Delrapport 2 - Kemiteknik - Lunds Tekniska Högskola

2.3.1 DESOVid ett studiebesök på AarhusKarlshamn uppgavs att kompressorerna helst inte ska köras vidmindre än 60 % av deras fulla kapacitet 7 . Om detta stämmer kan ett maximalt COP beräknasför kylkompressorerna på DESO.COP5= COPDESO6236=0.6 ⋅ 200DESO=236COP7=0.6 ⋅ 250DESO=1.62.0Kylan som tas ut från de tre kylkompressorerna är 236 kW vardera, vilket leder till ett COP på2.0 i DESO 5 och 6 (200 kW) samt ett COP på 1.6 i DESO 7 (250 kW). Detta är lågateoretiska COP-värden och de verkliga COP-värdena är förmodligen ännu lägre.Eventuellt är det lönsamt att köpa in nya mindre kylkompressorer som kan köras mer effektivtän dagens. En offert begärdes in från företaget York på en mindre kylkompressor med 100kW motoreffekt och samma kyleffekt som kylkompressorerna på DESO. York uppskattade attett lägsta pris för enbart en ny kompressor skulle vara runt 475 000 kr (se bilaga 1). Denårliga elkostnaden för en av kylkompressorerna med motoreffekt 200 kW är som lägst480 000 kr/år och elkostnaden för den nya, mindre kylkompressorn är som mest 400 000 kr/årenligt beräkningarna nedan. Besparingen blir alltså som lägst 80 000 kr/år.h kr0 .60 ⋅ 200kW ⋅ 8000 ⋅ 0.50 =år kWhh kr100 kW ⋅ 8000 ⋅ 0.50 =år kWh480000kr / år400000kr / årPå DESO körs alltid tre kylkompressorer samtidigt. Förmodligen hade två av dessa kunnatklara av att leverera samma kyleffekt och därmed hade den tredje helt kunnat tas ur bruk. Föratt täcka upp tillfälliga toppar i belastningen kan en mindre kylkompressor köpas in ochanvändas vid dessa tillfällen. Låt säga att en kylkompressor på 200 kW och en på 250 kWanvänds. Då blir medelmotoreffekten för vardera av de tre DESO-enheterna 150 kW. Därefterantas att en 50 kW kylkompressor köps in och körs under hälften av alla arbetstimmar. Då blirbesparingen i elkostnad som lägst 380 000 kr/år enligt beräkningarna nedan. Förmodligen ärinvesteringen i den mindre kylkompressorn intjänad efter mindre än ett år.⎛h kr ⎞ ⎛h kr ⎞⎜0 .60 ⋅ 200 kW ⋅ 8000 ⋅ 0.50 ⎟ − ⎜50 kW ⋅ 4000 ⋅ 0.50 ⎟ =⎝år kWh ⎠ ⎝år kWh ⎠380 000 kr / år2.3.2 Avvaxning och utlastningFör avvaxning och utlastning beräknas ett COP som baseras på den maximala kyleffekten(233kW) och motoreffekten ( 2 ⋅30kW ), vilket ger ett COP på 3.9 som beräknats enligt nedan.7 Muntlig källa: Tony Gunnarsson 2007-02-197

COP233=60avvaxning / utlastning=3.9Detta är ett normalt värde på kylfaktorn men baseras alltså på maximala kyl- ochmotoreffekter. Eftersom belastningen varierar i avvaxningen och utlastningen ser det möjligenannorlunda ut i verkligheten.2.3.3 KomfortkylaFör komfortkylan har COP över de två kylkretsarna vid samtidig maximal motor- ochkyleffekt beräknats till 5.0 för den ena ( 2 ⋅ 37 kW ) respektive 5.2 för den andra (200 kW). Demotsvarande maximala kyleffekterna är 370 kW respektive 1040 kW. COP beräknades enligtnedan.COPCOPQ=Q370=2 ⋅37kyl, maxLiten=motor, maxQ=Q1040=200kyl, maxStor=motor, max5.05.2Även dessa kylfaktorer verkar normala men återigen är det svårt att jämföra med verkligheteneftersom belastningen på komfortkylan varierar med årstiden.2.4 Undersökning av möjligheter till utökad havsvattenkylning2.4.1 KomfortkylaUnder sommaren, när kylbehovet är som störst, är det viktigt att köldmediet kyls ända ner till7°C. Under vinterhalvåret gör det inte så mycket om man inte kan kyla mediet ända ner tilldenna temperatur. Eftersom havsvattnet dessutom är som kallast under vintern skulle alltsåköldmediet kunna direktkylas med havsvatten under denna period. Om havsvattnet håller 5°Ckan köldmediet i alla fall kylas ned till 8-9°C, vilket kan vara tillräckligt under vintern.2.4.2 UtlastningI utlastningen ska olja kylas från 25°C till 12°C. Havsvattnets medeltemperatur ligger under5°C januari-april och under 10°C november-maj 8 . Alltså borde oljan vid utlastningen kunnakylas uteslutande med havsvatten under en viss del av året. Under de varmare månaderna kankylkompressorerna användas tillsammans med havsvattnet genom att kyla med tvåvärmeväxlare i serie. Först med havsvatten så långt det går och sedan med köldmediet frånkylkompressorerna.2.4.3 AvvaxningI avvaxningen ska oljan kylas ned till 1°C och sedan hållas vid denna temperatur under fleratimmar. Alltså kan inte enbart havsvatten användas till denna kylning. Om oljans temperaturin till avvaxningen är hög skulle havsvatten kunna användas till den första kylningen. Dock8 Utdelat material från AarhusKarlshamn, Varaktighetsdiagram för kylvattentemperatur Västra Ångcentralen8

utgör detta kylbehov en liten del av det totala behovet och det är förmodligen inte lönsamt attinvestera i havsvattenkylning.2.4.4 DESOEftersom temperaturen i iskondensorerna är -22°C (eller -30°C) kan inte havsvatten användasför att kyla ångan. Eventuellt kan havsvatten kyla under en del av temperaturintervallet mendå ångans temperatur in till DESO inte är känd har detta inte kunnat undersökas.2.4.5 Raff-FI Raff-F ska olja-acetonblandningen kylas från 40°C till cirka -20°C. En viss del av dennakylning kan utföras med havsvatten ned till olika temperaturer beroende på årstid. Det är intekänt om detta redan görs idag men om så inte är fallet kan kylkompressorerna avlastas genomatt kompletteras med havsvattenkylning.2.5 Varvtalsreglerade kompressorerFör att göra en vinst i effektåtgång kan ett alternativ till dagens reglering vara att iställetanvända varvtalsreglerade kompressorer. Närmare undersökning av detta har inte utförts idenna förprojektering, men tekniken bör ändå nämnas eftersom det är intressant att vidarestudera dess möjlighet att effektivisera kylsystemen på AarhusKarlshamn.9

3 Absorptionskylmaskiner3.1 DriftskostnaderEftersom absorptionskylmaskiner kräver mindre el än kompressionskylmaskiner skulle ettbyte kunna vara lönsamt. Det som avgör hur lönsamt ett byte blir är hur mycket hetvatten ellerånga som krävs för att driva absorptionskylmaskinen och hur mycket denna värmekälla kostar.Hur stor den drivande kraften måste vara fastställs av hur mycket som ska kylas. För attunderlätta beräkningarna antas, även då ammoniak-vatten används, att generatorn,kondensorn, förångaren och absorbatorn är vanliga värmeväxlare. Genom att räkna ut hurmycket ånga/hetvatten som krävs kan en driftskostnad per kWh producerad kyla beräknas.Den energi som måste tillföras i generatorn i en absorptionskylmaskin kan, som tidigarenämnts, antingen hämtas från 6 bars ånga med temperaturen 170°C eller från spillvärmebestående av hetvatten med temperaturen 100°C. Ångpriset är satt till 224 kr/ton vilketmotsvarar cirka 0.39 kr/kWh. Priset för hetvatten är 0.30 kr/kWh och vattnet hämtas frånföretagets interna fjärrvärmenät. Både hetvatten och ånga kan användas som värmekällaeftersom båda håller tillräckligt hög temperatur. I beräkningarna har hetvatten valts för atthålla ner driftskostnaderna.3.1.1 Komfortkyla, LiBr-vattenFör att ersätta kylkompressorerna i komfortkylanläggningen med en absorptionskylmaskin harföljande beräkningar gjorts. Till att börja med har det antagits att beräkningarna kan utföras påen absorptionskylmaskin innehållande ett litiumbromid-vattensystem. Detta kan användaseftersom köldbärarmediet endast skall kylas ner till +7°C. Då köldbärarmediets flöde är okäntantas en räknebas på 1 kg/s VegoCool-vatten. Den tillförda energin till generatorn kan hämtasfrån 100°C hetvatten. I systemet antas också att ingen underkylning sker vid kondensationen.För att utföra beräkningar på detta system används ett ångtrycks-temperaturdiagram förlitiumbromid-vatten, vilket återfinns i bilaga 2. En principskiss av kylmaskinen visas i figur1. För att önskade temperaturnivåer ska uppnås designas kylmaskinen med väldigt låga tryck.Det kan diskuteras om denna uppställning är genomförbar i verkligheten.Figur 1. Absorptionskylmaskin till komfortkylanläggningen10

Beräkningar utförs över förångaren där den ingående VegoCool-vattenblandningen håller13°C och den utgående 7°C. Kyleffekten kan beräknas med hjälp av ekvation 5. Cp-värdet förVegoCool-vattenblandningen fås genom att vikta ett Cp-värde för 60 % vatten (4.19 kJ/kg°C)och 40 % vanlig olja (2 kJ/kg°C).QfVegoCool( 0.6Cp + 0.4Cp )( T − T )= m(Ekvation 5)vattenoljainut⇒ Q f= 19.9kWFör att få ett tillräckligt stort ∆T i förångaren antas att förångningen av vattnet sker vid 2°C,vilket ger ett ∆T på 5°C. Genom detta kan ett ∆H vap på 2489 kJ/kg och ett tryck på 0.007 baravläsas i tabell 9 . Mängden vatten som förångas beräknas enligt ekvation 6, där ingenöverhettning antas.mQf= 0.008 kg / s(Ekvation 6)Hf=vapÄven i absorbatorn är trycket 0.007 bar och temperaturen sätts till 30°C. Detta ger ett ∆T på5°C då det kylande havsvattnet värms till 25°C. Vattnet ut från absorbatorn leds vidare tillkondensorn. Ut från kondensorn antas detta kylvatten ha temperaturen 45°C. Kondensornstemperatur bör därför hålla 50°C och trycket i kondensorn avläses till 0.12 bar. Vattnet somkokats av från generatorn antas vara rent. Samma tryck gäller i generatorn som i kondensorn.För att beräkna den mängd rent vatten per tidsenhet som kokas av i generatorn ställs enmaterialbalans upp över strypventilen mellan kondensorn och förångaren (se figur 2). En vissdel av kondensatet kommer att flashas av vid ventilen. Den totala kondensatmängden kommerdärför att vara något större än den som förångas i förångaren. Den totala kondensatmängdenberäknas enligt ekvation 7.Figur 2. Energibalans över strypventilenmkhk= m x H + m (1 − x) h(Ekvation 7)kfkfHf= 2510kJ / kghF,2°C= 10kJ / kghk,50°C= 209.3kJ / kg⇒ x = 0.079⇒ mk= 0.0086kg / s9 Mörtstedt S-E, Hellsten G., Data och diagram, s. 3911

För att beräkna den värmeeffekt som behövs i generatorn fastställs en temperatur här. Dettagörs genom att den utspädda litiumbromid-vattenlösningens koncentration från absorbatornbestäms. Temperaturen fås ur ett tryck-temperaturdiagram och temperaturen i absorbatorn ärbestämd till 30°C. Temperaturen i generatorn är 85°C. På grund av kokpunktsförhöjningen igeneratorn beräknas därefter ett medelvärde på ∆H vap till 2330 kJ/kg. Generatorn antas ha enverkningsgrad på 70 % och effekten i generatorn beräknas enligt ekvation 8.QmkΔHvap= 28.6 kW(Ekvation 8)0.70G=Massflödet hetvatten beräknas enligt ekvation 9 då intemperaturen sätts till 100°C ochuttemperaturen till 90°C. Då temperaturen i generatorn är 85°C fås ett ∆T på 5°C.mhetvattenQG= (Ekvation 9)Cp (T − T )hetvatteninut⇒ m hetvatten= 0.45 kg / sDagens hetvattenpris är 0.30 kr/kWh.För att enkelt kunna jämföra olika alternativ beräknas ett hetvattenpris per kWh kyla.0.30kr / kWh⋅28.6kW19.9kW=0.43kr / kWhKylfaktorn för systemet beräknas enligt ekvation 10.QQfCOP = (Ekvation 10)gQQfg= 19.6kW= 28.6kW⇒ COP = 0.693.1.2 Raff-F, Ammoniak-vattenI Raff-F kyls en blandning bestående av 4/5 aceton och 1/5 olja. Hur mycket som kyls ärokänt men i beräkningarna används ett massflöde på 1 kg/s. Cp-värdet för acetonoljablandningenfås genom att vikta ett Cp-värde för 80 % aceton (2.2 kJ/kg°C) och 20 % olja(2 kJ/kg°C). Temperaturen på blandningen in till absorptionskylmaskinens förångare antasvara 25°C. Utgående temperatur på blandningen är -25°C och för att denna temperatur skakunna uppnås antas temperaturen i förångaren vara -30°C då ett rekommenderat ΔT på 5°Canvänds 10 . En principskiss av kylmaskinen visas i figur 3.10 Avhandling: Absorption heat pumps and heat transformers, 198712

Hhhf= 1424.4 kJ / kgf , −30°Ck,30°C= 341,9 kJ / kg⇒ x = 0.205= 63.6 kJ / kg⇒ mk=0.10 kg / sFlödet från kondensorn är den mängd ammoniak som förångas i generatorn. För att veta hurstor förångningsentalpin är i generatorn används ett entalpi-koncentrationsdiagram förammoniak-vatten. För att detta ska kunna avläsas antas inte ren ammoniak, som i tidigareberäkningar, utan cirka 98 % ammoniak. Ur entalpi-koncentrationsdiagrammet avläses ocksåtemperaturen i generatorn till 80°C och koncentrationen ammoniak i vätskan till 43 % (sebilaga 3). Generatoreffekten beräknas därefter med ekvation 14.Q = ΔH m(Ekvation 14)gvapkΔ Hvap⇒ Qg= 1350 kJ / kg= 136 kWMassflödet av hetvatten kan därefter beräknas enligt ekvation 15.Qg= m C ΔT(Ekvation 15)hetvattenp, vattenΔT= 15°CC ≈ 4.2kJ / kgKp,vatten⇒ mhetvatten= 2.16kg / sTidigare beräkningar av absorptionskylmaskiner har visat att utbytet i generatorn inte är heltoptimalt varför en verkningsgrad på 0.7 ofta används 11 . Detta ger att ett nytt, störrehetvattenflöde och därmed generatoreffekt behövs.ηgenerator⇒ m= 0.7hetvatten,ny⇒ Q g= 194 kW= 3.08kg / sDagens hetvattenpris är 0.30 kr/kWh.För att enkelt kunna jämföra olika alternativ beräknas ett hetvattenpris per kWh kyla:0.30 kr / kWh ⋅194 kW110 kW=0.53kr / kWhKylfaktorn för systemet beräknas enligt ekvation 16.11 Avhandling: Absorption heat pumps and heat transformers, 198714

QQfCOP = (Ekvation 16)gQQfg= 110kW= 194kW⇒ COP = 0.573.1.3 DESO, Ammoniak-vattenVid konstruktionen av en absorptionskylmaskin till DESO används samma temperaturer somtill Raff-F (se figur 4).Figur 4. Absorptionskylmaskin till DESOFörångarenQ = m ( ΔHf H 2Ovap+ ΔHsmält)(Ekvation 17)mΔHΔH0vapsmält300 kg / h2500 kJ / kg333kJ / kg2⇒HQ = 236 kWf⇒ m===ΔH− ovap,NH3, 30 Cf=0.173kg / s= 1360.8 kJ / kgVentilenm h = m x H + m (1 − x) h(Ekvation 18)kkkfkf15

hHhkff=341.9kJ / kg= 1424.4kJ / kg=63.6kJ / kg⇒ m k= 0.217kg/sGeneratornQ = m ΔHgkvap(Ekvation 19)ΔHvap⇒ Qg= 1350kJ / kg= 293kWQg= m C ΔT(Ekvation 20)hetvattenp, vattenCp,vattenΔT= 15⇒ m=o4.2kJ / kgChetvatten=Med η = 0. g7⇒ mhetvatten , ny=oC4.65kg / s6.64 kg / sPris för hetvattnet är 0.30 kr/kWh.Qηg =g419kWh / hFör att enkelt kunna jämföra olika alternativ beräknas ett hetvattenpris per kWh kyla.0.30 kr / kWh ⋅ 419 kW236 kW=0.53kr / kWhKylfaktorn för systemet beräknas med ekvation 21.QQfCOP = (Ekvation 21)gQQfg= 236kW= 419kW⇒ COP = 0.56Eftersom samma temperaturer används i DESO som i Raff-F blir driftskostnaden för kylandensamma, det vill säga 0.53 kr/kWh producerad kyla.16

3.1.4 Avvaxning och utlastning, Ammoniak-vattenEn absorptionskylmaskin för avvaxningen och utlastningen ser i stort sett ut på samma sättsom för Raff-F och DESO. Skillnaden är att det är en vatten-glycerolblandning som kyls från0°C till -5°C. Detta ger en temperatur på -10°C i förångaren och ett tryck på 2.91 bar.Temperaturen i absorbatorn och kondensorn antas även här vara 30°C och trycket ikondensorn och förångaren är 11.7 bar. Hetvattentemperaturen ut från generatorn antas vara85°C, eftersom temperaturen i generatorn är 80°C. Figur 5 visar systemets temperaturer, tryckoch koncentrationer.Figur 5. Absorptionskylmaskin till avvaxning och utlastningBlandningen av glycerol och vatten antas vara 50/50. Cp-värdet beräknas genom att viktavärdena för vatten (4.2 kJ/kg K) och glycerol (2.4 kJ/kg K). Beräkningarna görs på sammasätt som för Raff-F, där ett flöde på 1 kg/s antas.FörångarenQ = mfblandningCpΔT(Ekvation 22)mCblandningp≈ΔT= 5°C= 1kg / s3.3kJ / kgK⇒ Qf= 16.5kW= m ΔH(Ekvation 23)Qf f vap,NH3, −10°CΔ H− °⇒ mvap,NH3, 10 Cf= 0.013kg / s= (1451.7 −154.0) kJ / kgVentilenhmk k,30° C= mkx Hf+ mk(1 − x) hf , −10°C(Ekvation 24)17

Hhhf , −10°Cf , −10°Ck,30°C⇒ x = 0.145= 1451.7 kJ / kg= 154 kJ / kg=341,9 kJ / kg⇒ mk=0.015kg / sGeneratornQ = ΔH mgvapk(Ekvation 25)ΔHvap⇒ Qg= 1350kJ / kg= 20.5kWQg= m C ΔT(Ekvation 26)hetvattenp, vattenΔT= 15°CCp,vatten⇒ m≈hetvatten4.2kJ / kgK=0.33kg / sηgenerator= 0.7⇒ m⇒ Qhetvatten,nyg== 29.3kW0.47 kg / sFör att enkelt kunna jämföra olika alternativ beräknas ett hetvattenpris per kWh kyla:0.30 kr / kWh ⋅ 29.3kW16.5kW=0.53kr / kWhKylfaktorn för systemet beräknas enligt ekvation 27.QQfCOP = (Ekvation 27)QQfg⇒ COP = 0.56g= 16.5kW= 29.3kW3.2 Kostnadsuppskattning för en absorptionskylmaskin i DESOFör att kunna göra en kostnadsuppskattning för en absorptionskylmaskin i DESO måste vissaförenklingar göras. I dessa beräkningar antas att absorptionskylmaskinen endast består av fyravärmeväxlare utan kringutrustning. Då detta är en grov approximation kommerkostnadsuppskattningen att ge lägre resultat än vad som kan tänkas vara rimligt.En nickelbaserad legering väljs som material till värmeväxlarytorna. Enligtprojekteringshandboken är nickel bäst lämpat och ska inte ha några begränsningar vid de18

aktuella temperaturerna som råder vid deodoriseringen 12 . Beräkningarna baseras på entubvärmeväxlare. Detta på grund av att det idag finns absorptionskylmaskiner medtubvärmeväxlare på marknaden, som används under liknande förutsättningar 13 .Från tidigare beräkningar finns effekterna för förångaren och generatorn. Kondensorns ochabsorbatorns effekter beräknas enligt ekvation 29 och 30. För att beräkna värmeväxlarytornaanvänds ekvation 28.Q = kAΔ(Ekvation 28)T LNVärmeledningstalet för absorptionskylmaskinens värmeväxlarytor är inte känt och ärdessutom beroende av materialet samt hur det strömmar på båda sidorna av tuberna. På grundav att strömningshastigheten är okänd uppskattas därför k-värdena 14 till 1500 W/m 2˚C.FörångarenQ = 236kWFΔTLN= 21°CGeneratornQ = 419 kWGΔTLN= 10.8°C⇒ A⇒ AFG= 7m2= 26 m2KondensornQ = m ΔHKkvap(Ekvation 29)mk= 0.217 kg / sΔH= 1145.9kJ / kgΔTvap⇒ QLNK= 249kW= 7.2°C⇒ AK= 23m2AbsorbatornQ = Q + Q − Q(Ekvation 30)AGFK⇒ QΔTLNA= 406kW= 7.2°C⇒ AF= 38m2För att göra en kostnadsuppskattning av absorptionskylmaskinens värmeväxlare användsUllrichs metod. Med hjälp av Ullrichs metod beräknas apparatkostnaden (C p ) istandardutförande, det vill säga kolstål, normalt tryck och temperatur. Detta C p -värdeαkorrigeras med en påslagsfaktor ( ) för konstruktionsmaterialet och driftsbetingelserF BM15 .12 Karlsson T H, Projekteringshandboken 2007, Appendix A13 Webbdokument: Colibri BV, References14 Mörtstedt S-E, Hellsten G., Data och diagram, s. 1715 Karlsson T H, Projekteringshandboken 2007, s. 719

I detta fall blir påslagsfaktorn lika stor för de fyra olika värmeväxlarytorna och uppskattasmed hjälp av diagram 5-38 i appendix E i projekteringshandboken.FM= 3.8F = 1p⇒ FαBM= 7.5Apparatkostnaden (C p ) är beroende av värmeväxlarytans storlek och avläses ur figur 5-36 iappendix E i projekteringshandboken. Modulkostnaden ( C BM) för varje del kan beräknas medekvation 31.C (Ekvation 31)αBM= CpFBMFörångaren2A = 7.5 m ⇒ C⇒ CBMp= 20250$Kondensorn2A = 23m ⇒ C⇒CBMp= 30750$Generatorn2A = 26 m ⇒ C= 2700$= 4100$= 4500$⇒ CBM= 33750$Absorbatorn2A = 38 m ⇒ C = 5500$⇒ CBMpp= 41250$Totala anläggningskostnaden, uttryckt i 1982 års US$, beräknas med ekvation 32.K⎛n$, 1982= ⎜∑(CBM)ifen / offhjälpi=1⎝⎟⎠⎞(Ekvation 32)Enligt tumregeln på sidan 7 i projekteringshandboken sätts påslagsfaktorn för entreprenad ochoförutsedda händelser ( fen / of ) till 1.15 och påslagsfaktorn för hjälpanläggningar ( fhjälp) sättstill 1.2516 . Med hjälp av dessa påslagsfaktorer beräknas den totala anläggningskostnaden till181 125 $ .K $, 1982=181125 $Den totala anläggningskostnaden räknas om till svenska kronor med hjälp av ekvation 33.16 Karlsson T H, Projekteringshandboken 2007, s. 720

Kylkostnad (kr/kWh kyla)1.510.5Jämförelse av kylkostnader för kompressions- och absorptionskylaKomp-kyla, COP=1Komp-kyla, COP=2Komp-kyla, COP=4Komp-kyla, COP=6Abs-kyla, NH 3Abs-kyla, LiBr00 0.5 1 1.5Elkostnad (kr/kWh)Figur 6. Kylkostnad som funktion av elkostnad för kompressions- och absorptionskyla22

4 SnökylaFör att lagring av snö ska vara lönsamt, om ens möjligt, måste vissa krav vara uppfyllda. Ensjälvklar förutsättning för att kunna använda sig av en snökylanläggning är tillräcklig tillgångpå snö. Sundsvall som ligger i mellersta Sverige uppfyller detta men för en stad längre söderut,som Karlshamn, är det tveksamt om detta är möjligt. Från SMHI:s hemsida redovisasungefärliga medelvärden av Sveriges snötäcke åren 1961-1990. I tabell 4 ses en jämförelsemellan Sundsvall och Karlshamn 17 .Tabell 4. Medelvärde för snötäcke (cm) åren 1961-1990, taget den 15:e varje månad.November December Januari Februari Mars AprilSundsvall 10 30 45 55 60 30Karlshamn 10 10 10 10 10 10Med anledning av att snötillgångarna i medeltal inte är särskilt stora i Karlshamn måste snöntroligen transporteras dit eller produceras på plats. Ett annat krav som ska vara uppfyllt är atttemperaturen i lagringsutrymmet måste vara tillräckligt låg under tillräckligt lång tid vidlagringen. Ett alternativ vore att lagra snön i ett bergrum, men om detta inte är möjligt skullesnön kunna förvaras på en lämplig plats täckt med träflis. Temperaturen behöver intenödvändigtvis vara under noll men bör inte heller vara mycket över. Tabell 5 visar enjämförelse mellan Sundsvalls och Karlshamns ungefärliga medeltemperaturer för varje månadpå året. 18Tabell 5. Medeltemperaturer åren 1961-1990.Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sep Okt Nov DecSundsvall -7 -7 -3 +1 +7 +12 +15 +14 +9 +5 0 -4Karlshamn -1 -1 +1 +5 +11 +15 +17 +15 +13 +11 +4 +14.1 Beräkningar för snökylaPå anläggningen i Karlshamn är det endast komfortkylsystemet, där köldbäraren ska kylasfrån 13°C till 7°C, som är av intresse vid användandet av snö och is. Övriga studeradekylanläggningar ska kyla ner till betydligt lägre temperaturer, varför snökyla inte är någotalternativ där. Den producerade kylan i komfortkylanläggningen uppgår till cirka2 600 MWh/år. Utifrån denna kylproduktion kan mängden snö som måste lagras uppskattas.All värme som tas upp av snön antas gå till smältning och eventuella temperaturhöjningarförsummas. Till beräkningarna används 333 kJ/kg som värde för vattens smältentalpi ochresultatet blir att man måste transportera och lagra minst 28000 ton snö under ett år. Minstamängd snö att lagra och transportera beräknas enligt nedan:32600 ⋅10kWh / år ⋅ 3600 kJ / kWh6= 28 ⋅10kg / år333 kJ / kg=28000 ton / årPå grund av marginaler och energiförluster antas den egentliga mängd som krävs vara40 000 ton/år.17 Webbdokument: SMHI, Klimatkartor18 Webbdokument: SMHI, Klimatkartor23

4.1.1 Transport av snö till KarlshamnDå det inte är självklart att det finns tillgång till snö i Karlshamn med omnejd kan ettalternativ vara att snö transporteras från andra platser i landet. I höjd med Sundsvall ansessannolikheten för att det ska finnas mycket snö under största delen av vintern vara tillräckligtstor för att transporterna ska kunna utgå därifrån. Transporten sker smidigast med lastbil,vilket innebär stora transportkostnader och negativ miljöpåverkan. Avståndet försnötransporterna antas vara 100 mil. En lastbils lastkapacitet uppskattas vara 40 000 kg ochdess bränsleförbrukning 4.4 liter diesel/mil. Bränsleförbrukningen per lastbil, tur och retur,beräknas enligt nedan:liter4 .4 ⋅ 200 mil = 880litermilMed hjälp av antagandet att diesel kostar 11 kr/l kan bränslekostnaden per kg transporteradsnö beräknas enligt nedan:11kr / l⋅880 l40000 kg=0.242 kr / kgBränslekostnaden räknat per producerad kWh kyla kan sedan beräknas enligt nedan.0.242 kr / kg⋅3600 kJ / kWh333 kJ / kg=2.62 kr / kWh kylaDetta pris gäller endast bränslekostnaderna för de långväga transporterna. Totalpriset kommerförmodligen att öka kraftigt då alla andra kostnader räknas in. Jämfört med dagens kylpriser,som för en kylkompressor med ett COP på 4 är 0.125 kr/kWh, är snökyla inte lönsamt omsnön måste transporteras långa sträckor.4.1.2 Tillräcklig snötillgång i KarlshamnUnder antagandet att det finns tillräckligt med snö i Karlshamn under vintern skulleförutsättningarna vara liknande de för sjukhuset i Sundsvall. Enligt en avhandling påkylsystemet i Sundsvall skulle kylkostnader på mellan 0.29 och 0.47 kr/kWh kyla kunna fåsom optimeringar i anläggningen skulle göras. Dessa priser grundar sig på att man istället föratt betala för snöinsamlingen tar betalt från dem som vill bli av med snön. 19 I Sundsvall fannsbehovet att bli av med snön före behovet att använda snön till kylning. Troligtvis hade alltsåkylkostnaderna blivit högre i Karlshamn om ingen betalning kan fås för snön. Det kan därförvara ekonomiskt försvarbart att producera snö istället för att samla in den. Detta görs i vissutsträckning även i Sundsvall.4.1.3 Produktion av snö och isDet enklaste sättet att producera is är att frysa en vattenfylld damm under vintern. Det går attanvända vatten från sjöar och åar likväl som från havet. För att öka isproduktionen kan vattenpumpas från dammens botten upp till isen. Energianvändningen för detta är mindre än 0.119 Avhandling: Seasonal Snow Storage for Space and Process Cooling, Cooling cost comparisons,200524

kWh/ton vilket motsvarar 0.05 öre per kWh kyla. Ett problem med denna metod är attutrymme måste finnas för dammen. Om dammen antas vara två meter djup och innehålla40 000 ton vatten skulle dess yta vara 20 000 m 2 , vilket motsvarar nästan tre fotbollsplaner.Snö kan produceras med hjälp av snökanoner. Deras principiella funktion är att spruta utfinfördelade vattendroppar som fryser till snö då den omgivande temperaturen är tillräckligtlåg. Elanvändningen är typiskt 1-3 kWh/ton vilket motsvarar 0.5-1.5 öre/kWh kyla 20 . Detkommunala vattnet i Karlshamn 21 kostar cirka 16 kr/m 3 . Med hjälp av detta kan detkommunala vattnets inverkan på kylkostnaden beräknas enligt nedan.16 kr / ton1000 kg / ton⋅3600 kJ / kWh⋅333kJ / kg=0.17 kr / kWhProblemet i Karlshamn är att ha tillräckligt kallt för att snöproduktionen ska löna sig.Snökanoner fungerar bäst vid 10-15 minusgrader eller kallare 11 . Vid högre temperaturer ärproduktiviteten låg. Om det endast är tillräckligt kallt ett fåtal dagar i Karlshamn behövsdessutom ett större antal snökanoner för att hinna producera tillräcklig mängd.4.2 Övriga aspekterDet krävs ganska stora ytor för lagring av snön. Om snöns densitet antas vara 650 kg/m 3 krävsdrygt 60 000 m 3 för att lagra de 40 000 ton snö som behövs. Om snölagret är fem meter högtblir lagringsytan över 12 000 m 2 .Snö som samlas in i städer innehåller föroreningar från bland annat luft, trafik och vägsalt.Om lagringsutrymmet för snön inte är isolerat kan föroreningar följa med smältvattnet ner imark och vattendrag. Smältvattnet måste därför tas om hand och renas innan det släpps ut iomgivningen 22 .Snön måste isoleras på något sätt och i Sundsvall har decimetertjocka lager av träflis lagts påsnön. Eftersom lagringsytorna är stora går det åt mycket flis. Dessutom bör nytt flis användasvarje år för att i lagringsutrymmet undvika algtillväxt som sedan kan förflytta sig tillvärmeväxlarytorna och försämra värmeöverföringen. Om man har en panna som klarar av detkan träflisen dock eldas efter att den har använts 23 .4.3 DiskussionAlternativet med snökyla i Karlshamn går att förkasta av flera anledningar. Statistik visar attantalet dygn med snötäcke per år för Sundsvall är 150-175 dygn medan det för Karlshamnendast är 50-75 dygn. Enligt tabell 5 är temperaturen i Karlshamn dessutom alldeles för högstörsta delen av året för att det ska kunna vara möjligt att lagra snö där. Ett annat problem ärtillgången på lagringsutrymme vilket skulle behöva vara upp mot 12 000 m 2 .20 Avhandling: Seasonal Snow Storage for Space and Process Cooling, Snow and ice production, 200521 Webbdokument: Karlshamns Kommun, Taxa för allmänna vatten och avloppsanläggningar22 Avhandling: Seasonal Snow Storage for Space and Process Coo ling, Snow Pollution, 200523 Avhandling: Seasonal Snow Storage for Space and Process Coo ling, Melt water re-circulation, 200525

Enbart bränslekostnaderna för transporten av snö till Karlshamn uppgår till 2.62 kr/kWh kyla.Detta kan jämföras med dagens kylkostnader som för el är 0.125 kr/kWh vid ett COP på 4. Dådet tillkommer betydligt fler kostnader utöver bränslet kan det snabbt konstateras att transportav snö och is till Karlshamn inte är något lönsamt alternativ.Vid antagandet att det finns tillräckligt med snö i Karlshamn under vintern skulleanläggningen kunna fungera på liknande sätt som för den på sjukhuset i Sundsvall.Kostnaderna för Karlshamn skulle kanske bli något större eftersom det i Sundsvall finns ettbehov av att bli av med snön och anläggningen vid sjukhuset får därför betalt för att ta handom den. Dessutom är snökylakostnaderna i Sundsvall (0.29-0.47 kr/kWh) högre än dagenskylkostnader på AarhusKarlshamn.Alternativet att producera snö och is i Karlshamn tycks inte heller vara användbart. Att frysadammar skulle förmodligen inte fungera eftersom temperaturen dels är för hög men även pågrund av de stora markytorna som krävs. Förslaget att producera snö med hjälp av snökanonerkan också förkastas på grund av att den höga temperaturen i Karlshamn gör snöproduktionenineffektiv. Därför hade ett stort antal snökanoner krävts, vilket innebär en storinvesteringskostnad.Slutligen måste smältvattnet renas innan det kan släppas ut i omgivningen vilket innebärytterligare en kostnad att ta hänsyn till.26

5 SlutsatserFöljande slutsatser kan dras efter förstudien av kylsystem på AarhusKarlshamn:• Vissa kylkompressorer skulle kunna minska sin elförbrukning genom att, därmöjligheten finns, sänka kondenseringstemperaturen och/eller höjaförångningstemperaturen. Detta har visat sig kunna vara ett alternativ vid DESO ochRaff-F, där besparingar i elkostnader på sammanlagt 468 000 kr/år kan fås.• Där kylkompressorerna körs vid låg kapacitet, till exempel i DESO, kan det varamöjligt att utnyttja två kylkompressorer på full effekt istället för tre stycken som körspå lägre effekt. Därtill behövs en kompletterande mindre kompressor som kan sättas indå belastningen är hög. Detta skulle ge en besparing i elkostnader på 380 000 kr/år.• Vid utlastningen skulle havsvatten kunna användas mer effektivt. Vid komfortkylanskulle eventuellt en direktkylning av köldmediet med havsvatten kunna göras vissadelar av året. I Raff-F kan en viss del av kylningen utföras med havsvatten innankylkompressorerna tar vid.• Med varvtalsreglerade kompressorer kan en vinst i effektåtgång göras.• Med dagens hetvatten- och elpris är absorptionskylmaskiner inget alternativ. Detborde dock kontrolleras om inte hetvatten kan köpas in billigare. För att enabsorptionskylmaskin ska bli billigare i drift än en kylkompressor med COP på 4.0måste hetvattenpriset understiga 0.06 kr/kWh, vilket är 80 % lägre än det pris somAarhusKarlshamn idag betalar för hetvatten.• De alternativ med snökyla som har studerats i rapporten kan förkastas på grund avflera olika anledningar. Största anledningen är bristen på snö och det milda klimatet.Hade snö funnits att tillgå återstår ändå lagringsproblem för de stora volymerna.27

6 KällförteckningLitteraturMörtstedt S-E, Hellsten G, Data och Diagram - Energi och kemitekniska tabeller, Sjundeupplagan, 2003AvhandlingarEriksson K., Absorption heat pumps and heat transformers - A study of calculation methods,Heat exchange and self-circulation. Avdelningen för Kemisk Apparatteknik Lunds TekniskaHögskola, 1987Skogsberg K., Seasonal Snow Storage for Space and Process Cooling, Luleå University ofTechnology, 2005WebbdokumentColibri BV, Referenceswww.colibri-bv.comSenast uppdaterad: 2007-04-11 Hämtad: 2007-04-20SMHI, Klimatkartorhttp://www.smhi.se/sgn0102/n0205/jordens_klimat/klimat_sverige.htmSenast uppdaterad: 2005-09-14 Hämtad: 2007-04-20Karlshamns Kommun, Taxa för allmänna vatten och avloppsanläggningarhttp://www.karlshamn.se/upload/2453/VA-taxa.pdfSenast uppdaterad: 2004-09-06 Hämtad: 2007-04-24KompendierKarlsson T H., ProjekteringsHandboken 2007, Institutionen för Kemiteknik, LTHMuntliga källorUlf Oscarsson, AarhusKarlshamn, 2007-02-19Tony Gunnarsson, AarhusKarlshamn, 2007-02-19Övriga källorOscarsson, U., Widströmer P., Sammanställning av kylkompressorer, 2007AarhusKarlshamn, Varaktighetsdiagram för kylvattentemperatur, Västra Ångcentralen28

Bilaga 1. Specifikationer för ny kylkompressor29

Bilaga 2. Tryck-temperaturdiagram, litiumbromid-vatten30

Bilaga 3. Entalpi-koncentrationsdiagram, ammoniak-vatten31