clim a check
TRANSCRIPT
1
Finns det kostnadseffektiva energibesparande åtgärder i våra anläggningar?
Klas Berglöf
ClimaCheck Sweden AB
www.climacheck.com
1
Ja!!!
2
2
ClimaCheck Sweden AB • Metod för analys av kylprocesser patenterad 1986
• Världsledande på prestandaanalys - exporterar idag till drygt 20 länder
• Objektiva prestandaanalyser oberoende av tillverkare/installatör.
• Dokumenterad prestanda - underlag för energioptimering och felsökning
• Ger analys av helhet och komponenters funktion i dynamiska system
• Senaste utvecklingen Energistatistik och energirapportering
• Metod verifierad och används av ledande tillverkare bl a. – Carrier, Johnson Control, Copeland, Bitzer, DuPont, Gea, Thermia, Viessmann
• Utnyttjas av ledande brukare för optimering, ökad driftsäkerhet t ex. – Tesco, Sainsbury, Carrefour, Metro, Hilton, Mariott, IKEA, Norrenergi och Stockholmshem
• Årets ”Kylprodukt” i England 2009 – tillväxt 100% 2010
3
Bakgrund
• De flesta systemen arbetar inte optimalt = energieffektivt
– Bristande dokumentation av prestanda i anläggningar
– Fokus blir på låg investering – dimensionerande prestanda
• ”Verktyg” för prestandakontroll/energioptimering finns
• Dokumentation > bättre prestanda > lägre kostnad
– Lägre energiförbrukning – mindre miljöbelastning
– Säkrare drift - färre haverier
– Mindre varuförluster/produktionsbortfall - bättre varukvalitet
• Bättre dokumentation ger rättvis konkurrens
4
3
“Kyla” finns överallt! 15-20% av världens el
5
Trend – Ökade energipriser mer miljöfokus
EU ser stor besparingspotential
• 15-20% av all producerad el beräknas användas av kylprocesser globalt (kyla, värmepumpar, luftkonditionering, industri och avfuktning).
• 87% av prestandakontrollerade nya anläggningar i KTH studie hade lägre prestanda än förväntat
• Stor potential - 10% lägre energikonsumtion i kylsektor motsvarar 2% av all producerad el (besparingspotentialen är större än så). – 2% motsvarar all vindkraft i EU eller Danmarks hela elförbrukning.
• Flera internationella undersökningar och våra erfarenheter visar att genomsnittlig energiförbrukningen kan sänkas med över 20% genom: – Injustering och förbättrad driftstrategi – Åtgärda direkta ”fel”
6
4
Krav - Prestandainspektioner på AC!?
• Artikel 9 i direktivet kräver Inspektion av luftkonditionerings system
• EU Standard EN15240 ska ge vägledning för inspektionerna
– Innehåller bra information om värden som ska kontrolleras men saknar innehåll om hur mätvärden tas, stabilitet, eller vilken analys som görs.
– Pekar på vikten av kontroll av servicejournaler och att väl dokumenterad ”service” kan användas som underlag för analys
• ”Prestanda inspektioner” enligt direktivet utförs ofta utan mätning trots att de flesta kylanläggningar inte fungerar optimalt
• ”Prestandainspektion” utan loggade data är meningslöst
Analysen är det viktiga!
7
Betydande avvikelser mot nominell COP
8
Variation i COP rel. nominell kapacitet
-40
-30
-20
-10
0
10
0 200 400 600 800 1000
Nominell kapacitet (kW)
Variation i C
OP
(%
)
Energy Optimisation Potential Through Improved Onsite Analysing Methods in Refrigeration. By John Arul Mike Prakash
5
Antal detekterade ”fel” på 164 systemen
9
Systemen var “klara” för besiktning enligt entreprenör
Typ av fel på inspekterade aggregat
3
51
78
4
2720
0102030405060708090
Kom
press
or
Exp
ans
ions
vent
il
Fyl
lnads
mäng
d
Sty
rsys
tem
Flö
de e
xter
nt
Inga
fel
An
tal S
yste
m
Energy Optimisation Potential Through Improved Onsite Analysing Methods in Refrigeration. By John Arul Mike Prakash
Varför är inte kylsystemen energieffektiva?
• Design och prestandakrav gäller dimensionerande data inte normala driftförhållanden
• Alla ansvarar för sin entreprenad del ingen för funktion energiprestanda
• Komplexa system som påverkas av många ”kringsystem”
• Service fokuserad på temperaturnivå och köldmedieläckage
– Fel- och brister upptäcks ofta inte vid traditionella servicebesök
• Styrsystemets faktiska funktion i olika driftfall kontrolleras ej
• Verifiering av prestanda görs ej – avvikelser från projektering/anbud är vanliga
• Idrifttagning och injustering har betydande brister, samordning av entreprenader dålig
• Dokumentation för injustering av kylkrets saknas oftast
• Hård prispress – fokus på investering inte låga driftkostnader
• De som bygger ansavarar inte för långsiktig driftostnad – kort tidshorisont
10
6
Hur får vi dem effektiva?
1. Ta reda på hur systemen faktiskt fungerar
> Mät – dokumentera - analysera – visualisera – ”benchmarka”
> Följ upp vid olika laster – temperaturer sommar/vinter/vår/höst
2. Släpp inte brister/problem igenom besiktning även om det
är oklart vems ansvar - så lös dem
3. Se till att dokumentationen möjliggör effektiv kontroll
saknas riktvärden blir service kontroller nästan värdelösa
4. Sök och åtgärda brister – ständiga förbättringar
11
12
Besiktning och övervakning
Dokumentation av processen en förutsättning för
energioptimering
Sluta förutsätta att allt är OK – titta inuti “svarta lådan”
7
Beslutsunderlag för energioptimering behövs
13
Fast övervakning Korta fältmätningar
Underlag för analys
Information till alla efter behov - Energi och varning till brukare - Funktionsanalys till experterna
Hur fungerar ”intern mätning”
1. Tryck och temperaturmätning kring kompressor - Ger entalpidifferens över kompressor
2. Temperatur på köldmedievätska - Ger entalpi ut ur kondensor/in i förångare
3. Energibalans över kompressor ger massflöde - (Kompressorns värmeförluster är ”kända” och en termisk verkningsgrad är införd i beräkningen)
4. Massflöde ger kyleffekt och värmeeffekt
14
8
Enkel givarapplicering
15
20-30 minuter att ansluta!
Inkoppling till standardsystem
16
2 tryck
7 temperaturer
1 eleffekt
9
Analys av ”enkel” kylprocess
17
1. Högtryck och tryckrörstemp.
2. Lågtryck och suggastemp.
3. Högtryck och vätsketemp.
Ideal compression
Bra driftkort - krävs
• Dokumentation - Tekniker behöver detaljerad information för injustering, underhåll, felsökning – Konsulter bör ange i handlingar att viktiga parametrar för
injustering och kontroll av kylanläggningen skall anges i drift och skötsel. Vilka som är viktiga och lämpliga driftpunkter varierar med utformning av system men normalt minst:
• Överhettning vid hög/låg tryckuppsättning
• Underkylning (i system utan köldmedietank) vid hög/låg tryckuppsättning
• Tryckrörstemperatur vid hög/låg tryckuppsättning
• Temperaturdifferenser i kondensor och förångare vid hög/låg tryckuppsättning
• Dokumenterad idrifttagning viktigt för framtiden – Jämför med dokumentation – Grund för att identifiera förändringar vid servicekontroller,
prestandainspektioner och felsökning.
19
10
Rapport från mätning
Anläggning:
Datum: 20100426
Tidpunkt start: 11:57
Tidpunkt stopp: 13:17
Title
Measured
Value
Nominal
Data Deviation
COOL_EWT 9.5 °C 9.5 0.00 K
COOL_LWR 5.7 °C 5.7 0.00 K
COND_EWT 35.6 °C 35.6 0.00 K
COND_LWT 45.1 °C 45.1 0.00 K
POWER KW 350.2 kW 342.0 8.20 kW
COOLING CAPACITY 1177.4 kW 1160.0 17.40 kW
EER 3.36 3.39 0.03
HEATING CAPACITY 1503.2 kW 1484.0 19.20 kW
COP 4.29 4.41 0.12
Measurement made by:
Carrier Performance Analyser
ap 1.3 % positiv deviation
Stefan Orwén, Carrier AB, Malmö
TrioPlast, Landskrona KM11
Nominal data is the values we get from running E Cat with actual values from the measurement.
ap 2,8 % negativ deviation
Comment
ap 2,3 % negativ deviation
ap 1.5 % positiv deviation
Site: XXXX
Objektiva data –
inga tillverkardata krävs/används
Carrier, Copeland, Bitzer,
DuPont, Thermia, GEA,
SP m fl har verifierat metoden
Italiensk Supermarket Metro Baranzate i Milano besparing 150 000 Sek per år enligt kWh mätning
21
Drift som tidigare
Injustering av styrsystem
COP +27%
27% högre COP
Installation av
ClimaCheck
prestandamätning
11
Energioptimeringsprojekt Carrefour i Italien
22
Sex befintliga ”hypermarkets” försågs med mätutrustning.
Bl a Italiens största hypermarket på 16 100 m2.
• Kylkretsarna förses med tryck och temperaturgivare.
• Elenergimätare monterades på kompressorer och kringutrustning.
Energioptimeringsprojekt Carrefour i Italien
• Fokuserad insats för energioptimering (Entreprenören Scar/Carrefours konsult/ClimaCheck)
• Injustering av styrsystem – Optimering av börvärden förångning, hystereser och tidsfördröjningar
• Fläktstyrning
• Rengöring av kondensorer med stora temperaturdifferenser
• Åtgärdande av dåligt fungerande ekonomiser system
• Åtgärdande av 9 kompressorer (av 90 mätta) med låg verkningsgrad mycket lägre kostnad än att åtgärda haveri besparings > total investering
• Energibesparing 7-13 % på totalt köpt el till butik
– Carrefour konsult analyserat kylsystemens prestanda > 20-30% förbättring.
• Carrefour har nu utökat till 60 övervakade butiker – Ytterligare 4 italienska livsmedelskedjor testar nu ClimaCheck
23
12
24
Carefour Hyper market i Milano
Kompressor 2 Låg verkningsgrad
25
Kompressor 2 Låg effektivitet
Average Comp. Efficiency
Kompressor Pack på Hypermarket Kompressor 2 Låg effektivitet
Komp. Eff. 1, 3 och 4
Full effekt Full effekt Full effekt
Stab. Stab. Stab.
13
Huvudsakliga Carrefour åtgärder
• Injustering av styrsystem – Börvärden på förångning
– Kondensortrycksstyrning
– Hystereser och tidsfördröjningar • kraftigt minskat antal starter
• Service på kompressorer med nedsatt verkningsgrad (9 st av ca 90) besparingen större än hela investering i analys
• Rengöring av vissa kondensorer
• Åtgärder av brister i ett ekonomiser system
Mycket mer finns att göra!!!
26
Energistatistik som
optimeringsverktyg
Visualisering av injustering 14de juni
Gröna linjen = Energiprofilen baserad på 12 månader
Röda linjen medeltemperatur
Besparing ca 150 sek/dag
365 dagar om året
14
Semihermetiskt vätskekylaggregat med värmeåtervinning
28
Tryckrörs temp
Isentrop. verk.
Kondensering
VB ut
VB in
KB in
KB ut
Överhettning
Underkylning
Förångning Start I dellast I Fullast
Dålig dellast verkningsgrad, expansionsventilproblem vid dellast,
“dålig” kondensor, högt KB flöde/”dålig” förångare.
29
COP +10% vid full effekt
Kompressor eff. 48% till 64% När komp går från del till full
last
Överhettnign < 1 K vid dellast förklarar tidigare haverier
8 kompressorer inget behov av delllast > Besparing 30 000 Sek/år
100%
67%
Temp. diff. 9.3 K
KB ut– förångning Bra≈ 3-5 K
Temp. diff. 9.3 K
VB ut - Kond Bra ≈ 1-4 K
15
30
10 i botten
1. Fyllning
2. Överhettning
3. Instabil reglering
4. Brister i kapacitetsstyrning - dimensionering
5. Kondensering - styrning - börvärden
6. Förångning – styrning – börvärden
7. Flöden - kondensor förångare
8. Skit i filter och växlare
9. Frysskydd – koncentration – luft – blandningar
10.Kompressorverkningsgrad
11.Ekonomiser - fyllning och injustering
12.Ojekylning – avskiljning – injustering kunde inte sluta ……
Tillkommer ej optimala lösningar
• Undvik att små laster med speciella behov styr börvärden för stora effekter
• Tänk helhet och energi
– Kan energin användas på ett annat ställe Väl genomförd värmeåtervinning viktig del av framtida energianvändning
– Gör enkla lösningar
– Ta med uppföljning och ansvar för funktion i diskussionerna från början
Följ upp!
31
16
Fyllning
• Det finns en optimal fyllning vid varje driftpunkt
32
Kompressorer
• Stabila driftförhållanden
– Undvik start o stopp
• Respektera driftområde
• Se upp med
1. Stor överhettning vid hög tryckuppsättning
2. Låg överhettning vid stor tryckuppsättning
3. Pendling vid stor tryckuppsättning
4. Cirkulerande olja
33
17
Typisk Scroll verkningsgrad, R407C
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
-20 -10 0 10 20
Evaporating Temperature °C
Large AC Scroll
Small AC Scroll Isentrop
Verkningsgrad
40°C
Condensing
Temperature
Kompressorer med problem
35
Scroll som arbetat med köldmediebrist
Skruv som arbetat överfylld med
många start och stopp
18
Kondensor
• Kondensorstyrning – Utnyttja lägsta möjliga kondensortryck
– Säkerställ stabil reglering annars störs processen • Varje gång fläkt startar sjunker kondensering
• När kondensering sjunker försvinner underkylning
• När underkylning försvinner bildas gas i vätskeledning
• Gas i vätskeledning ökar tryckfall i expansionsventilen
• Ökat tryckfall minskar flöde
• Minskat flöde sänker förångning
• Sänkt förångning leder till att kompressor stannar
• Stoppade kompressorer gör att fläktar stannar
• …………………………………………………………………………….
36
Sänkt kondensering
• Sänkt kondensering ökar kyleffekt – COP
• Ökad kyleffekt sänker förångning
– Se upp med frysning i förångare om det är vatten
• I de flesta system klarar expansionsventilen lägre tryckuppsättning så länge den får ren vätska
37
19
Inte bästa prestanda
38
39
Kondensor växer inte
20
Förångare
• Säkerställ högsta möjliga förångning
• Se upp med luft i köldbärare > skumbildning
• Rätt fryspunkt
• Undvik tumregler för överhettning • Uppgifter vid ett par representativa driftpunkter krävs
Injustering kräver annars stor erfarenhet eller mycket tid • För injustering måste högsta tryckuppsättning testas
• Se upp med flera steg och hysteres
• Snefördelning
• Avfrostning
40
41
Dimensionerande dT är 4-5 K mot uppmätta 10-11 K 15-25% ökad driftkostnad
Vätskekylare i Svensk butik
21
Avklädd
Dålig fördelning Fördelningsproblem kan uppstå så fort det är mer än två kretsar I förångare. Ökad risk: A. Stora växlarytor = energieffektiv
dimensionering B. Låga temperaturer > höga koncentrationer
på köldbärare > hög viskositet > fler kretsar och lägre tryckfall på köldmediesidan
C. Luft i köldbärarsystem D. Olja på köldmediesida i förångare
Avfrostning
43
22
Expansionsventil
44
• Skapa relevanta förhållande
• Använd vettig mätutrustning
– Montera temperaturgivare
• Ha tålamod min 10 minuter efter att något ändras
• Förstå funktionen
• Expansionsventilen påverkas av allt
• Köldmediebehållare direkt före expansionsventil är riskfyllt
Expansionsventilen
45
För varje driftfall finns en optimal överhettning
23
46
Expansionsventil
(inverkan på underkylning uppenbar)
Superheat affected by frost build-up
47
24
Styrning
• Övertro på förfrågningsunderlag
• Samordnad provning uppfattas olika
– Beställarsidan att allt funkar som det ska
– Entreprenörerna att visa att deras bitar funkar som de ska
• Tröghet i system kan inte förutses till rimlig kostnad
• Dynamiken kan in förutses
• Intrimning krävs
• Bör utföras vid olika laster
Den som har ansvar måste ha budget för injustering
48
25
50
Styrning – varvtalsreglering
• Senaste = bra teknik ingen garanti
• Måste justeras in – annars ingen besparing
• Komplexa systemlösningar ökar behov av uppföljning
Varvtalsreglering - expansionsventil
• Sänkt kapacitet leder till utmaningar för expansionsventil
– Speciellt stort problem i luft-vatten värmepumpar
– När tanken blir varm minskar varvtal
Stor risk för att ventilen inte klarar att stänga tillräckligt
Flytande köldmedium till kompressor
Löser upp oljan
Låg viskositet
– Låg tryckrörstemperatur > fiktivt hög verkningsgrad
51
26
Varvtalsstyrd pump stör kylmaskin
52
1. Flödet varierar 2. Överhettnignen hade ökats för att minska pendling 3.Ökad överhettning > lägre förågning 4. Sänkt COP mm
53
Ekonomiser systems ofta ej funktionella
Total underkylning
Överhettning ekono.
Överhettning
COP
Underkylning
Fyllning Fyllning
27
Energistatistik
55
28
Visualisering av energioptimering
Injustering gjord den 17/6 med ca 15% besparing
Kylbranschen globalt behöver höja kompetensen.
Beställare bör ställa
krav på dokumentation och värdera kompetens mer än lågt initialt
pris.
57
Dynamiska systems och verkliga
driftförhållanden måste analyseras.
29
Tack för visat intresse
Frågor?