Beta 1


Title Alternative energiløsninger til Sander Hansen tunnelpasteur : Analyse af potentialet i integration af solvarme og varmepumper
Author Andersen, Lau
Oxbøl, Jesper
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Bang-Møller, Christian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Bachelor thesis
Year 2011
Abstract I takt med at fokus på de globale klimaproblemer er øget de seneste år og i takt med at den finansielle krise har presset virksomheder økonomisk, vokser interessen og efterspørgslen på billige alternative energikilder til at dække industriens energibehov. Sander Hansen, som producerer pasteuriseringsmaskiner, oplever samme efterspørgsel fra kunderne og vil derfor gerne undersøge mulighederne for at dække energibehovet i deres maskiner med alternative energikilder, i stedet for damp som anvendes nu. I denne afhandling undersøges det energimæssige og økonomiske potentiale i at implementere solvarme, en absorptionsvarmepumpe og en kompressionsvarmepump i en Sander Hansen tunnelpasteur. Solvarmen undersøges som erstatning for den eksisterende opvarmning i pasteuren og som drivvarme til absorptionsvarmepumpen. Implementering af solvarmen til opvarmning undersøges for fire forskellige konfigurationer: varmeveksling mellem vand fra solfangeranlægget og pasteurens buffervand (1) eller pasteurens zonevand (2), og direkte anvendelse af vandet fra solfangeranlægget i buffersystemet (3) eller i pasteuriseringszonerne (4). Potentialet i absorptionsvarmepumpen analyseres med henblik på at skulle producere køling til pasteuriseringsmaskiner med konstant kølebehov. I den forbindelse undersøges potentialet ved anvendelse af solvarme og overskudsvarme som drivvarme. Potentialet i kompressionsvarmepumpen undersøges med henblik på at anvende den til at regenerere varme fra koldtvandsbufferen til varmtvandsbufferen i driftssituationer, hvor et konstant kølebehov eksisterer. Herved spares både energi til køling og opvarmning. Analysen i afhandlingen viser, at variationen i solindstrålingen i Danmark er så stor hen over døgnet såvel som året, at der kræves meget store solfanger- og bufferanlæg for at kunne dække blot 30% af varmeenegibehovet i pasteuren. Ved varmeveksling mellem vandet i solvarmeanlægget og vandet i pasteurens pasteuriseringszoner er det muligt at opnå en årlig besparelse på ca. 100 kr/m2. Set i relation til anskaffelsesprisen på solfangere som typisk ligger på 2000 kr/m2 (uden tilhørende bufferanlæg), er dette ikke en oplagt økonomisk besparelse. Anvendelse af solvarmen som drivvarme i absorptionsvarmepumpe har et endnu dårligere økonomisk potentiale, idet køleeffektfaktoren for absorptionsvarmepumpen er mindre end én, samtidig med at den nuværende pris på køling er lavere end prisen på varme (damp). Analysen af absorptionsvarmepumpen viser til gengæld også, at det er muligt at opnå en betragtelig besparelse på over 1000 kr pr. kW køling som varmepumpen erstatter, når overskudsvarme med en temperatur på 65 °C er til rådighed. Til sammenligning er det muligt at opnå en besparelse på over 2000 kr/kW ved anvendelse af kompressionsvarmepumpen. På baggrund af resultaterne kan det derfor konkluderes, at den største og mest umiddelbare økonomiske besparelse viser sig, at kunne opnås ved implementering af en kompressionsvarmepumpe, som kan regenerere varme fra pasteurens koldtvandsbuffer til pasteurens varmtvandsbuffer.
Abstract As the focus on global climate issues has increased in recent years and as the financial crisis has put economic pressure on many companies, growing interest and demand for cheap alternative energy sources to meet industrial energy needs arises. Sander Hansen, who produces pasteurization machines experience the same demand from customers and would therefore like to explore ways to meet energy needs in their machines, with alternative energy sources, instead of steam which is used now. This paper investigates the energy and economic potential of implementing solar heating, an absorption heat pump and a compression heat pump in a Sander Hansen tunnel pasteurizer. The solar heat is investigated as replacement for the existing heating, and as driving heat for the absorption heat pump. Deployment of solar energy for heating is investigated for four different configurations: heat exchange between water from the solar system and the bufferwater (1) of the pasteurizer or the water in the pasteurization zones (2), and direct use of water from the solar system in the buffer system (3) or in the pasteurization zones (4). The potential of the absorption heat pump is analyzed for the heat pump producing cooling for pasteurizers with constant cooling needs. In this context the potential is investigated utilizing solar heat and excess heat as driving heat. The potential of the compression heat pump is investigated with intensions of using it for regenerating heat from the cold water buffer to the hot water buffer at operating conditions where constant cooling requirements exist. This saves both energy for cooling and heating. The analysis in this thesis shows that the variation in solar radiation in Denmark is so great during the day as well as the year, that very large solar collector and buffer systems are required to cover only 30% of the heat energy demand in the pasteurizer. With heat exchange between water in the solar collector system and the water in the pasteurization zones it is possible to achieve an annual saving of approx. 100 DKK/m2. In relation to the purchase price of solar panels, which are typically on the level of 2000 DKK/m2 (without accompanying buffer systems), this is not an obvious financial saving. Use of solar heat as driving heat in the absorption heat pump has an even worse economic potential, as the cooling coefficient of performance for the absorption heat pump is less than one, and the current price of cooling is lower than the price of heat (steam). On the other hand the analysis of the absorption heat pump also shows that it is possible to achieve a considerable saving of more than 1000 DKK pr. kW cooling the heat pump replaces when excess heat with a temperature of 65°C is available. For comparison, it is possible to achieve a saving of more than 2000 DKK/kW, when utilizing the compression heat pump. Based on the results it can therefore be concluded that the greatest and most immediate economic savings turns out to be achieved by implementing a compression heat pump, which can regenerate heat from the cold water buffer to the hot water buffer of the pasteurizer.
Note English titel: Alternative energy solutions for Sander Hansen tunnel pasteurizer - Analysis of the potential of integrating solar heating and heat pumps
Imprint DTU Mekanik
Pages 208
Series MEK-TES-EP-2011-05
Fulltext
Original PDF prod21323243650594_Bachelor_MEK_TES_EP_2011_05_1.pdf (30.63 MB)
Admin Creation date: 2011-12-13    Update date: 2011-12-13    Source: dtu    ID: 314393    Original MXD