1

Finns det kostnadseffektiva energibesparande åtgärder i våra anläggningar?

Klas Berglöf

ClimaCheck Sweden AB

klas@climacheck.com

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?