............................................................................................................ 28
7.2.2 Metode 2 ............................................................................................................ 29
7.3 Alternative anlæg ..................................................................................................... 31
8. Lovgivning...................................................................................................................... 35
9. Rentabilitet ..................................................................................................................... 37
9.1 Turbine ..................................................................................................................... 37
9.2 Kølekreds ................................................................................................................. 37
9.2.1 Metode 1 ............................................................................................................ 38
9.2.2 Metode 2 ............................................................................................................ 38
9.2.3 Valg af metode 1 og 2 ........................................................................................ 39
10. Konklusion ................................................................................................................... 40
11. Perspektivering ............................................................................................................ 42
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
12. Beregninger ................................................................................................................. 43
12.1 Tilgængelig varme/drift timer .................................................................................. 43
12.1.1 Det totale varmeforbrug for hver måned .......................................................... 43
12.1.2 Den total overproduktion for de 5 måneder, med en overproduktion ............... 44
12.1.3 Den gennemsnitlige drift tid af ORC anlægt per dag i hver måned .................. 44
12.2 Ny kølekreds Metode 1 .......................................................................................... 45
12.2.1 Tryktab i rør ..................................................................................................... 45
12.2.2 Tabet over komponenter .................................................................................. 48
12.2.3 Anlægs tab....................................................................................................... 51
12.3 Ny kølekreds Metode 2 .......................................................................................... 52
12.3.1 Tryktab i rør ..................................................................................................... 52
12.3.2 Tabet over komponenter .................................................................................. 56
12.3.3 Anlægs tab....................................................................................................... 59
13. Litteraturliste ................................................................................................................ 60
13.1 Kildekritik ................................................................................................................ 60
13.2 Litteratur ................................................................................................................. 60
13.3 Links ....................................................................................................................... 60
13.4 Billeder ................................................................................................................... 65
13.5 Tabeller .................................................................................................................. 68
13.5 Bilag ....................................................................................................................... 68
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
1. Forord
I Danmark har vi stor fokus på energibesparelse, og jeg har en personlig interesse i systemer, som bruger mest muligt af den tilgængelig energi i verden. Jeg søgte derfor praktik
ved Skive Kommune, som er den førende kommune inden for energitiltage, for at finde et
spændende og nyt område for alternativ energi. Jeg faldt derved over Skive Kommunes 10
kW ORC anlæg, som havde stået stille i 5 år. Jeg havde hørt om ORC før, men kun i en
MW skala til at genvende spildvarme fra fabrikker. Det var derfor spændende at studere
det mindre ORC anlægs styrker og svagheder, for at få et begreb om fremtidige muligheder for ORC på en mindre effekt skala.
Jeg vil godt takke de ansatte på Skive Kommune for en varm og imødekommende velkomst. Der siges særlig tak til Michael Petersen 1, Niels Erik Nielsen2 og Alexandar Laumann3 for alt vejledning og information gennem praktik og projektets forløb. Jeg vil også
godt takke min vejleder Anders Parbo fra Århus maskinmesterskole, for en konstruktive
vejledning gennem hele forløbet.
1.2 Læsevejledning
Rapports hoveddel er opdelte i 3 sektioner, hvor den første er en beskrivelse af det nuværende ORC anlæg og dens komponenter, samt teorien bag ORC. Anden del beskriver fejlfinding af anlægget og hvilke metoder der bruges til at bekræfte og udbedre fejlene. Tredje
del beskriver løsningforslagene til fejlene fundet i del 2, og undersøger hvilke forslag der er
mest rentable at udføre.
Rapportens kilder er udført vedhjælp af Harvard metoden, og hele rapporten er inddelt i
et nummersystem, således der kan henvis nøjagtigt til billeder, ligninger og kapitler.
Nummer system:
1 – Først tal hoved kapital
2 – Anden tal er under kapital for hoved kapitallet
3 – Tredje tal er overskriften i under kapital
Maskinmester. Team leder for Tekniskforvaltning – Plan og byg
Maskinmester. Tekniskforvaltning – Plan og byg
3
Maskinmester. Tekniskforvaltning – Plan og byg
1
2
Page 1 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Figur/Tabel/Ligning – Det sidste tal indikere figurens, tabellens eller ligningens nummer
Forkortelser og uddybelser:
VE = Vedvarende energi
ORC = Organic Rankine Cycle
PTES = (Pit Thermal Energy storage)
BTES = (Borehul Thermal Energy Storage)
TTES = (Tank Thermal Energy Storage)
Infinity Turbine = Producent af ORC turbiner og anlæg fra Canada
Den Blå Diamant = Skive Kommunes Rådhus, hvor ORC anlægget er placeret.
Torvegade = Skive Kommunes nabo Rådhus til Den Blå Diamant.
Page 2 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
2. Indledning
2.1 Formål
Rapporten er skrevet som sidste del af Maskinmesteruddannelsen på Århusmaskinmesterskolen, som består af 10 ugers praktik og 6-8 ugers rapport skrivning. Om formålet
med rapporten skriver Århusmaskinmester skole (2014, s.1) således
”Den studerende skal lære at arbejde udviklingsorienteret med planlægning
og gennemførelse af et projekt.
Den studerende skal ved at drage sammenhænge mellem erfaring, praktiske
færdigheder og teoretisk viden kunne identificere og analysere problemstillinger, der er centrale i forhold til professionen som maskinmester.
Den studerende skal tilegne sig en særlig indsigt i et emne, område eller problem og skal gennem projektarbejdet lære systematisk problemformulering og
problembehandling samt indsamling og analyse af datamateriale, herunder relevante resultater fra forskning og udvikling.”
Ved opfyldelse af disse krav kvalificerer den studerende sig til færdiggørelse af uddannelsen som maskinmester.
2.2 Mål gruppe
Denne rapport henvender sig til alle med interesses for genvinding af overskudsvarme fra
solfangere med et ORC anlæg eller alternative systemer og er skrevet på et niveau tilpasset til en maskinmesters grundviden.
2.3 Problembeskrivelse
Skive kommune har et mål om at være CO2 neutral inden 2029, og derved blev der påbegyndt bygning af et ORC-anlæg i 2010, som skulle genvende den overproducerede varme
fra solfangerne i sommerperioden (Skive Kommune, 2010). ORC anlægget er sammenbygget af Skive Kommune fra løse komponenter købt ved Infinity Turbine, Danfoss, DEIF
og Grundfos, hvor Skive Kommune brugte Infinty Turbine som rådgiver, da de producere
færdige ORC-anlæg i Canada. Kommunen har gennem en periode på 5 år prøvet at få
Page 3 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
ORC-anlægget til producere elektricitet med overskudsvarmen og selv med flere tiltag har
disse forsøg mislykkes. De har derfor efterspurgt en undersøgelse af anlægget, for at konkluderer eventuelle komponent- eller konstruktionsfejl.
2.4 Problemformulering
Hvad forhindrer Skive Kommunes ORC fra funktionel drift, og vil det være rentabelt at rette
op på disse, eller vil det være bedre at genvende solvarmen med andre systemer?
2.5 Metode
Der gås metodisk til værks ved fejlfinding på ORC-anlægget, hvor der samles kvalitative
data fra personer med opstarts erfaring på anlægget ved hjælp af samtaler, så der kan
vurderes hvilken komponent der skal undersøges først, og derefter repareres. Undersøgelsen og reparation af anlægget vil ske i sammenarbejde med Salling vaske- og køleservice.
Systemernes virkemåde og operationskrav til genvinding af solvarmen vil blive beskrevet,
eftersom disse ikke er med i undervisningen på Århus maskinmesterskole. Derud vil ORC
anlægget og de alternative systemerne analyseres og samlingens på punkterne økonomi
og implementering. Opsamlingen af data til analysering af ORC-anlægget vil foregå med
en praktisk vinkel, i form af empiriske data opmålt fra ORC-anlægget. Data fra målinger og
komponenter er kvantitativ indsamlet og stammer fra manualerne købt af Infinity Turbine,
samt data fra kontaktede virksomheder. Litteratur til de andre systemer vil blive hentet fra
diverse fjernvarmeselskaber, som har etablerede anlæg med damvandlager, ståltanke, borehuller, samt andre virksomheder med erfaring i saltlager.
Løsningsforslaget sker i sammenarbejde med personer fra Skive Kommune, som har
været med fra starten af ORC projektet, derudover fås der udefra kommende hjælp fra
Salling vaske- og køleservice.
2.6 Afgrænsning
Undersøgelse af alternative løsning til ORC anlægget er begrænset til 4 systemer. Damlager, borehul lager, ståltank og smeltevarme med saltlager, hvor systemernes virkemåde vil
blive beskrevet overfladisk, samt vil beregningerne her til, ikke indehold virkningsgrader.
Der vil ikke blive beskrevet hvorledes generatoren virker, samt udstyret til at indkoble på
Page 4 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
nettet. I alle beregninger ses der bort fra varmetabet til omgivelserne i form af konvektion
og stråling. Der tages ikke højde for vejrets enkelte dag ved beregning af ORC anlægget
drifter timer per dag, men der regnes i stedet et gennemsnit for dagene i hver måned.
Page 5 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
3. Princippet bag ORC
3.1 Virkemåde
ORC er en maskine som omdanner spildvarme på 80-300 0C til mekanisk energi, som så
kan producere elektricitet ved hjælp af en generator, hvor virkningsgraden ligger omkring
10-20% (Gruntoft, 2003). Den virker i princippet som et omvendt køleanlæg, hvor ORC anlægget aftager tryk difference i en turbine, i stedet for at lave en tryk difference, som en
kompressor gør i et køleanlæg. Kølemidlet som bruges i et ORC system afhænger af
spildvarmens temperatur, hvor der typisk bruges R134a ved en temperatur lavere end 90
0
C, og R245fa ved tempera-
tur højere end 90 0C (Bilag
1).
Processen starter med en
isobar opvarmning af kølemidlet med splidvarmen,
hvor kølemidlet går fra væskeform til dampform, punkt
6-1. Derefter strømmen kølemidlet igennem turbinen,
som vil omdanne tryk og
Figur 3.1.1: Anlægs diagram for ORC anlæg(2003)
temperatur til mekanisk
energi, punkt 1-2. Den sidste brugbare energi trækkes ud af kølemidlet vedhjælp af en varmeveksler, punkt 2-3, som så senere overføre energien til opvarmning processen igen
punkt 5-6. Den mættede
damp kondenseres, punkt 34, for at få kølemidlet på væskeform igen, således trykket kan øges vedhjælp af en
pumpen, punkt 4-5, inden
den nye opvarmning proces
finder sted. Efter pumpen ledes kølemidlet igennem economiseren, punkt 5-6, for at
Figur 3.1.2: Kredsproces indtegnet i logp,h-diagram (2003)
Page 6 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
genbruge varmen, som turbine ikke kunne udnytte, punkt 2-3. For at denne proces er termodynamisk mulig, skal turbine have et hvis differens tryk igennem komponenten, punkt
1-2 (Gruntoft, 2003). Differens trykket bestemmes af temperatur forskellen af den tilgængelige køling og spildvarmen. Det er derfor lige så vigtigt at have en stabil køle kilde, som
en spildvarme kilde. For at få et tilstrækkelig differens tryk, skal temperatur forskellen på
spildvarmen og køle kilde være på omkring 60-70 0C ved de 2 nævnte kølemidler og jo
større forskellen er, desto bedre virkningsgrad kan der opnås (Bilag 1).
Page 7 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
4. Det nuværende ORC anlægs
4.1 Komponenter
ORC anlægget er opbygget med en receiver, pumpe, filter, turbine og generator, samt 4
varmeveksler, kobberrør i 2 tykkelser, 8 tryktransducere, 8 temperaturfølere og 3 manometer, se figur 4.1.1. Anlæggets målte værdi aflæses, således der kan laves en log(P)Hdiagram over forløbet, samt bruges tallene til at overvåge systemets drift. Alle komponenter er udregnet ud fra den tilkøbte turbine fra Infinity Turbine, således denne bliver tilført
den rigtige mængde varme energi.
Figur 4.1.1: illustration af ORC anlæggets komponenter og rørføring (2015)
4.1.1 Generator:
Generatoren er en 2-polet Sincro FB2SA med 3 faser og en optimal drift på 3000
omdr/min, som bruger et børsteløs magnetiseringssystem. Det børsteløse magnetiseringssystem gør generatoren vedligeholdelses fri, da der ikke vil dannes kulstøv inde i generatoren.
Styring til at indkoble generatoren på nettet er leveret af Deif A/s, og effekt måleren er
leveret af Emu Electronic AG.
Page 8 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
4.1.2 Følere og måler:
Tryktransducer- og temperaturtransmitters data bliver behandlet ved hjælp af et Intech Micro 2100-A16 datamodul fra Intech. Modullet er opkoblet med en computer, som overføre
datene over i programmet MicroScan V5, som laver en realtime trending.
4.1.3 Turbinen:
Turbinen er baseret på Archemedes spiralformede skrue, hvilket gør turbinen i
stand til at håndtere våddampe uden at
tage skade. Akslen til generatoren er lavet med en magnetkobling, så man undgår at lave en aksel tætning, og derved
kan man sikre sig at turbinen er tæt.
Disse tiltag gør turbinen utrolig driftssikker. Turbinehuset er lavet af aluminium,
skruen og akslen er lavet af rustfrit stål
Figur 3.1.3.1: Den nuværende turbine i ORC system (2010)
og hele turbinen vejer omkring 180 kg.
Turbinen er købt af Infinity Turbine og kan levere 10 kW ved fuldlast, hvor den tilkobles generator med direkte drive, da turbine køre stabil ved 1000 - 10 000 omdr/min (Bilag 1).
4.1.4 Pumpe:
Pumpen er leveret af Beinlich, som kan håndtere et suge tryk på 0-5 bar med optil 40 bars
difference tryk, hvor det leverede flow er maksimalt 2,98 m3/h med en 3-faset kortslutningsmotor på 1420 omdr/min og 3 kW fra Klee drive, som bliver reguleret af en 4 kW/9A
frekvensomform fra Invt, samt en EMC filter på de tilhørende 9A (bilag 2 og 3). Pumpen
skal levere 1,14 m3/h for at systemet kan kører fuldlast og pumpen giver 35,4 CC/omdr.
Pumpen vil bruge 1,3 kW når den skal levere 1,14 m3/h (Bilag 1).
𝑛𝑒𝑙,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑜𝑚𝑑𝑟
𝑛𝑒𝑙,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟,𝑚𝑎𝑥 1420
=
=
= 28,4 𝑚𝑖𝑛
𝑓𝑒𝑙,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
50
𝐻𝑧
𝑉𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 35,4 ∙ 10−6 = 0,000035
𝑚3
𝑜𝑚𝑑𝑟
… … … . Ligning 4.1.4.1
… … … . Ligning 4.1.4.2
Page 9 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
𝑓𝐼𝑛𝑣𝑡 =
Dato:01/06-2015-
̇
𝑉𝑘𝑟𝑎𝑣
1,14
=
= 19,1
Hz
̳̳̳̳̳̳̳̳̳
𝑛𝑒𝑙,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 ∙ 𝑉𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 28,4 ∙ 0,000035 ∙ 60
… … … . Ligning 4.1.4.3
⇕
𝐹𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚
𝑚3
𝑚3
ℎ
𝑜𝑚𝑑𝑟
ℎ
=
=
∙ 𝐻𝑧 ∙
∙
= 𝐻𝑧
𝑜𝑚𝑑𝑟
ℎ
𝑜𝑚𝑑𝑟 𝑚3
3
𝑚𝑖𝑛 ∙ 60 ∙ 𝑚
[ 𝐻𝑧
]
𝑜𝑚𝑑𝑟
𝑜𝑚𝑑𝑟
𝑛𝑒𝑙𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟,𝑓𝑢𝑙𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡 = 𝑛𝑒𝑙,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 ∙ 𝐹𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚 = 28,4 ∙ 19,1 = 542,44
̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳
𝑚𝑖𝑛
… . Ligning 4.1.4.4
4.1.5 Varmeveksler
De 4 varmeveksler i system bruges som fordamper, kondensator, underafkøler og economiser, og er konstrueret som pladevarmevekslere, der monteres i modstrøm. De er alle
af typen H (se figur 4.1.5.1).
Fordamperen og Kondensator er begge
speciel designet til anlæg, for at kunne håndtere de tilførte effekter. Fordamperens overførelses areal er næsten dobbelt så stor som
kondensatoren selv om effektforskellen ikke
er særlige stor (Bilag 1), (se Ligning 4.1.5.1 4.1.5.4). Dette skyldes at fordamper skal arbejde med overhedet damp, som har en rin-
Figur 4.1.5.1: Kode til varmeveksler (2009)
gere varmeoverførelse en vådmættet damp, som kondensatoren arbejder med. Underkølerens var oprindelig designet som economiseren, men blev skiftet ud med en brugte varmeveksler, som blev vurderet til at kunne klare opgaven bedre.
𝐴𝑓𝑜𝑟𝑑𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟 = (𝑛𝑓𝑜𝑟𝑑 − 2) ∙ 𝑚𝑓𝑜𝑟𝑑 = (104 − 2) ∙ 0,095 = 9,69 𝑚2
… … … . Ligning 4.1.5.1
Page 10 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
𝐴𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 = (𝑛𝑘𝑜𝑛𝑑 − 2) ∙ 𝑚𝑘𝑜𝑛𝑑 = (64 − 2) ∙ 0,095 = 5,89 𝑚2
… … … . Ligning 4.1.5.2
𝐴𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟𝑘ø𝑙𝑒𝑟 = (𝑛𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟𝑘 − 2) ∙ 𝑚𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟𝑘 = (44 − 2) ∙ 0,052 = 2,184 𝑚2
… … … . Ligning 4.1.5.3
𝐴𝑒𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑠𝑒𝑟 = (𝑛𝑒𝑐𝑜 − 2) ∙ 𝑚𝑒𝑐𝑜 = (50 − 2) ∙ 0,057 = 1,596 𝑚2
… … … . Ligning 4.1.5.4
(Danfoss, 2009)
4.1.6 Reciver
Reciveren er på 50 liter, hvor Infinity Turbine anbefaler en størrelse på 75-121 liter, dog
ses der intet problem i at denne kun er på 50 liter, så længe pumpen får nok kølemiddel på
væskeform. Derud vil en større reciver give en større påfyldnings mængde af R134a, hvor
dette helst undgås af økonomiske og lovmæssige årsager. Fyldningen på hele anlæg er
50 kg R134a.
4.1.7 Varmekreds
Varmen til ORC anlægget kommer fra
overproduktion af solfangerne fra Den Blå
Diamant og Torvegade, som hver har deres akkumuleringstank. Bygningerne er tilkoblet hinandens akkumuleringstanke, således kan veksleren varmes fra blandt andet deres solfanger, kraftvarmeanlæg og
fjernvarme. Derved kan den overproduceret solvarme fra Torvegade også bruges i
ORC anlægget på Den Blå Diamant (se figur 4.1.7.1). Fordamperens tilgang kommer fra toppen af Den Blå Diamants akkumuleringstank, således den altid vil få den
Figur 4.1.7.1: CTS system til ORC anlæggets varmekreds(2015)
højeste mulige temperatur. Temperatur til Fordamperen skal ligge mellem 80 – 85 grader,
for at skabe de rigtig betingelser for ORC anlægget. Cirkulation pumpen til varmekredsen
er en Magna 32-120 F fra Grundfos, som kan levere optil 9 m3/h ved fuldlast. Ved denne
belastning er løftehøjden for pumpen 8,72 m, hvor anlægskarakteristikken kan ses på
pumpekurven (Bilag 4). Anlægskarakteristikken bruges til at finde den nye drift punkt ved
et flow på 5 m3/h, hvor pumpen vil forbruge 86 W (Bilag 4).
Page 11 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
4.1.8 Kølekreds
Køling til ORC anlægget kommer fra Rosenbakken, da denne bygnings grundvand skal
pumpes væk for ikke at oversvømme grunden (se figur 4.1.8.1). Derved anvendes dette
overskuds grundvand nyttigt ved at bruge det til kølingen på Skive Kommunes bygninger.
Vandløbet kan levere 2 m3/h ved naturligt niveau forskel på de 2 lokaliteter og kan levere 3
m3/h ved at aktiverer pumpen (CP01), (Petersen, 2015). Ved den blå diamant, hvor ORC
anlægget står, er der nedgravet et 40 m3 køletank under parkeringskælderen, som bliver
fyldt af vandet fra Rossenbakken. Mellem køletanken og ORC anlægget sidder der en
pumpe (CP02) som kan levere 4 m3/h.
Figur 4.1.8.1: CTS system til ORC anlæggets kølekreds(2015)
Page 12 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
5. Forsøg og reparation af ORC anlægget
5.1 Fejlfinding på turbinen
Den største mistanke til driftsproblemerne på ORC-anlægget ligger ved turbinen, eftersom
de ansatte maskinmestre hos Skive Kommune ikke kunne for turbinen over 1350
omdr/min, på trods af turbines design på 1000 -10 000 omdr/min ved nominel drift og en
tilstrækkelig mængde af tilgængelig varme (Bilag 1).
Der laves derfor en testopsætning med hjælp fra Salling vaske- og køleservice, for at undersøge om turbinen manuelt kan trækkes op på de 3000 omdr/min, som generatoren skal
bruge. Testopsætnings skal vise om der er forskel på modstanden i turbinen ved kold- og
varmdrift, hvor modstand skal være tæt på konstant for en fungerende turbine. Forskellen i
modstanden vil blive udregnet ud fra forskellen i optaget kW ved kold- og varmdrift, hvor
dataene opnås med et volt- og amperemeter. Dette vil give et indblik i, om modstand i turbinen er ændrende ved en stigende temperatur. Testopsætning bliver installeret
med en 1,6 kW ABB motor med 1410
omdr/min, som er parallelt koblet over turbinen med en rem på turbine/generatorakslen, se opsætningen på figur 5.1.1.
Motoren er udsyret med en frekvensomformer og en remskiveudveksling på 2-1
lavet mellem motoraksel og turbineaksel,
således den næsten kan køre de påkrævet omdrejninger.
Figur 5.1.1: Testopsætning til undersøgelse af mekanisk
modstand (2015)
Under forsøget blev turbinen langsomt kørt op i omdrejning for at observerer eventuelle
mislyde, hvor der inden for 5 minutter af opstarten var nået de 1350 omdr/min. Da turbinen
havde kørt et par minutter på 1350 omdr/min uden mislyde blev hastigheden øget til 1800
omdr/min, hvor motoren og dens holder begyndte at ryste voldsom. Dette indikeret en meget stor mekanisk modstand i turbinen, så forsøget blev stoppet øjeblikkeligt. Turbinen
kunne nu heller ikke længere manuelt drejes ved hjælp af remmen, selvom den før forsøget kunne roteres uden problemer med en finger på akslen. Selv uden amperemeter målingerne, og den udregnet effekt forbrug ved kold og varm drift, vides det at turbinen er fejlbehæftet og der vælges derfor at renoverer turbinen, for at identificerer fejlen.
Page 13 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Med hjælp fra Salling vaske- og køleservice blev turbine adskilt, hvor fejlen viste sig tydeligt ved magnet koblingen. Det viste sig at være en fabrikations fejl, der gjorde at en bevægelig del rørte en stationær del i turbinen, når den blev varm (se figur 5.1.2 og 5.1.3).
Varmeudvidelsen resulterede i at boltene der holder magnetkoblingen og akslen til generation sammen (se punkt 2), stødte på plastbeholder (se punkt 1) som indeholdt den anden
del af magnetkoblingen. Grunden til sammenstødet, er en kombination af en ikke til
spændt plastbeholder og forkerte bolte på akslen. De fleste af plastbeholderens bolte kun
løsnes med fingrene, hvor kun få var spændt hårdere, derved var beholderen 2-3 mm tættere på bunden af magnet koblingen. Kombineret med bolte (se punkt 2) som ikke er underskænket og derved stikker 2-3 mm ud, forårsager at de 2 objekter berører hinanden når
turbinen bliver varm.
Figur 5.1.2: Beskadigelse af turbines beholder til adskillelse af magnetkoblingen (2015)
Figur 5.1.3: Beskadigelse af turbines beholder til adskillelse af magnetkoblingen (2015)
Page 14 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Boltenes huller blev boret 1,5 mm dybere, samt blev bolthovedet nedslebet 1,5 mm, således de blev plan med overfladen (punkt 2). Forenden af plastbeholder var smeltet grundet friktionen med boltene. Beholderens plast tykkelse undersøges og vurderes til være
operation dygtig og den overskudelige smeltet plast forenden af beholderen renses og gøres plan. Derefter på spændes beholderen, dog findes der ingen tilspændingsmoment i
manualle (Bilag 1), så tilspændingen vurderes med hånden.
5.1.1 Test kørsel med renoveret turbine
Turbinen samles og indsættes i ORC anlægget, dog uden kølemiddel, da turbinen først
drift testes med motoren, for at sikre at fejlen er udbedret. Turbinens hastighed øges jævnt
indtil den når de 2800 omdr/min, hvor den ligger stabil i flere minutter uden nogle problemer. Derefter påfyldes kølemidlet på anlægget for at lave en reelle drift test af systemet.
Forsøget udføres med en varme kilde på 80 grader, men det lykkes aldrig at få systemet til
at stabilisere sig, dog kommer turbinen op på omkring 2000 omdr/min, men falder hurtig
igen, da differencetrykket udligne sig. Mistanken falder på kølemiddels pumpen, da der
ikke vides om denne kan opbygge tryk, samt kølekredsen, da temperaturen på den kondenseret kølemiddel observeres mellem 25-30 grader, hvor den ønsket temperatur er så
tæt på 10 grader som praktisk muligt (Bilag 1).
5.2 Fejlfinding på pumpen og kølekredsen
Pumpen undersøges ved at indsætte en håndventil med udtag til manometer, efter kontraventilen. Derved kan håndventil lukkes kortvarig og det opbygget tryk fra pumpen kan aflæses. Derudover monteres der også en ventil foran turbinen, således flowet og trykket
kan styres manuelt ind i turbinen (Bilag 1). Dette gøres for lave et større difference tryk under opstarten af anlægget, således turbinen kan opnår de 3000 omdr/min og ligge stabil
uden belastning.
Kølekredsen blev vurderet på stedet til at skule kunne køle 100 kW, ved en temperaturforskel fra 8 til 14 grader (se ligning 5.2.1).
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑,𝑣𝑢𝑟𝑑𝑒𝑟𝑒𝑡
̇
=
𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑,𝑣𝑢𝑟𝑑𝑒𝑟𝑒𝑡
100
3600
m3
=
∙
= 14,32
𝑐𝑣 ∙ (𝑡𝑢𝑑 − 𝑡𝑖𝑛𝑑 ) 4,19 ∙ (14 − 8) 1000 ̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳
ℎ
… … … . Ligning 5.2.1
Page 15 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Ud fra dette flow blev der opsat en midlertidige kølekreds med en pumpe og brandslange
fra Skive Kommunes lager, samt 2 palletanke lånt af Salling Vaske- og køleservice. Derudover blev der brugt fittings og plastrør til suge siden, da brandslangen ikke kunne bruges
fordi den er for blød og ville derfor kollapse (Se figur 5.2.1). Brandslangerne er 75 mm og
har en længde på 20 meter i alt. Pumpen er en UPE 50-120/F fra Grundfos og kan levere
en løftehøjde på 10,8 meter ved et flow på 14,3 m3/h (se figur 5.2.2), hvor dette vurderes
til at være tilstrækkelig for modstanden i brandslangerne og varmeveksleren, da tryktabet for varmeveksleren skulle være 2 meter
(Petersen, 2015). Det aktuel flowet
udregnes ved at lade kølekreds
køre i 1 minut, og aflæsse den
brugte mængde vand i palletankene. På et minut brugte pumpen
ca. 200 liter.
𝑙
m3
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑,𝑎𝑘𝑡𝑢𝑒𝑙
̇
= 200 𝑚𝑖𝑛 = 12
̳̳̳̳̳̳̳
ℎ
Figur 5.2.1: Testopsætning af støre kølekreds (2015)
Selv om dette flow ikke overholder det vurderede flow (se ligning 5.2.1), så anses det ikke
som et problem, da temperatur ud af varmeveksleren kun bliver 1,2 grader større end antaget (se ligning 5.2.2).
Figur 5.2.2: Pumpekurve af pumpen brugt i test af støre kølekreds (2015)
Page 16 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
𝑡𝑢𝑑,𝑎𝑘𝑡𝑢𝑒𝑙 =
Dato:01/06-2015-
𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑,𝑎𝑘𝑡𝑢𝑒𝑙
100
+ 𝑡𝑖𝑛𝑑 =
+ 15,2 ℃
1000
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑,𝑎𝑘𝑡𝑢𝑒𝑙
̇
∙ 𝑐𝑣𝑎𝑛𝑑
12 ∙ 3600 ∙ 4,19
… … … . Ligning 5.2.2
Under forsøget med den nye kølekreds, samt håndventil til turbine og pumpen, startes
det med at afprøve kølemiddelspumpen, for undersøge om den kan levere en trykstigning
helt op til 16 bar. Systemet startes koldt, og påføres ingen varme til fordamper eller kølning
til kondensatoren. Pumpen startses på 1 Hz, for at se hvilket tryk pumpen kan levere ved
lave omdrejninger. Håndventil holdes helt åben første gange pumpen starter, for at forhindre ukontrolleret trykstigninger og derved undgås beskadigelse af udstyret. Ved 1 Hz
kunne ventilen lukkes helt, da pumpen ikke kunne opbygge et tryk af betydning ved denne
lave omdrejning. Derefter blev ventilen åbnet en smule og pumpens hastighed blev øget til
tryk niveau var nået. Det skete ved omkring 13 Hz, som beviser at pumpen sagtens kan
opbygge det nødvendige tryk.
5.2.1 Test kørsel uden belastning:
Turbinen adskilles fra generator akslen, for at observere hvordan turbinen reagere uden
belastning med den nye kølekreds. ORC anlægget påføres varme og køling, og pumpen
startes på 5 Hz. Ventilen ind til turbinen knives til der er et differens tryk på 10 bar, således
turbinen kan opbygge dens omdrejninger. Pumpens hastighed øges, samt ventilen til turbinen åbnes, for at holde differens trykket stabilt på 10 bar. Pumpen stoppes ved de 19,1
Hz, som er det nødvendige flow til turbinen (se ligningen 4.1.4.3), hvor turbinens hastighed
nu ligger på omkring 3000 omdr/min. Dog burde den stige mod de 10.000 omdr/min, eftersom der ingen belastningen er på turbinen og den tilføres damp til en belastning på 10 kW
(Bilag 1). Den nye kølekreds holder processen stabil, da temperaturen ud af kondensatoren ikke overstiger 17 grader, og det beviser derved behovet for en støre kølekreds, da
ORC anlæggets proces ikke kunne gøres stabil før dette tiltag.
5.2.2 Test kørsel med belastning:
Turbinen samles med generatorens aksel, eftersom det vides at system nu kan gøres stabil og der skal derfor undersøges om systemet kan producere 10 kW. Forsøgets udføres
med sammen metode som forrige forsøg, hvor der i dette forsøg udtages målinger af tryk
og temperatur, forskellige steder på anlægget. Den stabile drift opnås, hvor anlæggets
pumpe ligger på 19,1 Hz og differencetrykket over turbinen er 10 bar. Dog vil hastighed
ikke overstige 2000 omdr/min, eftersom generator belaster turbine ved dette punkt, som så
Page 17 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
tvinger turbinen ned i 800 omdr/min, hvor generatorens belastning forsvinder, og så stiger
omdrejningerne igen til 2000 omdr/min. Dette bevidner at turbinen ikke tager imod mere
energi fra damp ved stigende belastning, men bare lader den passerer igennem, eftersom
den tilførte damp mængde er nok til en drift på 10 kW (Bilag 1). Ud fra målinger på anlægget (se tabel 5.2.2.1) laves der et log(P)H-diagram i CoolPack, hvor processen kan følges
(se figur 5.2.2.1). Numrenes placering på anlægget kan findes på figur 4.1.1, hvor nr.8 indikere kølevandets temperatur ud af kondensatoren. Da ORC anlægget ikke fungere, efter
hensigten indtegnes der på log(P)H-diagrammet den ønsket drift scenario se ligning
5.2.2.1 til 5.2.2.2.
Nr.
1
2
2.mål
3
4
4.mål
5
6
7
8 (tvand,ud)
Temp [0C]
9
40,3
24,5
76
57,8
36,6
17
14,3
7,9
15,7
Tryk [bar]
15,49
15,37
15,37
15,33
5,27
5,27
5,24
5,27
5,23
Entalpi [𝒌𝑱/𝒌𝒈]
212,7
256,6
235,8
450,5
447,4
424,3
403,5
219,3
212,7
Tabel 5.2.2.1: Målinger fra anlægget drift (2015)
̇ ∙ 𝜌𝑅134𝑎 = 1,14 ∙ 1206 = 1374,8
𝑚𝑅134𝑎
̇
= 𝑉𝑘𝑟𝑎𝑣
h4,mål = ℎ3 −
𝑘𝑔
ℎ
… … … . Ligning 5.2.2.1
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒
10
𝑘𝑗
= 450,5 −
= 424,3
1374,8
𝑚𝑅134𝑎
̇
𝑘𝑔
3600
h2,mål = ℎ2 − (ℎ4,𝑚å𝑙 − ℎ5 ) = 256,6 − (424,3 − 403,5) = 235,8
… … … . Ligning 5.2.2.2
𝑘𝑗
𝑘𝑔
… … … . Ligning 5.2.2.3
Page 18 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Figur 5.2.2.1: log(P)H-diagram lavet ud fra målinger fra anlæggets drift (2015)
Page 19 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
5.3 Krav til det nye kølekreds
Det gamle kølesystem kunne levere en vand mængde på 4 m3/h med en temperatur på 8
grader. Dog er 4 m3/h kølevand på 8 grader ikke tilstrækkeligt til kondensere den påført
varmemængde, da temperatur difference vil blive for stor. Udgangstemperaturen på kølevandet må ikke blive meget højre end 16 grader, eftersom dette vil forhindre en trykkedifference i kølemiddelskredsen, da en stigende temperatur vil få det lavest tryk i system til at
stige og derved formindske trykforskellen. Infinity Turbine anbefaler et flow på 13,6 m 3/h
med havvand, flodvand eller kølevand fra jorden (Bilag 1).
Virkningsgraden ligger mellem 10-20 % på et orc anlægget, der bruges 10 % til at finde
den teoretisk tilførte varmemængde og det rette flow på kølevandet ved stabil drift. Dette
gøres for at sikre sig at udstyret er dimensioneret stort nok til stabil drift. Dog vil dette ikke
være den dimensionerende faktor for størrelsen på kølesystemet. Dette skyldes at opstarten af systemet bruger mere kondenserings energi, fordi kondensatoren skal håndtere alt
fordamper energi i starte, da turbinen ikke vil bruge noget af den tilført energi i opstarten.
Derudover tilføres der også en større fordamper varme under opstarten end ved stabil
drift. Den tilførte fordamper effekt blev under opstarten af anlægget målt til 100-120 kW.
Derved skal kølekredsen kunne håndtere 120 kW i en periode på op til 15 min (Bilag 1).
5.3.1 Den teoretiske beregning
Der laves en beregning, som viser hvilke effekter og flow ORC anlægget skal bruge, når
virkningsgrad er sat til 10 % og processen er stabil. Disse tal skal helst være større end de
målte beregninger, eftersom de teoretiske beregninger ikke indeholder en economiser.
𝜂𝑜𝑟𝑐 =
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 − 𝑃𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒
𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒
⇕
𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒,𝑡𝑒𝑜 =
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 − 𝑃𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 10 − 1,3
=
= 87 𝑘𝑊
𝜂𝑜𝑟𝑐
0,1
𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑,𝑡𝑒𝑜 = 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒,𝑡𝑒𝑜 − 𝑝𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 = 87 − 10 = 77 𝑘𝑊
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑,𝑡𝑒𝑜
̇
𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑,𝑡𝑒𝑜
77
3600
𝑚3
=
=
∙
= 8,3
𝑐𝑣 ∙ (𝑡𝑢𝑑 − 𝑡𝑖𝑛𝑑 ) 4,19 ∙ (16 − 8) 1000
ℎ
… … … . Ligning 5.3.1.1
… … … . Ligning 5.3.1.3
… … … . Ligning 5.3.1.3
Page 20 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
5.3.2 De målte værdier
De målte værdier bruges til at finde anlæggets virkelige drift punkt, for effekt, temperatur
og flow når processen er stabil. Værdier kan ses på Tabel 5.2.2.1 og figur 5.2.2.1.
Pfordamper = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ3 − ℎ2 ) =
Pkond = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ5 − ℎ7 ) =
1374,8
∙ (450,5 − 256,6) = 74 𝑘𝑊
3600
… … … . Ligning 5.3.2.1
1374,8
∙ (403,5 − 219,3) = 72,7 𝑘𝑊
3600
… … … . Ligning 5.3.2.2
1374,8
∙ (450,5 − 447,4) = 1,2 𝑘𝑊
3600
… … … . Ligning 5.3.2.3
Pturbine = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ ( ℎ3 − ℎ4 ) =
Peconomiser = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ2 − ℎ1 ) =
1374,8
∙ (256,6 − 212,7) = 16,8 𝑘𝑊
3600
… … . Ligning 5.3.2.4
5.3.3 Det ønsket drift
Eftersom de målte værdier er udtager fra et system, som ikke produceret 10 kW, så laves
der et ønsket drift scenario, hvor det bliver skabelonen, for dimensionering af yderligere
tiltag på ORC anlægget.
Pfordamper = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ3 − ℎ2,𝑚å𝑙 ) =
Pkond = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ5 − ℎ7 ) =
1374,8
∙ (450,5 − 235,8) = 82 𝑘𝑊
3600
1374,8
∙ (403,5 − 219,3) = 72,7 𝑘𝑊
3600
Pturbine = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ3 − ℎ4,𝑚å𝑙 ) =
1374,8
∙ (450,5 − 424,3) = 10 𝑘𝑊
3600
Peconomiser = 𝑚𝑅134𝑎
̇
∙ (ℎ2,𝑚å𝑙 − ℎ1 ) =
1374,8
∙ (235,8 − 212,7) = 8,8 𝑘𝑊
3600
… . Ligning 5.3.3.1
… . Ligning 5.3.3.2
… . Ligning 5.3.3.3
… . Ligning 5.3.3.4
Page 21 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
5.3.4 Den nødvendige køling
Den nødvendig køling som anlægget skal bruge, ved start og stabil drift beregnes, hvor
disse 2 bliver de dimensionerende faktor for det nye kølesystem.
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑
̇ =
𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑
72,7
3600
m3
=
∙
= 7,8
𝑐𝑣𝑎𝑛𝑑 ∙ (𝑡𝑖𝑛𝑑 − 𝑡𝑢𝑑 ) 4,19 ∙ (16 − 8) 1000
̳̳̳̳̳̳̳̳̳
ℎ
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
̇
=
𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑
120
3600
m3
=
∙
= 12,9
𝑐𝑣𝑎𝑛𝑑 ∙ (𝑡𝑖𝑛𝑑 − 𝑡𝑢𝑑 ) 4,19 ∙ (16 − 8) 1000 ̳̳̳̳̳̳̳̳̳̳
ℎ
Komponent
… . Ligning 5.3.4.1
… . Ligning 5.3.4.2
Teoretisk
Målte værdier
Ønsket drift
Start
Fordamper
87 kW
74 kW
82 kW
100-120 kW
Kondensator
77 kW
72,7 kW
72,7 kW
100-120 kW
Turbine
10 kW
1,2 kW
10 kW
0-10 kW
16,8 kW
8,8 kW
7,8 m3/h
7,8 m3/h
Economiser
Køle flow
8,3 m3/h
12,9 m3/h
Tabel 5.3.4.1: Overblik over det udregnet værdier (2015)
Page 22 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
6. Tilgængelig varme/drift timer
For at finde ORC anlæggets gennemsnitlig drift tid per dag for de enkelte måneder, udregnes solfangers overskudsvarme ved hjælp af Arcon Solar, da Skive Kommunes målinger
af solfangernes produktions er fejlbehæftet. Fejlkilden stammede fra 2 Kamstrup målere,
som havde fået byttet deres elektroniske front. Problemet opstod fordi målerene har 2 forskellige Imp/l, hvor den ene bruge 25 Imp/l og den anden 60 Imp/l. Dette bevirkede at de
aflæste værdier blev fejlbehæftet, dog er fejlen udbedret og de kommende målinger vil
være korrekte. En korrespondance med Knud Erik Nielsen fra Arcon Solar har resulteret i
en månedligvurdering af 425 m2 solfangers produktion fra 55-85 grader over et helt år.
Solfanger er fordelt på 2 bygninger, hvor 162,5 m2 er på Den Blå Diamant og de resterende 262,5 m2 findes på nabobygningen Torvegade (Bilag 5).
Eftersom Torvegades varme forbrug for et år ikke kunne findes, antages det at Den Blå
Diamant og Torvegades varmeforbrug er den sammen i forhold til mængden af solarfanger
monteret på bygningen.
𝑠𝑜𝑙𝑓𝑎𝑛𝑔𝑒𝑟 𝑡𝑜𝑟𝑣𝑔𝑎𝑑𝑒
262,5
=
= 1,62
𝑠𝑜𝑙𝑓𝑎𝑛𝑔𝑒𝑟 𝐷𝑒𝑛 𝑏𝑙å 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡 162,5
… … … . Ligning 6.1
Q forbrug,tot,jan = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑗𝑎𝑛 ∙ (1 + 1 ∙ 162)
⇕
Q forbrug,tot,jan = 30070 ∙ (1 + 1 ∙ 162) = 78783 𝑘𝑊ℎ
… … … . Ligning 6.2
Figur 6.1: Regression af bygningers forbrug og solfangers produktion, som indikere solfangernes overproduceret kWh (2015)
Page 23 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Varmeproduktionen for de samlede solfanger (bilag 5), samt Den Blå Diamants forbrug
med faktorforskellen på de 2 bygningers solfanger antal, se kap 12.1.1 Indtastes i Geogebra. Værdierne bruges til at lave en regression som laver 2 grafer, hvor den ene indikere
den produceret solvarme og den anden bygningernes forbrug. Overlapningen af de 2 grafer vil angive overproduktion af solvarme. Overproduktion ses på figur 6.1 eller bilag 9,
som bliver 79407,2 kWh/år. Månederne med en overproduktion sker fra maj til september,
hvor overproduktion for hver måned udregnes vedhjælp af tallene indsatte Geogebra. Virkningsgraden for et ORC anlæg ligger mellem 10-20 %, hvor der bruges de 10 % for at
sikre at man minimum for de værdier der regnes med, se ligning 6.3 – 6.5. Resten af udregningerne af overproduktion og drift tiden per måned kan ses under kap 12.1.2 og kap
12.1.3.
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑡𝑜𝑡 =
Q overprod,tot ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐 79407,2 ∙ 0,1
ℎ
=
= 794,1
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒
10
å𝑟
… … … . Ligning 6.3
Q over,tot,,maj = 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑡𝑜𝑡,𝑚𝑎𝑗 − Q forbrug,tot,,maj
⇕
Q over,tot,,maj = 29100 − 16666 = 12434 𝑘𝑊ℎ
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑚𝑎𝑗 =
Q over,tot,,maj ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐
12434 ∙ 0,1
ℎ
=
= 2,7
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 ∙ 𝑑𝑎𝑔𝑒𝑚𝑎𝑗
10 ∙ 31
𝑑𝑎𝑔
Måned
Overproduktion
Drift tid
… … … . Ligning 6.4
… … … . Ligning 6.5
Maj
Juni
Juli
August
September
12434 kWh
22567 kWh
19767 kWh
19558 kWh
7369 kWh
2,7 h/dag
7,5 h/dag
6,4 h/dag
6,3 h/dag
2,5 h/dag
Tabel 6.1 Oversigt af de beregnet værdi (2015)
Kølekapaciteten er begrænset til 40 m3 om dagen grundet størrelsen på køletanken. Flowet fra Rosenbakken til køletank på Den Blå Diamant ligger på 3 m3/h, hvor drift tid på
ORC anlægget ikke kan være længere end det tager for de 3 m3/h at fylde tank til næste
Page 24 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
dag. Denne tid blev udregnet til 10,67 timer om dagen (se ligning 6.7), dog er ORC anlægget drift tid også begrænset af hvor hurtigt den kan tømme køletankens 40 m3, eftersom
anlægget ikke må startes og stoppes flere gange om dagen grundet effekttabet under hver
opstart. ORC anlæggets maksimum drift tid per dag bliver således 7,66 h/dag (se ligning
6.8)
𝑡𝑡𝑎𝑛𝑘,𝑝å𝑓𝑦𝑙𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 =
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑
𝑄𝑟𝑜𝑠𝑒𝑛𝑏𝑎𝑘𝑘𝑒𝑛
=
40
ℎ
= 13,33
3
𝑑𝑎𝑔
𝑡𝑂𝑅𝐶,𝑚𝑎𝑥 = 𝑡𝑑𝑎𝑔 − 𝑡𝑡𝑎𝑛𝑘,𝑝å𝑓𝑦𝑙𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 = 24 − 13,33 = 10,67
𝑡𝑂𝑅𝐶,𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 =
𝑚𝑣𝑎𝑛𝑑 −
𝑄𝑜𝑝𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
4
𝑄𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 − 𝑄𝑟𝑜𝑠𝑒𝑛𝑏𝑎𝑘𝑘𝑒𝑛
… … … . Ligning 6.6
ℎ
𝑑𝑎𝑔
12,9
40 − 4
ℎ
=
= 7,66
7,8 − 3
𝑑𝑎𝑔
… … … . Ligning 6.7
… … … . Ligning 6.8
Page 25 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
7. Løsningens forslag
7.1 Kølekreds
7.1.1 Metode 1
Der kigges på 2 løsningers forslag til kølekredsen, hvor metode 1 består i at genbruge den
nuværende rørføring, og dimensionerer en ny pumpe til den forøget flow. For at udregne
størrelsen på pumpen skal samtlige komponenter kendes og længden af rørene, samt deres indvendige diameter og hvilken type materiale røret er konstrueret af (se Figur 7.1.1.1).
Figur 7.1.1.1: PI-diagram over den nuværende kølekreds, med højde forskelle fra start og slut (2015)
Det nuværende køleanlæg består af 13 stk. 35x35 mm 90 o bøjninger, 5 stk. 1½ tommer
kugleventiler, en kondensator, en flowmåler, en rørudvidelse fra 35 mm til 75 mm. Rørene
fra køletanken til kondensatoren er lavet af rustfri stålrør på 35x1,5 mm, hvor den indvendige diameter er 32 mm. Længden fra køletanken til kondensatoren og tilbage til køletanken er i alt 20 m. Dog skal vandet ikke recirkuleres tilbage til køletanken, men i stedet afle-
Page 26 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
veres i feldingbæk, hvor røret dertil er en 75x2,5 mm plastrør på i alt 800 m. Højde forskellen i anlægget kan ses på figur 7.1.1.1, hvor den geometriske højdeforskellen fra køletanken til Felding bæk er 3,5 m. Udregning og forklaringen af denne kan ses under Kap 12.2
og resultaterne kan ses i tabel 7.1.1.1.
Enheder
Stabil
Start
v35
2,69 m/s
4,46 m/s
v70
0,56 m/s
0,93 m/s
Htab
18,13 m
43,46 m
Hpumpe
21,63 m
46,96 m
Tabel 7.1.1.1
Ud fra disse resultater udvælges der en dykpumpe fra Grundfos, som kan hastigheds reguleres, eftersom der skal bruges et varierende flow. Pumpen bliver en SP 17-5, som kan
håndtere den kortvarige flow på 12,9 m3/h, hvor løftehøjde bliver 46,96 m (se tabel
7.1.1.1). Ved opstarten bruger pumpen 3,18 kW og falder til 1,1 kW når processen bliver
stabil med en løftehøjde på 21,63 m og et flow på 7,8 m3/h (se bilag 6). Det største tab i
anlægget kommer i de 20 meter 35 mm rustfristålrør, eftersom væskehastighed bliver
langt over 1 m/s, som er den anbefalede grænse for anlægget med en drift tid mindre en
4000 h/år (Hvenegaard, Claus M. 2004). Dette bidrager til en forøget pumpe størrelse,
samt en dårligere drift økonomi, da pumpen vil forbrug en større effekt. Selvom pumpen
og drift økonomien foringens undgås det helt at investere i et helt nyt rør system med tilsvarende ventil og bøjninger, hvor økonomien i dette bliver gennemgået i kap 9.2
7.1.2 Metode 2
Kølekredsen rørføring renoveres, således pumpen bliver mindre end metode 1.
Anlægget beskrivelse er den sammen som under metode 1, udover ændret rør tykkelse, ventil størrelse, flow måler og rør udvidelse. Røret er øget fra de 35x1,5 mm til
54x1,5 mm og ventilerne er ændret til en 2 tommers model. Flow måleren er fjernet, da
denne ikke kunne håndtere det øget flow og anlægsomkostningen holdes nede ved ikke at
investere i en ny. Rør udvidelsen ændres fra 35-70 mm til 54-70 mm. Udregninger og forklaring af disse kan findes under kap 12.3 og resultaterne kan ses i tabel 7.1.2.1.
Page 27 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Enheder
Stabil
Start
v54
1,06 m/s
1,75 m/s
v70
0,56 m/s
0,93 m/s
Htab
8,31 m
18,83 m
Hpumpe
11.81 m
22,33 m
Tabel 7.1.2.1
Ud fra disse resultater udvælges der en dykpumpe fra Grundfos, som kan hastigheds reguleres, eftersom der skal bruges et varierende flow. Pumpen bliver en SP 11-7, som kan
håndtere det kortvarige flow på 12,9 m3/h, hvor løftehøjde bliver 22,33 m (se tabel 7.1.2.1).
Ved opstarten bruger pumpen 1,74 kW og falder til 0,643 kW når processen bliver stabil
med en løftehøjde på 11,81 m og et flow på 7,8 m3/h (se bilag 2). Det største tab i anlægget kommer fra de 800 m 75 mm plastrør, grundet den lange længde, dog er tabet stadig
under det halv af metode 1. Da tabet er mindre end ved metode 1 bliver drift økonomien
forbedret fra 1,1 kw til 0,628 kW (se bilag 7), dog skal der her investere i et helt nyt rør system med tilsvarende ventil og bøjninger, hvor økonomien i dette bliver gennemgået i kap
9.2.
7.2 Turbine
Da turbinen ikke kunne modtage den leveret damp ved et differens tryk på 10 bar, formodes det at denne stadig er fejlbehæftet. Der kigges derfor på mulighed for en anden turbine, hvor der bruges 2 løsninger metoder.
7.2.1 Metode 1
Der købes en færdig lavet turbinen på 10 kW, som skal erstatte den nuværende. Dette
kunne være en nyere model og design ved Infinity turbine, dog har Skive Kommune haft
dårlige oplevelser ved dette selskab. Den leverede turbinen de fik i 2010 har været i stykker fra fabrikationen, og alt korrespondance med ejerene fra Infinity Turbine har resulterede i at fejlen lå ved Skive kommunes system, som dog nu er bevist i rapporten (kap 5)
ikke var tilfældet. Derudover kostede turbinen også 164.000 kr. i indkøb, som i sig selv vil
gøre anlægget urentabelt (Petersen, 2015). Der bliver derfor ikke handlet med Infinity Turbine igen, men i stedet kunne der ventes på, at NISSEN energi teknik A/S bliver færdig
med at udvikle deres komplette ORC anlæg.
Page 28 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
7.2.2 Metode 2
Der indkøbes en kompressor og eksperimenteres med at ombygge denne til en stempelmotor, der virker med samme princip som en luft motor. I teorien ville den bedste løsning
være at købe en luft motor, men der kunne ikke findes en, som var designet til at holde til
80 grader varmt R134a kølemiddel (Huco, u/d).
Der bliver indkøbt en halvhermetisk stempelkompressor, som har en asynkronmotor på
10 kW, hvor denne skal bruges som en generator (Area cooling solutins, u/d). Dette kan
enten ske ved at køre kompressorens asynkronmotor oversynkront, mens den er indkoblet
på nettet. Dette medføre at statoren bliver magnetiseret af nettet, således motor kan generer spænding og strøm, så længe omdrejningstallet er højre end 1510 omdr/min (Area
cooling solutins, u/d). Dette er den simplest og bedste løsning, så længe system skal kobles ind på nettet. Hvis ORC anlægget ikke skulle producerer til nettet, men i stedet til ø
drift, skulle rotoren modificeres til et polhjul, for at få den magnetiserende effekt i motoren,
således den kan agerer generator. Løsningen med at modificerer rotoren til et polhjul, kan
ske med enten permanent magneter eller elektromagneter. Med permanent magnet fås
det simpleste og kompakte design, men net spændingen kan ikke styres, da magnetfeltets
styrke kun kan ændres med elektromagneter. Dog ses dette ikke som et problem, så
længe generator kun skal levere grundlast i ø drift, således den kan levere fuldlast. Derfor
skal permanent magneter dimensioneres præcis til anlæggets fuldbelastning, for at levere
den rigtig spænding ud på ø drift nettet. Med elektromagneter bliver opbygningen af generatoren mere komplekst, da man skal have magnetisering udstyr, samt en tilføring af
spænding ind til rotoren, enten med et børsteløst system eller med børster, hvor det ikke
vides om udstyres er for stort til at være i den eksisterende motordel i stempelkompressoren. Der ville derfor vælges en løsning med permanent magneter, hvis system nogen siden skal opererer ved ø drift, for at lave ombygningen så simpel som muligt. For dimensioner den nye polhjuls rotor korrekt skal der hentes erfaringer fra virksomhed, som arbejde
med permanent magneter i motor eller generator. Dette firma kunne være Leroy-somer,
som udvikler kompakte permanent motor med høj virkningsgrad.
Ved ombygning af kompressoren til en motor kan der opstå en temperatur problem i
den nye generator, da den ændrede halvhermetisk stempelkompressorer ikke vil blive kølet som det oprindelige design, der skete igennem den kolde kølemiddel ved suge siden.
Derimod vil generatoren bliver kølet af en overhedet kølemiddel på omkring 40-50 grader
Page 29 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
(se figur 5.2.2.1), hvor dette ikke vides at være tilstrækkeligt temperatur til at holde generatoren stabil. Hvis den modificeret halvhermetiskkompressors udvendigkøleribber ikke kan
tåle den stigende temperaturen kan der indkøbes og monteres vandkøling rundt om generatoren. Denne nedkøling af generator vil ikke have nogen effekt på virkningsgraden, da
kølemiddel alligevel skal køles ned efter den har passeret generatoren. Der kan også indkøbes en åben stempelkompressor, hvor den nuværende generator i ORC kan genbruges.
Ud over at ændre stemplekompressorens motor til en generator, skal selve ventiler til
indsugning og udstødning også ændres, eftersom en kompressors ventil er designet således at trykket ikke kan rende tilbage ind i kompressorens cylinder. Der skal derfor investeres i enten et elektroniks system til åbning og lukning af indsugning og udstødning ventilerne på hver cylinder eller et mekanisk system. Ved at ændre en stempelkompressorens
til en stempelmotor bliver suge side til
udstødningen, og udstødningen bliver
til indsugning (se figur 7.2.2.1). Styring
af de elektroniske eller mekaniske ventiller skal indstilles således. Ved stemplets top dødpunkt skal den nye indsugnings/trykside ventil være åbent,
således det overhedet kølemiddel kan
afsætte sin energi i stemplet. Når
stemplet rammer bund dødpunkt lukkes ventilen på tryksiden og ventil på
den nye udstødning bliver åbent, således det brugte kølemiddel bliver trykket
Figur 7.2.2.1: udsnit af en stempelkompressors virkemåde
med ud og indblæsnings ventil (2011)
videre til kondensatoren. Eftersom indstilling af de elektriske ventilers frekvens på åbning
og luknings mellem hver cylinder bliver svære tilpasse, vurderes den bedste løsning at
være en mekanisk styring af ventilerne vedhjælp af stødstanger montere på akslen. Topstykker skal designes fra bunden, hvor Salling vaske- og køleservice vil stå for at designe
og fabrikker denne.
Ved opstart af ORC anlægget med den nye stempelmotor skal begge ventiler holdes
open, mens motoren kører turbinen op i omdrejninger, for at undgå hårde starts stød. Ventilernes indstilling ændres til deres normal drift parameter, når turbinen er oppe på de 1450
Page 30 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
omdrejninger. Samtidig skal kølemiddelspumpen startes ved lavere omdrejninger, mens
fordamperen er aktiv, således turbinen for noget damp at arbejde med. Kølemiddelspumpens hastighed øges langsomt til stempelmotor begynder at overtage styring på omdrejningstallet, således asynkronmotoren bliver til en generator.
7.3 Alternative anlæg
Der findes andre systemer til at genvende den overproducerede solvarme. Nogle af disse
anlæg kunne være direkte lagring af varmen til senere brug som saltlager og vandlager.
Vandlageret kan laves på forskellige måder, som f.eks. PTES (Pit Thermal Energu
Storage) også kaldt et damlager, et BTES (Borehole Thermal Energy Storage), også kaldt
et borehuls lager og et TTES (Tank Thermal Energy Storage), også kaldt ståltank (Energi
Styrelsen, 2013). Den tilgængelig overskuds energi som solfangerne producer om sommeren ligger på 79407,2 kWh/år, hvor volumen af vandet udregnes for at se mulighederne i
de 3 typer vandlager.
𝑄𝑡𝑜𝑡 = 𝑚𝑣 ∙ 𝐶𝑣 ∙ ∆𝑇 = 𝑉𝑣 ∙ 𝜑𝑣,80 ∙ 𝐶𝑣 ∙ ∆𝑇
⇕
𝑉𝑣 =
𝑄
79407 ∙ 3600
=
= 1755 𝑚3
𝐶𝑣 ∙ ∆𝑇 ∙ 𝜑𝑣,80 4,19 ∙ (80 − 40) ∙ 971,8
… … … . Ligning 7.3.1
Ståltanken er en velprøvet teknologi,
hvor Skive Kommune allerede ejer 2
akkumulerings tanke en på Torvegade
som er45 m3 og en på Den Blå Diamant som er 35 m3. Ulempen ved dette
system er den højre pris per m3 varmt
vand. Den estimeret pris for en 1755
m3 ståltank er 1800 kr./m3 (se figur
7.3.1 og ligning 7.3.1). Anlægget ville
Figur 7.3.1: graf over prisen i forhold til ståltankens volumen (2013)
Page 31 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
således koster omkring 3.160.000 kr.,
hvilket ikke kan konkurrere med reparationer og ændringerne på ORC anlægget. Der udover har Skive Kommune ikke plads til at etablere en
1755 m3 tank, så denne løsning vil
ikke være aktuel.
Damlagring er en utrolig effektiv
metode til at lager store mængder af
varme i længere tid, da det er betydelig billigere at grave et hul i jorden,
end at lave en beholder af stål. Ulempen ved anlægget er den påkrævede
størrelse for at virkningsgraden ikke er
uacceptable og her falder de 1755 m3
i den uacceptable kategori, eftersom
varmetabet over et år er langt over 50
Figur 7.3.2: Graf over virkningsgrad i forhold til damlageres
volumen (2013)
% (se figur 7.3.2). Derudover har Skive Kommune ikke mulighed for at etablere sådan et
system inde i Skive midtby, og er derfor ikke længere en mulighed.
Borehulslageret er et system som lager varmen i jorden i en dybde på 30-100m. Dette
betyder at jorden ikke må have strømmende vand, eftersom varmen vil blive båret væk.
Anlægget bliver typisk lavet i en klippe, så det vil ikke være muligt for Skive Kommune at
etablere denne type løsning, da jorden omkring rådhuset har højt vandspejl (Energi Styrelsen, 2013).
Saltlageret også kaldet salthydratet er en teknologi, som stadig er under udvikling, da
systemet har nogle store svagheder. Salthydratets styrker ligger i den store energitæthed i
faseskiftet, samt dens egenskab til at forblive på væskeform uanset temperatur. Derved
kan energien, i teorien lagers for evigt, og virkningsgraden vil ikke være faldende med
længden af opbevarelses tiden. For at udløse smeltevarmen skal væskeformen udsættes
for en krystallisering, som kan ske ved at tilføje en mekaniskspænding eller et kulde chok
ved at anvende flydende CO2 (DTU, u/d). Svagheden ligger i faseskiftet af salthydratet,
som bevirker at væskens volumen krymper, når den afgiver den optaget energi og bliver til
Page 32 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
fast form. Den faste form, samt reducering af volumen medføre en dårlig lednings overførelse fra salthydratet, som bevirker at konstruktionen skal opbygges i små patroner, der
hver indeholder flere kobber rør, for at udvinde varmen (se bilag 8). Dette får prisen og anlægget størrelse til at stige kraftigt (Miljøministeriet, 2013). Skive Kommune fik et tilbud på
disse salthydratets patroner, som kostede 5.000 kr. og fylder 0,164 m3 stykket og kunne
indeholde 10 kWh (bilag 8). Dette vil betyde at anlægget ville komme til at koste 39 millioner, og volumen på 1302,3 m3, hvor både volumen og prisen ville blive for stor for Skive
Kommune at etablere anlægget (se ligning 7.3.2 og 7.3.3).
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑙𝑎𝑔𝑒𝑟 =
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑙𝑎𝑔𝑒𝑟 =
𝑄𝑡𝑜𝑡
𝑄𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛
𝑄𝑡𝑜𝑡
𝑄𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛
∙ 𝑃𝑟𝑖𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛 =
∙ 𝑉𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛 =
79407
∙ 5.000 = 39.703.500 𝑘𝑟
10
79407
∙ 0,164 = 1302,3 𝑚3
10
. Ligning 7.3.2
… … … . Ligning 7.3.3
For at modvirke salthydratets dårlig ledningsevne har en tysk virksomhed Alfred Schneider
opfundet et salthydratet /oliebaseret system, hvor olien og salthydratet har direkte kontakt
Figur 7.3.3: Afbillede af et salthydratet system med olie (2013)
uden at blandes (se figur 7.3.3). Systemet fungerer ved at olien pumpens ned i bunden af
tanken med salthydrat, hvor massefyldeforskellen på olien og salthydratet lader olien sive
langsomt op igennem salthydratet i både fast og væske form. Den varme olie pumpes fra
det øverste lag ud til varmeveksleren, således varmen kan overføres til det vandbåren system (se figur 7.3.3), (Miljøministeriet, 2013). Systems opbygning, samt salthydratets
Page 33 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
energitæthed, gør at anlæggets størrelse
formindskes, i forhold til en traditionel stål
beholder med vand. Den 1755 m3 vandbeholder kan i teorien reduceres til 679,4
m3 saltlager, som er 2,6 gange mindre
(se ligning 7.3.4 og 7.3.5) og (figur 7.3.4).
Figur 7.3.4: Oplysning om salthydratet (2006).
𝑄𝑡𝑜𝑡 = 𝑄𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑓𝑎𝑠𝑡 + 𝑄𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑠𝑚𝑒𝑙𝑡𝑒 = 𝑚𝑠𝑎𝑙𝑡 ∙ 𝐶𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑓𝑎𝑠𝑡 ∙ ∆𝑇 + 𝑚𝑠𝑎𝑙𝑡 ∙ 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑠𝑚𝑒𝑙𝑡𝑒
⇕
𝑚𝑠𝑎𝑙𝑡 =
𝐶𝑠𝑎𝑙𝑡
𝑉𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑣æ𝑠𝑘𝑒 =
𝑄𝑡𝑜𝑡
79407 ∙ 3600
=
= 883.882 𝑘𝑔
∙ ∆𝑇 + 1 ∙ 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑠𝑚𝑒𝑙𝑡𝑒 2,54 ∙ (58 − 35) + 1 ∙ 265
𝑚𝑠𝑎𝑙𝑡
𝜌𝑠𝑎𝑙𝑡,𝑣æ𝑠𝑘𝑒
=
883882
= 679,4 𝑚3
1301
… Ligning 7.3.4
… … … . Ligning 7.3.5
Virksomheden gik konkrus, mens der stadig var patent på idéen, så udvikling af dette ellers lovende system gik i stå. Patentet er udløbet i dag, så firmaet Suntherm er i samarbejde med Salling vaske- og køleservice i gang med at design et system, som kunne blive
en fremtidig løsning til at genvende den overproduceret solvarme. Dog kan der gå år før et
færdig anlæg er klar til salg. Der kigges derfor ikke nærmere på dette system, som et alternativ til ORC anlægget.
Page 34 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
8. Lovgivning
Lovgivningen om et ORC anlæg er uklart, eftersom der ikke vides om det skal betragtes
som et køleanlæg, varmepumpe, eller som et helt nyt system som skal have sin egen lovning, dog er denne ikke produceret endnu. Det ville være logisk at følge lovgivning fra køleanlæggene, da de 2 typer systemer er næsten identiske, hvor den eneste forskel er kompressoren og turbinen.
Ud over omkostning ved komponenter og rørsystemer, så spiller lovgivning også en
rolle i økonomien, da køleanlægget har en fyldning på 50 kg. Med en fyldning på mere end
25 kg er der krav til anlæggets opstilling og Retsinformationen skriver således (2007, bilag
7, punkt 2 og 3.3).
”2 Når køleanlæg med mere end 25 kg kølemiddelfyldning opstilles i bygning,
skal kompressor, receiver, olieudskiller og lignende placeres i et eller flere maskinrum, hvor der ikke er faste arbejdspladser.
I kølerum med større volumen end 10 kubikmeter skal der etableres alarmsignaler og nødafbryder for ventilation i kølerummet.
3.3 Maskinrummet må ikke indeholde andre tekniske installationer end det for
køleanlægget nødvendige driftsudstyr, og der må kun udføres arbejde, der er
nødvendigt for driften af maskinrummet eller køleanlægget. ”
Ud fra denne lovgivning skal ORC anlæggets flyttes, når den skal CE godkendes, men eftersom anlægget stadig er på forsøgs basis ses der bort fra denne lovgivning, da det ellers
vil have en stor økonomisk indflydelse. Der kan også søges dispensation til anlægget når
den skal CE godkendes, således den kan blive godkendt til at stå i det nuværende maskinrum, da den opfylder alle kravene undtaget delen af punkt 3.3, som beskriver at anlægget
ikke må stå i samme rumme med andre systemer.
Der er også krav til eftersyn og vedligehold til kølanlæg med en fyldning på mere end
2,5 kg, hvor Retsinformationen skriver således (2007, bilag 7, punkt 4).
”4. Eftersyn og vedligeholdelse m.v.
Det skal ved passende eftersyn og vedligeholdelse m.v. sikres, at køleanlæg
til stadighed under anvendelse holdes i forsvarlig stand.
Ud over undersøgelserne af trykbeholdere og rørsystemer efter kapitel 5 og 9
Page 35 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
skal anlæg med fyldning større end 1 kg kølemiddel efterses mindst 1 gang
årlig. Se i øvrigt bilag 5, pkt. 2. 2 om undersøgelse af visse beholdere i køleanlæg.
Ved det årlige eftersyn kontrolleres det, at anlæggets beskyttelsesforanstaltninger mod overskridelse af de tilladte grænser fungerer korrekt.
Eftersyn og vedligeholdelse m.v. af køleanlæg skal udføres af en person, som
har fået den fornødne instruktion og øvelse i eftersyn og vedligeholdelse m.v.
af den pågældende anlægstype.
Ved anlæg med fyldning større end 2,5 kg kølemiddel skal det årlige eftersyn
udføres af en certificeret montør fra et kølefirma, jf. pkt. 5.”
Ud fra denne lovgivning skal ORC anlægget have et eftersyn fra et certificeret kølefirma,
som ifølge Salling vaske- og køleservice ville koster 1500 kr. årligt (Retsinformation,
2007).
Page 36 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
9. Rentabilitet
Der ses bort fra forhenværende investering i orc anlægget og solfangerne, da disse penge
allerede er brugt, og på ingen måde kan refunderes. Tilbagebetalingstiden på investeringen skal ske inden for 10 år, for at projektet godkendes.
9.1 Turbine
Der vælges at udvikle en turbine, eftersom der ikke vides hvornår NISSEN energi teknik
A/S står klar med et færdigt produkt. Indkøbet af en halvhermetiskstempelkompressor koster 20.082 kr., hvor der kun kan laves en vurdering af omkostninger for opbygningen af
stempelkompressoren til en stempelmotor. Der sker ikke en ombygningen af den asynkronmotor, da selve motoren kan bruges som generator. Design og fabrikation af et mekanisk styret topstykke til åbning og lukning af ventiler er blevet vurderet til at koste 50.000
kr. ved Salling vaske- og køleservice, men prisen kan variere, eftersom der kan opstå uforudsigelige problemer ved opgaven. Prisen på ombygning vil falde drastisk når den første
er færdig ombygget, og de kommende stempelmotorer er skønnet til at koste 30.000 kr.
med færdig ombygning. Hvilket er betydeligt lavere en Infinity Turbines turbine til 164.000
kr. Udskiftning af den nuværende turbine til den nye stempelmotor, samt indkørsel af
denne er vurderet til at koste 5.000 kr. i arbejdsløn. Den samlede pris for den nye turbine
kan ses i ligning 9.1.1.
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒,𝑡𝑜𝑡 = 𝑆10 + 𝑆10,𝑜𝑚𝑏𝑦𝑔 + 𝑆10,𝑖𝑛𝑠𝑡
⇕
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒,𝑡𝑜𝑡 = 20.082 + 50.000 + 5.000 = 75.082 𝑘𝑟
… … … . Ligning 9.1.1
9.2 Kølekreds
For at vælge en af de 2 metoderne ses der på tilbagebetalingens tiden på 10 år, hvor den
mest rentable af de 2 udvælges. ORC anlægget kører over netto ordninger, som betyder
at Skive Kommune ikke skal sælge strømmen, men kan have denne til gode til egen forbrug i op til et helt år. Prisen for den indkøbet elektricitet ligger på 1,65 kr./kWh, dog går
ORC anlægget ind under VE-drift da varmen kommer fra solfanger og prisen bliver derfor
2,5 kr./kWh, når anlægget er 10 kW eller mindre (Petersen, 2015).
Page 37 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
9.2.1 Metode 1
Ved metode 1 skulle der kun investeres i en ny pumpe, da Skive Kommune allerede har
frekvensomformer og filter (Bilag 2 og 3) Dykpumpen SP 17-5 købes ved Anchorpumps og
koster 16.235 kr. (Anchorpumps (B)) og arbejdes lønnen for installation vurderes til 5.000
kr. Forbruget for kølevandet med dykpumpen er 1,1 kW, og varmekredsens forbrug ligger
på 86 W. Derudover bruger kølemiddels pumpen 1,3 kW, dog medregnes denne ikke, eftersom dette allerede er gjort i virkningsgraden (se ligning 6.3). Investering på dette system bliver således 21.235 kr. (se ligning 9.2.1.1) og indtjening per år bliver således
15.998 kr. (se ligning 9.2.1.2).
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑚1,𝑡𝑜𝑡 = 𝑠𝑝17 + 𝑠𝑝17,𝑖𝑛𝑠𝑡 = 16.235 + 5.000 = 21.235 𝑘𝑟.
indtjening m1 = 2,5 ∙ 𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑡𝑜𝑡 ∙ (𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 − 𝑃𝑆𝑃,17 − 𝑃𝑚𝑎𝑔𝑛𝑎 ) − 𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟𝑠𝑦𝑛
⇕
𝑘𝑟
indtjening m1 = 2,5 ∙ 794,1 ∙ (10 − 1,1 − 0,086) − 1500 = 15.998
å𝑟
… … … . Ligning 9.2.1.1
… … . Ligning 9.2.1.2
9.2.2 Metode 2
Ved metode 2 skulle der investeres i nye rør, ventiler, og pumper. Pumpen er en SP 11-7
og koster 9.863 kr. ved Anchorpumps, hvor frekvensomformer og filteret allerede ejes, og
installations prisen sættes til 5.000 kr. (Anchorpumps (A)). Rørene kan laves i Alupex
(Wattoo (C)), og vurderes til at koste 10.000 kr. ved en VVS forhandler med tilhørende fittings, bøjninger og ventiler. Derudover skal der også bores 2 nye huller i væggen ud til
tank, som er blevet vurderet til at koste 2.500 kr. og timelønnen for installeringen af rør systemet er vurderet til 5.000 kr. Dykpumpen bruger 628 W og cirkulations pumpen til varmekredsen ligger stadig på 86 W. Investering på dette system bliver således 32.363 kr.
(se ligning 9.2.2.1) og indtjening per år bliver således 16.935 kr. (se ligning 9.2.2.2)
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑚2,𝑡𝑜𝑡 = 𝑠𝑝11 + 𝑠𝑝11,𝑖𝑛𝑠𝑡 + 𝑟ø𝑟 + 𝑟ø𝑟𝑖𝑛𝑠𝑡 + 𝑏𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔
⇕
𝑃𝑟𝑖𝑠𝑚2,𝑡𝑜𝑡 = 9.863 + 5.000 + 10.000 + 5.000 + 2.500 = 32.363 𝑘𝑟
. … … . Ligning 9.2.2.1
indtjening m2 = 2,5 ∙ 𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑡𝑜𝑡 ∙ (𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 − 𝑃𝑆𝑃,11 − 𝑃𝑚𝑎𝑔𝑛𝑎 ) − 𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟𝑠𝑦𝑛
Page 38 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
⇕
indtjening m2 = 2,5 ∙ 794,1 ∙ (10 − 0,628 − 0,086) − 1500 = 16935
𝑘𝑟
å𝑟
… … . Ligning 9.2.2.2
9.2.3 Valg af metode 1 og 2
For at undersøges hvilken metode, der får den største indtjening indenfor 10 år, opstilles
de 2 metoders årlige indtjening, samt deres investerings beløb som en funktion og indsættes i Geogebra, hvor der fås 2 lineære funktioner. De opsatte funktioner kan ses på figur
9.2.3.1 og ligning 9.2.3.1 og 9.2.3.2hvor metode 1 er g(x) og metode 2 er f(x). Metode 1
har en tilbagebetalings tid på 6 år og 7 dage, og metode 2 har en tilbagebetalings tid på 6
år og 4 måneder. Metode 2 vil være billigst på langsigt, eftersom effektforbruget er laverer,
men investering er også større, og dette medføre at metode 1 først er billigere end metoder 2 efter 11 år og 10 måneder.
𝑔(x) = −15998 ∙ x + 21235 + 75082
… … . Ligning 9.2.3.1
f(x) = −16.935 ∙ x + 32.363 + 75082
… … . Ligning 9.2.3.2
Figur 9.2.3.1: Graf over tilbagebetalings tiden på 2 forskellige metoder (2015)
Page 39 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
10. Konklusion
Undersøgelsen af ORC anlægget fremviste 2 problemer, som forhindrede ORC anlægget
fra en funktionel drift. Den først fejl lå i turbinen købt ved Infinity Turbine og den anden i
kølekredsen.
Turbine kunne ikke overstige 1350 omdr/h, hvilket skyldes en mekaniskmodstand, som
forekom når turbinen blev varm. Under forsøget af dette blev modstanden så stor, at turbinen blev umulig af dreje manuelt rundt. Turbinen blev derfor adskilt, hvor fejlen viste sig at
være sammenstødning af 2 roterende dele i magnetkoblingen. Grunden til sammenstødet,
var en kombination af en ikke tilspændt plastbeholder og et forkert valg af bolte til akslen.
De fleste af plastbeholderens bolte kun løsnes med fingrene, hvor kun få var spændt hårdere, derved var beholderen 2-3 mm tættere på bunden af magnet kobling. Kombineret
med bolte som ikke var underskænket og derved stak 2-3 mm ud, forårsagede at de 2 objekter berørte hinanden når turbinen blev varm. Fejlen blev udbedret ved at tilspænde
plastbeholderen, samt nedslibning af boltenes hoveder, således de var plan med magnetkoblingens bund. Efter udbedringerne blev turbinen testet under optimale forhold, men den
leverede ikke mere end 1,2 kW, selvom der var tilstrækkelig damp til at producere 10 kW.
Der blev undersøgt 3 muligheder for at erstatte den nuværende turbine. Tilkøbe en nyere
turbinen fra Infinity Turbine, vente på at NISSEN energi teknik A/S færdigudvikler deres
ORC anlæg eller muligheden for selv at konstruere en stempelmotor ud fra en stempelkølekompressor. De dårlige erfaringer fra Infinity Turbine, samt den manglende viden om
NISSEN energi tekniks udviklingstid, anbefales det derfor af Skive Kommune at erstatte
turbinen med en stempelkompressor. Investering i stempelkompressor, samt opbygningen
er estimerede til 75.082 kr.
Kølekredsen kunne ikke levere mere end 4 m3/h, hvor en test opstilling af en store kølekreds, samt beregning af de udmålte drift data, beviste at det nødvendige flow ved stabil
drift er 7,8 m3/h og 12,9 m3/h under opstart af anlægget. Der blev lavet 2 løsning forslag,
hvor den mest økonomisk indenfor 10 år, var metode 1 som genbrugte det eksisterende
kølekreds og investerede i en større pumpen, hvor investering kostede 21.235 kr. Metode
2 renoverede hele kølekredsen, for at reducere størrelsen på den nye pumpen, samt dens
effektforbrug og investering kostede 32.363 kr. Det anbefales derfor at investere i metode
1, eftersom der ikke vides om anlægget bliver tvunget til at flytte, når systemet skal CE
Page 40 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
godkendes. Uvidenheden stammer fra uklare regler gældende ORC anlæg i retsinformation lovgivning, da det ikke vides hvilken kategori ORC anlægget indgå under.
Derudover blev der undersøgt muligheden for at erstatte ORC anlægget med andre systemer som kunne genvende solvarmen. Undersøgelses kiggede på i alt 5 systemer, damlager, borehulslager, vand i ståltank, salthydrat i patroner og salthydrat i stålbeholdere. Ingen af disse systemer var mere rentabelt end de nødvendige ændringer på ORC anlægget, samt var det ikke muligt at implementere løsninger, da anlæggenes fysiske størrelse
var for stor.
Udbedring af turbinen og kølekredsen er tilbagebetalt indenfor 6 år og 7 dage, og der
kan derfor konkluderes at det vil være rentabelt for Skive Kommune at istandgøre disse
fejl.
Page 41 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
11. Perspektivering
Investering af et helt nyt ORC til andre solfanger anlæg er ikke rentabelt, set over 10 år,
med de nuværende priser på anlæggene. Prisen på anlægget Skive Kommune købte i
2010 uden turbine var 250.000 kr., og dens indtjening vil ca. være 17.000 kr. om året, hvor
en ny turbines pris vurderes til 50.000 kr. Det vil derfor tage 17,6 år at tilbagebetale sådan
et anlæg, hvis der ikke opstår nogle ekstra udgifter. Der skal ikke kun kigges på økonomien i løsninger med alternative energi, da Skive Kommune har mål om at være CO 2 neutral inden 2029. Derfor kan implementering af et ORC eller et alternativ system godt forsvares, samt kan tilbagebetalingstiden øges til 20 år, hvis anlæggets levetid kan overholde
dette.
Dog findes der rentable anlæg som genvender hele solvarmen og dækket 100 % af huset varmeforbrug med varmen fra sol, året rundt. Disse lavenergihuse er lavet i Swiss af
Jenni Energitechnik, og udføres ved at installeres en stor ståltank i midten af bygning og
solfanger på taget. Et af husene kan rumme 8 familier, har en tank på 200 m3, som bliver
forsynet af 180 m2 solfanger der dækker hele huset tag (Jenni Energitechnik, u/d). Kombineres disse anlæg med teknologien om salthydratet kan ståltanken i teorien bliver betydelig mindre. Dette kan gøres ved at fylder noget af ståltankens volumen med kapsler som
indeholder en type salthydrat der vil krystallisere med faldende temperatur, og man kan
derved udnytte energitætheden i smeltevarmen. Derved vil tankens energitætheden per
volumen stige, og den kan derfor formindske.
Der er blevet gjort opmærksom på rør systems nedslidning med væskehastigheder
over 1 m/s, hvor rapport have vurderet en økonomisk omkostning til metode 1 (kap 9.2.1)
af det øget slid på rørene, som ville reducere levetiden. Dette ville kunne gøre metode 2
rentabilitet bedre end metode 1, dog vides graden af nedslidningen ikke, samt den økonomisk konsekvens.
Page 42 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
12. Beregninger
12.1 Tilgængelig varme/drift timer
Figur 12.1.1: Vurderet månedlig ydelse af solfanger i MWh (2015)
12.1.1 Det totale varmeforbrug for hver måned
𝑠𝑜𝑙𝑓𝑎𝑛𝑔𝑒𝑟 𝑡𝑜𝑟𝑣𝑔𝑎𝑑𝑒
262,5
=
= 1,6
𝑠𝑜𝑙𝑓𝑎𝑛𝑔𝑒𝑟 𝐷𝑒𝑛 𝑏𝑙å 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡 162,5
Q forbrug,tot,,jan = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑗𝑎𝑛 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 30070 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 78783 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,feb = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑓𝑒𝑏 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 18245 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 47802 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,mar = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑚𝑎𝑟 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 16562 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 43392 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,april = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑎𝑝𝑟 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 14210 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 37230 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,maj = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑚𝑎𝑗 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 6361 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 16666 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,jun = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑗𝑢𝑛 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 2837 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 7433 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,jul = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑗𝑢𝑙 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 2837 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 7433 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,aug = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑎𝑢𝑔 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 3413 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 8942 𝑘𝑊ℎ
Page 43 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Q forbrug,tot,,sep = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑠𝑒𝑝 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 5012 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 13131 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,okt = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑜𝑘𝑡 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 9016 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 23622 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,nov = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑛𝑜𝑣 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 17380 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 45536 𝑘𝑊ℎ
Q forbrug,tot,,dec = 𝑄forbrug,𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡,𝑑𝑒𝑐 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 30423 ∙ (1 + 1 ∙ 1,62) = 79708 𝑘𝑊ℎ
12.1.2 Den total overproduktion for de 5 måneder, med en overproduktion
Q over,tot,,maj = 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑡𝑜𝑡,𝑚𝑎𝑗 − Q forbrug,tot,,maj = 29100 − 16666 = 12434 𝑘𝑊ℎ
Q over,tot,juni = 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑡𝑜𝑡,𝑗𝑢𝑛𝑖 − Q forbrug,tot,,juni = 30000 − 7433 = 22567 𝑘𝑊ℎ
Q over,tot,,juli = 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑡𝑜𝑡,𝑗𝑢𝑙𝑖 − Q forbrug,tot,,juli = 27200−= 7433 = 19767 𝑘𝑊ℎ
Q over,tot,,aug = 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑡𝑜𝑡,𝑎𝑢𝑔 − Q forbrug,tot,,aug = 28500 − 8942 = 19558𝑘𝑊ℎ
Q over,tot,,sep = 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑡𝑜𝑡,𝑠𝑒𝑝 − Q forbrug,tot,,sep = 20500 − 13131 = 7369 𝑘𝑊ℎ
12.1.3 Den gennemsnitlige drift tid af ORC anlægt per dag i hver måned
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑚𝑎𝑗 =
Q over,tot,,maj ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐
12434 ∙ 0,1
ℎ
=
= 2,7
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 ∙ 𝑑𝑎𝑔𝑒𝑚𝑎𝑗
10 ∙ 31
𝑑𝑎𝑔
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑗𝑢𝑛𝑖 =
Q over,tot,,juni ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐 22567 ∙ 0,1
ℎ
=
= 7,5
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 ∙ 𝑑𝑎𝑔𝑒𝑗𝑢𝑛𝑖
10 ∙ 30
𝑑𝑎𝑔
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑗𝑢𝑙𝑖 =
Q over,tot,,juli ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐 19767 ∙ 0,1
ℎ
=
= 6,4
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 ∙ 𝑑𝑎𝑔𝑒𝑗𝑢𝑙𝑖
10 ∙ 31
𝑑𝑎𝑔
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑎𝑢𝑔 =
Q over,tot,aug ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐
19558 ∙ 0,1
ℎ
=
= 6,3
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 ∙ 𝑑𝑎𝑔𝑒𝑎𝑢𝑔
10 ∙ 31
𝑑𝑎𝑔
𝑡𝑜𝑟𝑐,𝑠𝑒𝑝 =
Q over,tot,,sep ∙ 𝜂𝑜𝑟𝑐 7369 ∙ 0,1
ℎ
=
= 2,5
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 ∙ 𝑑𝑎𝑔𝑒𝑠𝑒𝑝
10 ∙ 30
𝑑𝑎𝑔
Page 44 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
12.2 Ny kølekreds Metode 1
For at beregne størrelsen på den nye pumpen skal køle anlægges tab findes. Tabet (Htab)
findes ved at beregne tryktab i rør og komponenter.
𝐻𝑡𝑎𝑏 = ∑𝐻𝑟ø𝑟 + ∑Hkomp = [m]
12.2.1 Tryktab i rør
Tryktabet i røret afhænger primært af væskehastigheden på mediet, som tommelfingerregel må denne ikke overstige 1 m/s ved en drift
tid mindre end 4000 h/år (se figur 12.2.1.1),
hvor dette anlæg har 794,1 h/år (se ligning
6.3). Det nuværende anlæg er dimensioneret
Figur 12.2.1.1: Vejledende væske hastighed (2004)
til et flow på 4 m3/h, så ved at genbruge kølekredsen kan der ikke overholdes denne anbefaling. Derud over har rørets ruhed også en stor betydning, dog er dette anlæg lavet med
rustfri stål og plast, som har en meget lav ruhed og derved lav friktion.
Tryktabet er beregnet i [mVs] og beregnes som vist følgende. Mediet i rørene får 2 hastigheder, eftersom anlægget skal bruge en støre starts flow for at gøre processen stabil.
Den stabildriftstab bruges til at beregne pumpens årlig effekt forbrug, hvor start flowets
driftstab bruges til at bestemme pumpens størrelse.
Hastighed:
𝑣35
7,8
∙4
𝑄
𝑄
𝑄∙4
𝑚
3600
= =𝜋
=
=
=
2,69
2
2
𝐴𝑖
𝜋 ∙ (32 ∙ 10−3 )2
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,35
4 ∙ 𝑑𝑖,35
𝑣35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝑣70
12,9
∙4
𝑄𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 4
𝑚
3600
==
=
= 4,46
2
−3
2
𝜋 ∙ (32 ∙ 10 )
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,35
7,8
∙4
𝑄∙4
𝑚
3600
=
=
=
0,56
2
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,70 𝜋 ∙ (70 ∙ 10−3 )2
Page 45 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
𝑣70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
Dato:01/06-2015-
12,9
∙4
𝑄𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 4
𝑚
3600
=
=
=
0,93
2
𝜋 ∙ (70 ∙ 10−3 )2
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,70
Rørets friktionstal:
For at beregne et rørs friktionstal [𝝀] skal Reynolds tal samt rørets relative ruhed bestemmes. Rørets ruhed [𝒌𝒔 ] kan slås op i tabeller, mens Reynolds tal beregnes som vist herunder.
Reynolds tal:
Reynolds tal regnes vedhjælp af væske hastigheden, røret indre diameter og en
kinematisk viskositet for mediet (se figur 12.2.1.2).
𝑅𝑒,35
𝑣35 ∙ 𝑑𝑖,35 2,69 ∙ (32 ∙ 10−3 )
=
=
= 65709,9
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
𝑅𝑒,35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝑅𝑒,70 =
𝑣35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 𝑑𝑖,35 4,46 ∙ (32 ∙ 10−3 )
=
=
= 108947
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
𝑣70 ∙ 𝑑𝑖,70 0,56 ∙ (70 ∙ 10−3 )
=
= 29923,7
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
𝑅𝑒,70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝑣70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 𝑑𝑖,70 0,93 ∙ (70 ∙ 10−3 )
=
=
= 49694,7
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
Figur 12.2.1.2:Stofværider for vand ved 1 bar
Page 46 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Relativ ruhed:
Den relativ ruhed findes ved
hjælp af røret ruhed og diameter.
Ruheden regnes med en afsætning, da vandet ikke er behandlet
og derved nemt kan afsætte et
kalk læg eller lignende på indersi-
Figur 12.2.1.3: Ruhed i rør over forskellige materialer (2004)
den af røret.
𝑅elativ ruhed35 =
𝑘𝑠,𝑟𝑢𝑠𝑡𝑓𝑟𝑖
0,00015
=
= 0,004688
(32 ∙ 10−3 )
𝑑𝑖,35
𝑅elativ ruhed70 =
𝑘𝑠,𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡
0,00015
=
= 0,002143
(70 ∙ 10−3 )
𝑑𝑖
Friktionstalet:
Friktion findes ved hjælp af Reynoldstal og relativ ruhed med en calculator lavet udfra
moodys chart (advdelphisys, U/d)
𝜆35 = 0,0312
𝜆35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 0,0307
𝜆70 = 0,0284
𝜆70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 0,0268
Tryktab i rørene:
𝐻𝑟ø𝑟,35
2
𝑙𝑟ø𝑟,35 𝑣35
2 ∙ 10
2,692
= 𝜆35 ∙
∙
= 0,0312 ∙
∙
= 7,18𝑚
(32 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,35 2𝑔
𝐻𝑟ø𝑟,35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝜆35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙
2
𝑙𝑟ø𝑟,35 𝑣35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
2 ∙ 10
4,462
∙
= 0,0307 ∙
∙
= 19,43 𝑚
(32 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,35
2𝑔
Page 47 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
𝐻𝑟ø𝑟,70
Dato:01/06-2015-
2
𝑙𝑟ø𝑟,70 𝑣70
800
0,562
= 𝜆70 ∙
∙
= 0,0284 ∙
∙
= 5,18 𝑚
(70 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,70 2𝑔
𝐻𝑟ø𝑟,70 = 𝜆70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
2
𝑙𝑟ø𝑟,70 𝑣70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
800
0,932
∙
∙
= 0,0268 ∙
∙
= 13,49 𝑚
(70 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,70
2𝑔
∑𝐻𝑟ø𝑟 = 𝐻𝑟ø𝑟,35 + 𝐻𝑟ø𝑟,70 = 7,18 + 5,18 = 12,36 𝑚
∑𝐻𝑟ø𝑟,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝐻𝑟ø𝑟,35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 + 𝐻𝑟ø𝑟,70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 19,43 + 13,49 = 32,92 𝑚
12.2.2 Tabet over komponenter
For at udregne tabet i komponenternes skal man finde modstandstal for den enkle komponent, medmindre forhandleren har oplyst tryktabet ved en bestemt flow.
Bøjninger:
Modstandstallet for 90o bøjninger findes ved at afmåle radiussen af den
dannede cirkel, hvis fire 90o bøjninger
sammensættes. Målingen sker fra
centeret af den dannede cirkel til center af rørets indvendige mål (se figur
12.2.2.1). Derud skal der også bruge
den indre diameter af røret. Der er i
alt 13 35x35 mm 90 o bøjninger i systemet (Wattoo (A), u/d).
𝑅 68
=
= 2,125 ≈ 2
𝐷 32
Figur 12.2.2.1:Modstand i forskellige rør fittings (2007)
Ϛbøj = 0,3
Page 48 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
2
2
v35
2,69
∑Hbøj = ∑(Ϛbøj ∙ Hdyn ) = ∑ (Ϛbøj ∙
) = 13 ∙ 0,3 ∙
= 1,44 𝑚
2∙g
2 ∙ 9,82
2
∑Hbøj,start = ∑(Ϛbøj ∙ Hdyn ) = ∑ (Ϛbøj ∙
2
v35,start
4,46
) = 13 ∙ 0,3 ∙
= 3,95 𝑚
2∙g
2 ∙ 9,82
Ventiler:
Ventilerne er kuglehaner på 1 ½ tommer, hvor der er 5 stk ialt. Tryktabet over ventiler
findes vedhjælp af en graf over ventils tab iforhold til flowet (se figur 12.2.2.2)
Figur 12.2.2.2: modstand over ventiler ved forskellige væske hastigheder (u/d)
Page 49 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
∑Hventil = 5 ∙
Dato:01/06-2015-
∆𝑝𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙
0,025 ∙ 105
=5∙
= 1,27 𝑚
𝜌v ∙ 𝑔
1000 ∙ 9,82
∑Hventil,start = 5 ∙
∆𝑝𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
0,068 ∙ 105
=5∙
= 3,46 𝑚
𝜌v ∙ 𝑔
1000 ∙ 9,82
Flow måler:
flowmålren er oplyst til et tab på 0,1 bar (Zenner, u/d)
Hflow =
∆𝑝𝑓𝑙𝑜𝑤𝑚å𝑙𝑒𝑟
𝜌v ∙ 𝑔
=
0,1 ∙ 105
= 1,02 𝑚
1000 ∙ 9,82
Udvidelse af rør:
Det antages at udvidelsen
sker gradvist. Modstandstallet findes ved forskellen
på diameterne, hvor dette
bliver slået om i en tabel
(se figur 12.2.2.3).
𝑑𝑖70 70 ∙ 10−3
=
= 2,19
𝑑𝑖32 32 ∙ 10−3
Ϛ32−70 = 2,5
Figur 12.2.2.3: modstand for rørudvidelser (2007)
Derefter kan tabet over en diffusor bestemmes.
𝐻32−70.
2
𝑣70
0,562
= Ϛ32−70. ∙
= 2,5 ∙
= 0,04𝑚
2∙𝑔
2 ∙ 9,82
𝐻32−70,start = Ϛ32−70 ∙
2
𝑣70,start
0,932
= 2,5 ∙
= 0,11𝑚
2∙𝑔
2 ∙ 9,82
Page 50 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Kondensator:
tryktabet i kondensatoren er sat til 2 m (Petersen, 2015)
Hkond = 2 m
Samlet komponent tab:
Tabet over et anlægs samlede komponenter kan beregnes således.
∑Hkomp = ∑Hbøj + ∑Hventil + 𝐻32−70 + 𝐻𝑓𝑙𝑜𝑤 + Hkond = 1,44 + 1,27 + 0,04 + 1,02 + 2 = 5,77 𝑚
∑Hkomp,start = ∑Hbøj,start + ∑Hventil,start + 𝐻32−70,start + 𝐻𝑓𝑙𝑜𝑤 + Hkond = 3,95 + 3,46 + 0,11 +
1,02 + 2 = 10,54 𝑚
12.2.3 Anlægs tab
𝐻𝑡𝑎𝑏 = ∑𝐻𝑟ø𝑟 + ∑Hkomp = 12,36 + 5,77 = 18,13 m
𝐻𝑡𝑎𝑏,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = ∑𝐻𝑟ø𝑟,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 + ∑Hkomp = 32,92 + 10,54 = 43,46m
Lofte højden for pumpen
Der kan ses bort fra det statisk tryk da begge tanke har dette samme statiske tryk, fordi de
er åbene til atmosfæren. Der kan også ses bort fra dynamsik tryk forskel, eftersom
væsken er stillestående i begge punkter, da udløbet i Felding bæk sker over dens væske
højde.
𝐻𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝐻𝑡𝑎𝑏 + ∆𝐻𝑔𝑒𝑜 + ∆𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡 + ∆𝐻𝑑𝑦𝑛 = 𝐻𝑡𝑎𝑏 + ∆𝐻𝑔𝑒𝑜
⇕
𝐻𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 18,13 + (2 − 1 + 1 + 1,5) = 21,63 𝑚
𝐻𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝐻𝑡𝑎𝑏,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 + ∆𝐻𝑔𝑒𝑜 = 43,46 + (2 − 1 + 1 + 1,5) = 46,96 𝑚
Page 51 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
12.3 Ny kølekreds Metode 2
For at beregne størrelsen på den nye pumpen skal køle anlægges tab findes. Tabet (H tab)
findes ved at beregne tryktab i rør og komponenter.
𝐻𝑡𝑎𝑏 = ∑𝐻𝑟ø𝑟 + ∑Hkomp = [m]
12.3.1 Tryktab i rør
Tryktabet i røret afhænger primært af væskehastigheden på mediet, som tommelfingerregel må denne ikke overstige 1 m/s ved en drift
tid mindre end 4000 h/år (se figur 13,2,1,1),
hvor dette anlæg har 794,1 h/år (se ligning
6.3). Det nuværende anlæg er dimensioneret
Figur 13.2.1.1: Vejledende væske hastighed (2004)
til et flow på 4 m3/h, så ved at genbruge kølekredsen kan der ikke overholdes denne anbefaling. Derfor skal der dimensioneres et nyt rørsystem som kan håndtere det nye flow på
7,8 m3/h uden at overstige 1 m/s.
Tryktabet er beregnet i [mVs] og beregnes som vist følgende. Mediet i rørene får 2 hastigheder, eftersom anlægget skal bruge et støre starts flow for at gøre processen stabil.
Den stabildriftstab bruges til at beregne pumpens årlig effekt forbrug og rørets diameter,
hvor start flowets driftstab bruges til at bestemme pumpens størrelse.
Røret ny diameter:
7,8
𝑄 ∙ 4 √3600 ∙ 4
𝑑𝑖 = √
=
= 0,052523 𝑚 = 52,52 𝑚𝑚
𝜋 ∙ v1
𝜋∙1
Der vælges derfor at bruge et Ø63x6 mm aluplex, som har en indre diameter på 51 mm.
Selvom dette er 1,52 mm mindre en den udregnet indre diameter anses det ikke for et problem, da de 1 m/s kun er en anbefaling. Grunden til at der ikke bruges rustfristål rør som
det tidligere anlægget er kontureret af, er at prisen på aluPEX er 3-4 gange billigere end
rustfristål rør i samme størrelse. gå om til den næste standart rør størrelse på Ø76,1x2
Page 52 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
mm, skyldes den stor pris forskel. 6 meter Ø54x1,5 mm koster 3663 kroner og 6 meter
Ø76,1x2 mm koster 11502 kroner, så det er 3 gange så dyrt.
Hastighed:
𝑣51
7,8
∙4
𝑄
𝑄
𝑄∙4
𝑚
3600
= =𝜋
=
=
= 1,06
2
−3
2
2
𝐴𝑖
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,51 𝜋 ∙ (51 ∙ 10 )
4 ∙ 𝑑𝑖,51
𝑣51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝑣70
12,9
∙4
𝑄𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 4
𝑚
3600
==
=
=
1,75
2
𝜋 ∙ (51 ∙ 10−3 )2
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,51
7,8
∙4
𝑄∙4
𝑚
3600
=
=
=
0,56
2
𝜋 ∙ (70 ∙ 10−3 )2
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,70
𝑣70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
12,9
∙4
𝑄𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 4
𝑚
3600
=
=
=
0,93
2
𝜋 ∙ (70 ∙ 10−3 )2
𝑠
𝜋 ∙ 𝑑𝑖,70
Rørets friktionstal:
For at beregne et rørs friktionstal [𝝀] skal Reynolds tal samt rørets relative ruhed bestemmes. Rørets ruhed [𝒌𝒔 ] kan slås op i tabeller, mens Reynolds tal beregnes som vist herunder.
Reynolds tal:
Reynolds tal regnes vedhjælp af væske hastigheden, røret indre diameter og en
kinematisk viskositet for mediet (se figur 13.2.1.2).
𝑅𝑒,51 =
𝑣51 ∙ 𝑑𝑖,51 1,06 ∙ (51 ∙ 10−3 )
=
= 41267,2
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
𝑅𝑒,51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 =
𝑅𝑒,70
𝑣51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 𝑑𝑖,51 1,75 ∙ (51 ∙ 10−3 )
=
= 68129,8
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
𝑣70 ∙ 𝑑𝑖,70 0,56 ∙ (70 ∙ 10−3 )
=
=
= 29923,7
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
Page 53 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
𝑅𝑒,70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
Dato:01/06-2015-
𝑣70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙ 𝑑𝑖,70 0,93 ∙ (70 ∙ 10−3 )
=
=
= 49694,7
𝑣𝑘𝑖𝑛
1,31 ∙ 10−6
Figur 13.2.1.2:Stofværider for vand ved 1 bar
Relativ ruhed:
Den relativ ruhed findes ved
hjælp af røret ruhed og diameter.
Ruheden regnes med en afsætning, da vandet ikke er behandlet
og derved nemt kan afsætte et
kalk læg eller lignende på indersi-
Figur 13.2.1.3: Ruhed i rør over forskellige materialer (2004)
den af røret.
𝑅elativ ruhed51 =
𝑘𝑠,𝑟𝑢𝑠𝑡𝑓𝑟𝑖
0,00015
=
= 0,002941
(51 ∙ 10−3 )
𝑑𝑖,51
𝑅elativ ruhed70 =
𝑘𝑠,𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡
0,00015
=
= 0,002143
(70 ∙ 10−3 )
𝑑𝑖
Friktionstalet:
Friktion findes ved hjælp af Reynoldstal og relativ ruhed med en calculator lavet udfra
moodys chart (advdelphisys, U/d)
𝜆51 = 0.0290
𝜆51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 0.0279
Page 54 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
𝜆70 = 0,0284
𝜆70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 0,0268
Tryktab i rørene:
𝐻𝑟ø𝑟,51 = 𝜆51 ∙
𝐻𝑟ø𝑟,51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝐻𝑟ø𝑟,70
2
𝑙𝑟ø𝑟,51 𝑣51
2 ∙ 10
1,062
∙
= 0,0290 ∙
∙
= 0,65 𝑚
(51 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,51 2𝑔
2
𝑙𝑟ø𝑟,51 𝑣51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
2 ∙ 10
1,752
= 𝜆51,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙
∙
= 0,0279 ∙
∙
= 1,71 𝑚
(51 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,51
2𝑔
2
𝑙𝑟ø𝑟,70 𝑣70
800
0,562
= 𝜆70 ∙
∙
= 0,0284 ∙
∙
= 5,18 𝑚
(70 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,70 2𝑔
𝐻𝑟ø𝑟,70 = 𝜆70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 ∙
2
𝑙𝑟ø𝑟,70 𝑣70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
800
0,932
∙
= 0,0268 ∙
∙
= 13,49 𝑚
(70 ∙ 10−3 ) 2 ∙ 9,82
𝑑𝑖,70
2𝑔
∑𝐻𝑟ø𝑟 = 𝐻𝑟ø𝑟,35 + 𝐻𝑟ø𝑟,70 = 0,65 + 5,18 = 5,83 𝑚
∑𝐻𝑟ø𝑟,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝐻𝑟ø𝑟,35,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 + 𝐻𝑟ø𝑟,70,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 1,71 + 13,49 = 15,2 𝑚
Page 55 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
12.3.2 Tabet over komponenter
For at udregne tabet i komponenternes skal man finde modstandstal for den enkle komponent, medmindre forhandleren har oplyst tryktabet ved en bestemt flow.
Bøjninger:
Modstandstallet for 900 bøjninger findes ved at afmåle radiussen af den
dannede cirkel, hvis 900 bøjninger
sammensættes. Målingen sker fra
centeret af den dannede cirkel til center af rørets indvendige mål (se figur
13.2.2.1). Derud skal der også bruge
den indre diameter af røret. Der er i
alt 13 stik 90o bøjninger i systemet,
hvor aluPEX røret må have en bøje
radius på 252 mm. Da denne bøjnin-
Figur 13.2.2.1:Modstand i forskellige rør fittings (2007)
ger er for stort, vælges det at bruge
de færdig lavet 63x63 mm 900, dog
har disse en meget lav radius, som øger tabet (fraenkische, u/d)
𝑅 63
=
= 1.2
𝐷 51
Ϛbøj = 0,4
2
2
v51
1,06
∑Hbøj = ∑(Ϛbøj ∙ Hdyn ) = ∑ (Ϛbøj ∙
) = 13 ∙ 0,4 ∙
= 0,30 𝑚
2∙g
2 ∙ 9,82
2
∑Hbøj,start = ∑(Ϛbøj ∙ Hdyn ) = ∑ (Ϛbøj ∙
2
v51,start
1,75
) = 13 ∙ 0,4 ∙
= 0,81 𝑚
2∙g
2 ∙ 9,82
Page 56 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Ventiler:
De nye ventilerne i systemer bliver kuglehaner på 2 tommer, hvor der er installeres 2 stk
,en på tilgangen og en på afgangen af kondensatoren. Tryktabet over ventiler findes
vedhjælp af en graf over ventils tab iforhold til flowet (se figur 13.2.2.2)
Figur 13.2.2.2: modstand over ventiler ved forskellige væske hastigheder (u/d)
∆𝑝𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙
0,012 ∙ 105
∑Hventil = 5 ∙
=2∙
= 0,24 𝑚
𝜌v ∙ 𝑔
1000 ∙ 9,82
∑Hventil,start = 5 ∙
∆𝑝𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝜌v ∙ 𝑔
0,04 ∙ 105
=5∙
= 0,81 𝑚
1000 ∙ 9,82
Page 57 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Flow måler:
Det vælges ikke at indsætte en ny flowmålren for at holde prisen på det nye anlæg nede.
Den gamle flowmåler bliver fjerne, da denne ikke kan klare det nye flow.
Hflow =
∆𝑝𝑓𝑙𝑜𝑤𝑚å𝑙𝑒𝑟
𝜌v ∙ 𝑔
=
0,1 ∙ 105
=0𝑚
1000 ∙ 9,82
Udvidelse af rør:
Der vælges en udvidelse
som gradvist udvider sig.
Modstandstallet findes ved
forskellen på diameterne,
hvor dette bliver slået om i
en tabel (se figur 13.2.2.3).
𝑑𝑖70 70 ∙ 10−3
=
= 1,37
𝑑𝑖51 51 ∙ 10−3
Figur 13.2.2.3: modstand for rørudvidelser (2007)
Ϛ51−70 = 0,2
Derefter kan tabet over en diffusor bestemmes.
𝐻51−70.
2
𝑣70
0,562
= Ϛ51−70. ∙
= 0,2 ∙
= 0,0032𝑚
2∙𝑔
2 ∙ 9,82
𝐻51−70,start = Ϛ51−70 ∙
2
𝑣70,start
0,932
= 0,2 ∙
= 0,009𝑚
2∙𝑔
2 ∙ 9,82
Page 58 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Kondensator:
tryktabet i kondensatoren er sat til 2 m (Petersen, 2015)
Hkond = 2 m
Samlet komponent tab:
Tabet over et anlægs samlede komponenter kan beregnes således.
∑Hkomp = ∑Hbøj + ∑Hventil + 𝐻51−70 + 𝐻𝑓𝑙𝑜𝑤 + Hkond = 0,24 + 0,24 + 0,0032 + 0 + 2 = 2,48 𝑚
∑Hkomp,start = ∑Hbøj,start + ∑Hventil,start + 𝐻32−70,start + 𝐻𝑓𝑙𝑜𝑤 + Hkond = 0,81 + 0,81 + 0,009 + 0 +
2 = 3,63 𝑚
12.3.3 Anlægs tab
𝐻𝑡𝑎𝑏 = ∑𝐻𝑟ø𝑟 + ∑Hkomp = 5,83 + 2.48 = 8,31 m
𝐻𝑡𝑎𝑏,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = ∑𝐻𝑟ø𝑟,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 + ∑Hkomp = 15,2 + 3,63 = 18,83 m
Lofte højden for pumpen
Der kan ses bort fra det statisk tryk da begge tanke har dette samme statiske tryk, fordi de
er åbene til atmosfæren. Der kan også ses bort fra dynamsik tryk forskel, eftersom
væsken er stillestående i begge punkter, da udløbet i Felding bæk sker over dens væske
højde.
𝐻𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝐻𝑡𝑎𝑏 + ∆𝐻𝑔𝑒𝑜 + ∆𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡 + ∆𝐻𝑑𝑦𝑛 = 𝐻𝑡𝑎𝑏 + ∆𝐻𝑔𝑒𝑜
⇕
𝐻𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 8,31 + (2 − 1 + 1 + 1,5) = 11,81 𝑚
𝐻𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝐻𝑡𝑎𝑏,𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 + ∆𝐻𝑔𝑒𝑜 = 18,83 + (2 − 1 + 1 + 1,5) = 22,33 𝑚
Page 59 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
13. Litteraturliste
13.1 Kildekritik
Kilderne findes fra troværdig udgivere, som miljøministeriet, DTU, Energistyrelsen, Retsinformationen, og diverse producenter af materialer brugt i rapporten, hvor stoffet er af nyere
dato. Kilderne er blevet kryds tjekket, hvis muligt ved flere af de troværdige kilder. Oplysninger fra Skive Kommunes anlæg, økonomi og drifts parameter anses som troværdige.
Til udregning af diverse beregninger er der blevet brugt undervisning materiale og fagbøger udleveret gennem skolens forløb.
13.2 Litteratur
Infinity Turbine LLC. 2010. IT10 ORC – Organic Rankine cycle. Canada: Infinity Turbine.
Hvenegaard, Claus M. 2004. Den lille blå bog om spare pumper. 1 udgave. Espergærde:
A-print ApS
Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Gruntoft, Søren. 2003. Køleteknik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Michael Petersen, 2015. Diskussion af ORC systemet. (Personal communication, april
2015).
13.3 Links
AAMS, u/d. Studieordning maskinmester 9. Semester fremmøde. [Online]
Tilgængelig via: https://drive.google.com/a/campus.aams.dk/folderview?id=0B2kyAOX6FrjLYlNYc2duc2hMcDQ&usp=sharing#list
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
advdelphisys, u/d. Moody chart calculator. [Online]
Tilgængelig via: http://www.advdelphisys.com/michael_maley/Moody_chart/
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Page 60 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Airliquide, u/d. Gas Encyclopedia. [Online]
Tilgængelig via:http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp?GasID=141#GeneralData
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Anchorpumps (A), u/d. Grundfos SP11-7 EuP Ready Energy Efficient 4" Submersible
Borehole Pump 1.50kW 415V (98699314). [Online]
Tilgængelig via: http://www.anchorpumps.com/grundfos-sp11-7-eup-ready-energy-efficient-4-submersible-borehole-pump-1-50kw-415v-98699314
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Anchorpumps (B), u/d. Grundfos SP17-5 4" Submersible Borehole Pump 415V. [Online]
Tilgængelig via: http://www.anchorpumps.com/sp17-5-4-submersible-borehole-pump-415v
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
AO, u/d. Datablad - Teknisk specifikationer. [Online]
Tilgængelig via: https://ao.dk/DocumentProvider.ashx?ProductCertificate=2996737.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Area cooling solutins, u/d. compressor S 10 51Y frascold. [Online]
Tilgængelig via:
http://www.areacooling.dk/produkter/kompressorer/halvhermetiske/stempel-4/frascold/s10-51y/
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Page 61 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Danfoss, 2009. Brazed Plate Heat Exchanger Type PHE. [Online]
Tilgængelig via: ftp://software.danfoss.com/IA/pdf/IA-HEX-catalogue-compressed.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
DTU, u/d. Kompakt sæsonvarmelagring til solvarmeanlæg, som helt dækker husets årlige
varmebehov [Online]
Tilgængelig via:
http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CCEQFjAB&u
rl=http%3A%2F%2Fwww.solvarme.byg.dtu.dk%2F~%2Fmedia%2FSubsites%2FSolvarme
%2Fsinodanish%2520research%2520project%2Fproject%2520meetings%2F2011%2520june%252
016%2Fdownloadable%2520presentation%2520slides%2Freports%2Fiea_task_42_comp
act_thermal_energy_storage_material_development_and_system_integration.ashx&ei=W
Br4VOXFGuHMygPHjYLIDw&usg=AFQjCNFfqDTkUx3pAOWYaBrNJkmY_GdXA&bvm=bv.87519884,d.ZWU
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
DTU, 2006. Advance Storage concepts for solar thermal systems in low energy buildings
[Online]
Tilgængelig via:
http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&ved=0CEcQFjAG&ur
l=http%3A%2F%2Fwww.byg.dtu.dk%2F~%2Fmedia%2FInstitutter%2FByg%2Fpublikation
er%2Fbyg_rapporter%2F2%2Fbygsr0601.ashx&ei=1gv4VMybOcTyOIiYgMAL&usg=AFQjCNFF816jSztRqqbN38ip7oJO472OA&bvm=bv.87519884,d.ZWU
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Energi Styrelsen, 2013. Udredning vedrørende varmelagringsteknologier og store varmepumper til brug i fjernvarmesystemet. [Online]
http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/byggeri/udredning_vedroerende_varmelagringsteknologier_og_store_varmepumper_til_brug_i_fjernvarmesystemet.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Page 62 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
fraenkische, u/d.Alpex system 16-75 mm. [Online]
Tilgængelig via:
https://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CC0QFjAA&
url=http%3A%2F%2Fwww.phj.dk%2FAdmin%2FPublic%2FDownload.aspx%3Ffile%3DFiles%252FFiler%252FPDF%252FBrochure%252FDanske%252FNeoTherm%2Balpex_Teknisk%2Binformation_DK.pdf&ei=DUU_VZtE8mvswG8jYGQCQ&usg=AFQjCNEuW5E0SaXNwUxPYQJeHqhVPMxn4Q&sig2=_cdprOBCzGPU60eBJ1xczg&cad=rja
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Huco, u/d. Air motors. [Online]
Tilgængelig via: http://www.huco.com/products.asp?p=true&cat=530
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Infinity Turbine, u/d. ORC- Organic Rankine Cycle. [Online]
Tilgængelig via: http://infinityturbine.com/ORC/ORC_Waste_Heat_Turbine.html
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Jenni Energitechnik, u/d. Brochures. [Online]
http://www.jenni.ch/allgemein.html
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Miljøministeriet, 2013. Slow Heat Release. [Online]
Tilgængelig via: http://www2.mst.dk/Udgiv/publikationer/2013/10/978-87-92903-39-6.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Page 63 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Retsinformation, 2007. Bekendtgørelse om anvendelse af trykbærende udstyr – BEK nr
100 af 31/01/2007. [Online]
Tilgængelig via: https://www.retsinformation.dk/Forms/R0710.aspx?id=31045
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Skive Kommune, 2010. Klima og Energi Strategi. [Online]
http://www.energibyenskive.dk/media/6469/binder1.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Wattoo (A), u/d. InoxPRES – Rustfri (AISI 316L) bøjninger 900 m.preskoblinger. [Online]
Tilgængelig via: http://www.wattoo.dk/inoxpres-rustfri-pres-aisi-316l-boejning-medmuffer#1726=16572
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Wattoo (B), u/d. InoxPRES – Rustfri (AISI 316L) til preskoblinger – 6 meter. [Online]
Tilgængelig via: http://www.wattoo.dk/inoxpres-rustfrit-staalroer-aisi-316l-til-preskoblinger6-meter
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Wattoo (C), u/d. Uponor Unipipe MLC - AluPEX-rør (lige længde), Ø63 x 6,0 mm - 5 meter.
[Online]
Tilgængelig via: http://www.wattoo.dk/unipipe-hv-lige-5-m-63x6-0-mm-5-meter-087306163
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Zenner, u/d. Energymetering. [Online]
Tilgængelig via:
http://www.zenner.com/tl_files/content/ZENNER%20COM%20ENGLISCH/Downloads/CAT_
WMZ_EN_heat-meters.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Page 64 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
13.4 Billeder
Figur 3.1.1: Gruntoft, Søren. 2003. Køleteknik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 3.1.2: Gruntoft, Søren. 2003. Køleteknik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 4.1.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 4.1.3.1: (Bilag 1)
Figur 4.1.5.1: Danfoss, 2009. Brazed Plate Heat Exchanger Type PHE. [Online]
Tilgængelig via: ftp://software.danfoss.com/IA/pdf/IA-HEX-catalogue-compressed.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 4.1.7.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 4.1.8.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 5.1.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 5.1.2: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 5.1.3: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 5.2.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 5.2.1: Grundfos, 2015. Magna 50-120 F - 96504872. [Online]
Tilgængelig via: http://product-selection.grundfos.com/product-detail.html?pumpsystemid=27746226&scenario=Quick%2Bproduct%2Bsearch&application=&area=&installation=&family=&type=&subtype=&step=2#MAGNA%2050-120%20F?qcid=27746256
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 5.2.2.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 6.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 7.1.1.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Page 65 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Figur 7.2.2.1: YouTube, 2011. Reciprocating compressor. [Online]
Tilgængelig via: https://www.youtube.com/watch?v=fTDkG1y5R34
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 7.3.1: Energi Styrelsen, 2013. Udredning vedrørende varmelagringsteknologier og
store varmepumper til brug i fjernvarmesystemet. [Online]
http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/byggeri/udredning_vedroerende_varmelagringsteknologier_og_store_varmepumper_til_brug_i_fjernvarmesystemet.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 7.3.2: Energi Styrelsen, 2013. Udredning vedrørende varmelagringsteknologier og
store varmepumper til brug i fjernvarmesystemet. [Online]
http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/byggeri/udredning_vedroerende_varmelagringsteknologier_og_store_varmepumper_til_brug_i_fjernvarmesystemet.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 7.3.3: Miljøministeriet, 2013. Slow Heat Release. [Online]
Tilgængelig via: http://www2.mst.dk/Udgiv/publikationer/2013/10/978-87-92903-39-6.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 7.3.4 DTU, 2006. Advance Storage concepts for solar thermal systems in low
energy buildings [Online]
Tilgængelig via:
http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&ved=0CEcQFjAG&ur
l=http%3A%2F%2Fwww.byg.dtu.dk%2F~%2Fmedia%2FInstitutter%2FByg%2Fpublikation
er%2Fbyg_rapporter%2F2%2Fbygsr0601.ashx&ei=1gv4VMybOcTyOIiYgMAL&usg=AFQjCNFF816jSztRqqbN38ip7oJO472OA&bvm=bv.87519884,d.ZWU
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 9.2.3.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Figur 12.1.1: (Bilag 5)
Figur 12.2.1.1: Hvenegaard, Claus M. 2004. Den lille blå bog om spare pumper. 1 udgave.
Espergærde: A-print ApS
Page 66 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Figur 12.2.1.2: Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 12.2.1.3: Hvenegaard, Claus M. 2004. Den lille blå bog om spare pumper. 1 udgave.
Espergærde: A-print ApS
Figur 12.2.2.1: Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 12.2.2.2: AO, u/d. Datablad - Teknisk specifikationer. [Online]
Tilgængelig via: https://ao.dk/DocumentProvider.ashx?ProductCertificate=2996737.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 12.2.2.3: Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 13.2.1.1: Hvenegaard, Claus M. 2004. Den lille blå bog om spare pumper. 1 udgave.
Espergærde: A-print ApS
Figur 13.2.1.2: Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 13.2.1.3: Hvenegaard, Claus M. 2004. Den lille blå bog om spare pumper. 1 udgave.
Espergærde: A-print ApS
Figur 13.2.2.1: Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Figur 13.2.2.2: AO, u/d. Datablad - Teknisk specifikationer. [Online]
Tilgængelig via: https://ao.dk/DocumentProvider.ashx?ProductCertificate=2996737.pdf
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Figur 13.2.2.3: Gruntoft, Søren. 2007. Termodynamik. 2 udgave. København V: Nyt Teknisk Forlag
Page 67 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
13.5 Tabeller
Tabel 5.2.2.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Tabel 5.3.4.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Tabel 6.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Tabel 7.1.1.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Tabel 7.1.2.1: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
13.5 Bilag
Bilag 1: Infinity Turbine, u/d. ORC- Organic Rankine Cycle. [Online]
Tilgængelig via: http://infinityturbine.com/ORC/ORC_Waste_Heat_Turbine.html
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Bilag 2: Elsalg (A), u/d. FREKVENSOMFORMER 3x400V, 2,2/4kW, 5/9 Amp IP20. [Online]
Tilgængelig via: http://www.elsag.dk/frekvensomformer/frekvensomformer-3x400v4kw.htm
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015
Bilag 3: Elsalg (B), u/d. EMC filter passende til CHF100-3-0,75/CHF100-3-1,5/CHF100-32,2. [Online]
Tilgængelig via: http://www.elsag.dk/frekvensomformer/emc-filter-b.htm
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Bilag 4: Grundfos, 2015. Magna 50-120 F - 96504872. [Online]
Tilgængelig via: http://product-selection.grundfos.com/product-detail.html?pumpsystemid=27746226&scenario=Quick%2Bproduct%2Bsearch&application=&area=&installation=&family=&type=&subtype=&step=2#MAGNA%2050-120%20F?qcid=27746256
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Bilag 5: (Forfatternes eget arkiv, 2015)
Page 68 of 69
Studerende: Jesper Knudsen
Dato:01/06-2015-
Bilag 6: Grundfos, 2015. SP 17-5 – 12A01905. [Online]
Tilgængelig via: http://product-selection.grundfos.com/product-detail.html?productnumber=12A01905&searchstring=SP%2B17-5&hits=1&scenario=Quick%2Bproduct%2Bsearch&application=&area=&installation=&family=&type=&subtype=&step=1#SP%2017-5?qcid=26269167
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Bilag 7: Grundfos, 2015. SP 11-5 – 98699314. [Online]
Tilgængelig via: http://product-selection.grundfos.com/product-detail.html?productnumber=98699314&searchstring=SP%2B11-7&hits=1&scenario=Quick%2Bproduct%2Bsearch&application=&area=&installation=&family=&type=&subtype=&step=1#SP%2011-7?qcid=26843510
[Senest hentet eller vist den 25/05-2015]
Bilag 8: Udleveret af Skive Kommune, 2015.
Page 69 of 69