©Svenskt Gastekniskt Center – April 1997

KYLNING OCH KLIMATISERINGAV BYGGNADER OCH LOKALER

MED HJÄLP AV NATURGAS

Rapport SGC 082

Anders LindkvistVattenfall Energisystem AB

Rapport SGC 082 • ISSN 1102-7371 • ISRN SGC-R--82-SE

SGC:s FÖRORD

FUD-projekt inom Svenskt Gastekniskt Center AB avrapporteras normalt i rapporter som är fritt tillgängliga för envar intresserad.

SGC svarar för utgivningen av rapporterna medan uppdragstagarna för respektive projekt eller rapportförfattarna svarar för rapporternas inne-håll. Den som utnyttjar eventuella beskrivningar, resultat e dyl i rap-porterna gör detta helt på eget ansvar. Delar av rapport får återges med angivande av källan.

En förteckning över hittills utgivna SGC-rapporter finns på SGC´s hemsida www.sgc.se.

Svenskt Gastekniskt Center AB (SGC) är ett samarbetsorgan för företag verksamma inom energigasområdet. Dess främsta uppgift är att samordna och effektivisera intressenternas insatser inom områdena forskning, utveckling och demonstration (FUD). SGC har följande delägare: Svenska Gasföreningen, Sydkraft Gas AB, Sydkraft AB, Göteborg Energi AB, Lunds Energi AB och Öresundskraft AB.

SVENSKT GASTEKNISKT CENTER AB

Johan Rietz

SA MMA NFA TTNING

Baserat på de förutsättningar som gäller i dag är det svårt att se lönsamhet för gasbaserad kyla.De ekonomiska förutsättningarna för gasbaserad klimatisering är beroende på prisskillnadenmellan el och naturgas. En förutsättning för god lönsamhet är att kylaggregatets avgivnavärme tillvaratas. Kapital- och driftkostnaderna är för höga fOr gasbaserad kyla jämfört medelbaserad kyla.

Lönsamheten är också beroende på kylmaskinens applikation såtillvida att naturgasaggregatgynnas av liten temperaturskillnad mellan kylaggregatets varma och kalla sida.

De tekniker som kan användas för naturgasbaserad kylning är kompressor-, absorptions- ochsorptionssystem.

Exempel på lämpliga applikationer för gasbaserad klimatisering är kylning av datorhallar,butikskyla, slakterier, klimatisering av badhus.

Kompressorsystemet består av ett ordinärt kompressorkylsystem drivet aven gasmotor. Tvåtyper av motorer finns för drift av kylaggregatet, nämligen ottomotorn och stirlingmotorn. Avdessa två typer är det ottomotorn som dominerar marknaden.

..Absorptionssystemet är en till nästan uteslutande del värmedriven kylprocess. Endast enmindre del el åtgår för dess drift. Absorptionssystemet arbetar mindre effektivt änkompressorsystemet.

Sorptionssystemet har sin främsta tillämpning i avfuktning av lokaler, även om det påmarknaden börjar förekomma sorptionsbaserad kyla.

Det förekommer ett antal tillverkare på den europeiska marknaden. Dels av ottomotorer, delsav kompressorkylaggregat, absorptionsaggregat och sorptionsaggregat.

Förutom eldrivna kylprocesser är fjärrkylan en viktig konkurrent till naturgasbaserad kyla.Fjärrkylans marknadsvolym var 1995 30 GWh kyla, vilket översatt till naturgas motsvarar ca15 GWh naturgas per år. Fjärrkylan väntas växa till att vid sekelskiftet omfatta 370 GWh/årkyla, vilket motsvarar ca 185 GWh naturgas per år.

Utvecklingen går i riktning mot kylaggregat med bättre effektivitet och anpassning till miljön.För kompressoraggregat innebär det alternativa köldmedier, bättre kompressorer och mindreunderhållskrävande motorer. Absorptionskylaggregaten förses med flera steg. Nya alternativasorptionsprocesser introduceras.

Today, gas based cooling systems are not profitable in most applications. The economicalassessment of natural gas climatisation is dependent of the price difference between gas andelectricity. Olle requirement for good profitability is that the emitted heat, by the refrigerationsystem, is used. The costs of capital and maintenance are higher. for gas based systemscompared with those for electrical cooling systems.

The profit also dependt of the application the system is used in. The natural gas system isfavoured by the low difference in temperature between the warm and the cold side of thesystem.

There are three common techniques used for natural gas cooling purposes; the compressorsystem, the absorption system and the sorption system.

Examples on suitable applications for natural gas cooling techniques are computer halls,superstores, slaughter houses and bath houses.

The compressor system is composedof an ordinary compressor refrigeration system poweredby a gas engine. The gas engine can be either an otto engine or a stirling engine. The ottoengine kind is dominating the market.

The absorption system is a refrigeration system using heat as energy source. Only a smallamount of electricity is needed. The absorption system is less efficient than the compressorsystem.

The sorption system is commonly used as a dehumidifier. Recently, sorption basedrefrigeration systems has been introduced to the market.

There are several manufactures represented on the European market. Some supply gas firedotto engines, others supply refrigeration systems based on either compressor, absorption orsorption techniques.

The major competitors to natural gas cooling systems are local electrical cooling systems aswell as systems based on district cooling. The market volume for district cooling in Sweden1995 was 30 GWh, which is equivalent to approximatly 15 GWh natural gas. At the tum ofthe century the market for district cooling is estimated to reach 370 GWh/year, which isapproximatly equivalent to 185 GWh natural gas per year.

Research in the refrigeration area is aiming towards higher efficiency with moreenvironmentally acceptable refrigerants.The intention is to find "natural" refrigerants that willenable compressors to reach higher energy factors and that will require less maintenance. Theabsorption system will operate in a three stage cycle. New alternative sorption cycles willprobably be introduced to the market ( in the near future ).

INNEHALL

SAMMANFATTNING

SUMMARY

INNEHÅLL

1. TEKNIKER FÖR KYLNING

1.1 Kompressorprocessen

1.1.1 Grundcykeln

1.1.2 Köldmedier

1.1.3 Kompressorer

1.1.4 Motorer

1.1.5 Godhetstal

1.2 Absorptionsprocessen

1.2.1 Köldmedier

1.2.2 Grundcykeln

1.2.3 Godhetstal

1.3 Adsorptionsprocessen

1.3.1 Grundcykeln

1.3.2 Godhetstal

2. GASDRIVNA AGGREGAT PÅ DEN EUROPEISKA MARKNADEN

2.1 Kompressoraggregat

2.2 Absorptionsaggregat

2.3 Sorptiv kyla

3. EKONOMISKA SYNPUNKTER

3.1 Aggregatpris

3.2 Installationskostnad

3.3 Underhållskostnad

3.4 Totala fasta kostnaden

3.5 Exempel

4. MARKNADSFÖRUTSÄTTNINGAR I SVERIGE

Sida

1

1

1

2

3

~

5

7

7

7

8

10

10

11

11

11

12

13

13

14

15

15

16

16

17

4.1 Naturgasens distributionsområde

4.2 Behov av klimatisering

18

18

4.3 Dagens och potentiell marknad i Sverige 18

195. UTVECKLING

6. LITTERATUR 20

1. TEKNIKER FÖR KYLNING

Med kylning avses i allmänhet inget annatän temperatursänkning aven kropp eller ettmedium. Temperatursänkning erhållsgenom att värmeenergi transporteras frånen kropp till en annan kropp eller ett annatmedium. Värmeenergi kan ej av sig självavges från en kropp med låg temperatur tillen kropp med hög temperatur. Enkylmaskin transporterar värme från enkallare kropp till en varmare genom attprima energi tillsätts för att driva encirkelprocess där ett köldmedie förångasvid låg temperatur och kondenserar vidhög temperatur. Vid förångningen upptarköldmediet värme från den kalla kroppenoch vid kondenseringen avger köldmedietvärmen till den varma kroppen. Enkylmaskin kan konstrueras och drivas påett flertal olika sätt. I de kommande

avsnitten beskrivs arbetsprincipen för devanligaste kylmaskinerna.

1.1 Kompressorprocessen

Figur 1 visar principen för den vanligastekylprocessen, kompressorprocessen.

Figur 1. Principen för kompressorprocessen.

Avgivet värme, Qvä=e

Upptaget värme, QKyl

En kompressorkylmaskin består i principav fem delar kompressorn, kondensornexpansionsventilen, förångaren och

köldmediet. Köldmediet är det medium

som transporterar värmet från den låga tillden höga temperaturen. Det ärkompressorn som cirkulerar köldmedietrunt i apparaten.

1.1.J Grundcykeln

I figur 2 visas ett fiktivt driftfall för denideala kompressorcykeln inlagd i ett

Figur 2. Idealisk kompressionscykel.

Tryck [kPa]

10000Kondensering

1000

T;70'C

100

150 350 550250 450

Entalpi [kJ/kg]

tillståndsdiagram, i - log p - diagram, förköldmediet R134a. Diagrammets x-axelvisar köldmediets energiinnehåll (entalpi)vid ett visst tillstånd. Tillståndet bestämsav rådande tryck och temperatur. På y-axeln avläses trycket efter en logaritmiskskala. Temperaturen avläses på konstantatemperaturlinjer, se exempelvis tempera-turlinjen för 70C. Köldmediets jämvikts-kurva utgörs av övre och nedre gränskurvasom avgränsar köldmediets olikafasornråden. Till vänster om jämvikts-kurvan, nedre gränskurvan, är köldmedietflytande. I området mellan övre och nedregränskurvorna är mediet en blandning av

vätska och gas, och till höger om jämvikts-kurvan, övre gränskurvan, är mediet igasfas.

I kondensorn övergår köldmediet från gastill vätska under avgivande av värmetQVärme'Detta värme kan med fördeltillföras ett uppvärmningssystem. Köld.mediet kondenserar vid konstant

temperatur vars belopp bestäms avomgivningen. Eftersom värme sig självendast kan gå från en varmare kropp till enkallare måste kondensorn inta en någothögre temperatur än omgivningen. Det ikondensorn rådande kondenseringstrycketbestäms av jämviktskurvan och rådandekondenseringstemperatur. I figuren repre-senteras processen i kondensorn av denövre horisontella linjen.

Expansionsventilen utgör en strypning isystemet Strypningen behövs för att intedet i kondensorn kondenserade köldmediet

ska rusa över i förångaren och så att sägakortsluta systemet. En ideal strypning skervid konstant entalpi, i, se figur 2. Vidstrypning övergår alltid en del av köld-mediet från vätska till gas.

Vätskan som kommer från kondensorn viastrypningen kokar i förångaren, dvsövergår från flytande till gasfas, underupptagande av värmet QKyl'Förångnings-temperaturen måste vara lägre änomgivningstemperaturen för att QKylskafås att transporteras till förångaren.Förångningen liksom kondenseringen skervid konstant temperatur.

Den i förångaren genererade gasen pumpasmedelst kompressorn från förångaren tillkondensorn. En ideal kompressor trans-porterar gas vid konstant entropi, isentrop.För att flytta gasen mellan förångaren ochkondensorn måste ett arbete tillföras gasen,detta arbete och kompressorns mekaniskaförluster är det arbete, QT, som motornmåste uträtta för att driva processen.

Det som skiljer en verklig process från denideala är främst energiförluster istrypningen och kompressionen. Dessa kani diagrammet åskådliggöras så attstrypningen sker under entalpiökning, dvsexpansionslinjen lutar något åt vänster -kyleffekten minskar, och kompressionenunder entropiökning och entalpiökning,dvs kompressionslinjen lutar mer åt högerän isentropen -kompressorarbetet ökar.

1.1. 2 Köldmedier

Sedan freondebatten startade på -1980-talethar det hänt mycket på köldmediesidan. Deså kallade freonerna, vilket från början ärett handelsnamn för DuPonts halogeneradekolväten, som innehåller klor och fluor harersatts med halogenerade kolväten somendast innehåller halogenen fluor, tex.R134a (CH2F-CF3). Dessa klorfriaköldmedier har ingen ozonnedbrytandeeffekt. Klor är det ämne som står för denozonnedbrytande effekten. Bland freonerkan man särskilja s.k. CFC-köldmediersom är fullständigt halogenerade och ejinnehåller väte, tex R12, och s.k. HCFC-köldmedier som är ofullständigthalogenerade och därför innehåller väte,t.ex. R22. HCFC har en betydligt lägrepåverkan på oxonnedbrytningen än CFC pågrund av att HCFC är mer instabilt ochdärför bryts snabbare ner i atmosfären.Förutom ozonnedbrytning diskuterasköldmediers bidrag till växthuseffekten.Alla halogenerade köldmedier bidrar tillväxthuseffekten i varierande grad. Minstpåverkan har ett klorfritt köldmedie R152asom tyvärr är brännbart.

Ett sätt att minimera både växthus- och

ozonnedbrytningseffekten är att användahelt naturliga köldmedier. Det somkaraktäriserar ett naturligt köldmedium äratt det förekommer i naturen och därmed

inte framställs på kemisk, syntetisk, väg.

Exempel på naturliga köldmedier ärammoniak, NH3, vilket betecknas R717,propan, C4Hg, vilket betecknas R290 ochISO-butan, C4HlO'vilket betecknas R600a.De rena kolvätena propan och isobutaninnehåller ej klor och fluor och kan därförkallas halogenfria. Nackdelen med denaturliga köldmedierna är att de ofta ärgiftiga och brännbara.

Figur 3 visar vilka käldmedier somersätter de gamla klorerade käldmedierna.Ersättarna kan indelas i två grupper.Gruppen kortsiktiga ersättare omfattarkäldmedier innehållande en del klor och

därmed endast är tillåtna för användningfram till år 2005. Gruppen långsiktigaersättare omfattar klorfria käldmedier

och naturliga käldmedier.

Figur 3. Köldmedier

EnkomponentR717R290

R600aR170

BlandningarR290/600a

EnkomponentR134aR125R32

R143a

BlandningarR143a1125/134

R143a1125

R32-baserade

1.1.3 Kompressorer

I huvudsak tre typer av kylkompressorerförekommer, se figur 4:

. Kolvkompressor.Skruvkompressor.Turbokompressor.

.

.

Figur 4. Kompressortyper och dess storlekar.

Axeleffekt [kW]

10000

t

~-Skruvkompressor

~1000

100

~@-

10

I I

1~~Turbokompressor

0,1

Kolvkompressor

Viktigt är att kompressorn är en så kalladöppen kompressor. Med begreppet öppenkompressor menas att kompressornsdrivaxel sticker ut genom kompressor-höljet. Detta gör det möjligt att välja typ avdrivmotor utan att behöva göra ingrepp ikylsystemet.

1.1.4 Motorer

För att driva kompressorn krävs ettmekaniskt arbete. Detta arbete utförs avmotorn, vilken omvandlar den i bränsletkemiskt lagrade energin, eller vid elmotor-drift elenergi, till mekanisk energi. Vidgasdrift av motorn finns det två alternativ:

. Ottomotor, (fig. 5)Stirlingmotor, (fig. 7).

Figur 5. Ottom otor.

Båda är kolvmotorer men med den

skillnaden att stirlingmotorn har yttreförbränning och ottomotorn inreförbränning. Med yttre förbränning menasatt gasen förbränns i en gasbrännare somvärmer motorn utifrån, till skillnad fråninre förbränning där gasen förbränns imotorns cylinderrum.

Figur 6 visar den mekaniska verknings-graden, 11Motop för en ottomotor vidgasdrift. Den mekaniska verkningsgraden

Figur 6. Ottomotorns verkningsgrader.

Verkningsgrad [%]

60

55

~.-50

45Motorns varvtal =1500 v/min

40

35

~"-'30

25

20

40 50 60 70 80 90 100

Axeleffekt [kW]

når ett maximum på ca 35 % vid fullastoch ca 28% vid 50% last och ärförhållandet mellan erhållet axelarbete och

till motorn tillförd energi i form av bränsle.Motorn avger även värme i form av hetaavgaser och kylvatten. Detta värme kananvändas för uppvärmning eller drivaandra processer enär det håller en relativthög temperatur, ca 300 DC. Ur figur 6erhålls även typiska värden på dentermiska verkningsgraden, 11Värme'som ärförhållandet mellan avgivet användbartvärme och tillförd energi, i form avbränsle.

Eftersom ottomotorns förbränning sker icylinderrummet kvarstår en delföroreningar i motorn från förbränningen.Också den mekaniska och termiska

belastningen på motorn är hög på grund avatt förbränningen sker stötvis. Detta får tillföljd att underhållet på en ottomotor ärtämligen omfattande.

Figur 7. Stirlingmotor i genomskärning.

Stirlingmotorn, figur 7, arbetar med ett imotorn inneslutet gasformigt arbets-medium, vanligtvis helium. Stirlingmotornhar en mekanisk verkningsgrad, 11Motopsom framgår av figur 8. Diagrammet visarhur axeleffekt och verkningsgrad beror avgastemperaturen i motorn.

Den praktiska mekaniska verkningsgradenligger på ca 38% enär det är svårt att hittahögtemperaturtåliga material för konstruk-tion av motorns varma sida. Den termiska

verkningsgraden, llVärme,är för en stirling-motor ca 50 %.

Figur 8. Stirlingmotorns mekaniskaverkningsgrad.

Verkningsgrad [%]

45 Motorns varvtal

40

1200v/min

1120°C35

30 Varma sidanstemperatur

25

o 20 30 40 50 70 8010 60

Axeleffekt [kW]

Kylvattentemperatur =70°C

En stirlingmotors främsta fördel är att denarbetar helt slutet vilket medför att den intesmutsas ner invändigt. Dessutom blir denmekaniska och termiska belastningen lägreän för en ottomotor på grund av attvärmningen av motorn är kontinuerlig.

Trots dessa fördelar har Stirlingmotorn intefått samma kommersiella spridning somgasottomotorn främst på grund av desshöga inköpspris.

1.1.5 C;otihetstal

Godhetstal används inom kylteknikenistället för verkningsgrad. Det viktigastegodhetstalet för kylprocessen är köld-faktorn. I detta avsnitt definieras ochdiskuteras köldfaktorn.För att driva processen krävs att arbetetillförs köldmediet. Arbetet tillförs av

kompressorn som för en viss kyleffekt,QKyb [W] kräver en viss axeleffekt, QT

[W]. Kompressorn drivs i sin tur avenmotor vilken har verkningsgraden, 11Motor.Motorn tillföres bränsle med ett visst flöde,QBränsle[W]. Processens köldfaktor, 8Totabdefinieras som:

QKyl

f:Total= QBränsle

Detta sätt att definiera köldfaktorn är

generellt och gäller oavsett vad maskinendrivs av för energislag, som naturgas,diesel eller el. I fallet elmotor motsvaras

Qbränsle istället av Et som är den elenergisom tillförs drivmotorn.

Köldfaktorn ska tolkas som förhållandet

mellan den av kompressorn alstrade kylanoch den energi som måste tillföras motornför att hålla kompressorn igång. Eftersomden köldalstringen för det mesta, beroendepå driftfall, är större än drivenergin är 8Tota]oftast större än 1. Detta är anledningen tillatt begreppet "godhetstal" används iställetför det vanliga begreppet "verkningsgrad"vilken per definition aldrig är större än 1.För förbränningsanläggningar med rökgas-kondensering har man tänjt på begreppenoch talar om verkningsgrader över 100%på grund av att verkningsgraden baseras påbränslets effektiva värmevärde.

Köldfaktorn beror av mellan vilka

temperaturer som kylmaskinen arbetar, justörre temperaturskillnad mellan förångareoch kondensor desto lägre köldfaktor.Faktorn är också starkt beroende av

kylprocess och storleken på kylmaskinen.Tabell 1 ger exempel på storleken på 8Total.

Tabell 1. Exempel på köldfaktorer.

Kylapparat Köldfaktor, 8Tota]

Kylskåp 1,2-1,7Frysskåp 0,9-1,3Liten luftkond, 1,5 kW 1,5-2Stor luftkond, lO kW 2,5-4

Köldfaktorn ETotalkan utvecklas till:

E To/al = 11To/al' E C

där Ec är lika med den carnotskaköldfaktorn och 11Totalär lika med totalacarnotska verkningsgraden. Den carnotskaköldfaktorn uttrycks som

EC = T2/(Tl - T2)

där T1 och T2 är de temperaturer vid vilkavärme bortförs och tillförs d.v.s.

kondenserings- respektive förångnings-temperaturerna vilka anges i Kelvingrader.

Figur 9 visar hur den carnotskaköldfaktorn, Ec,varierar med kylmaskinenstemperaturer på varma och kalla sidan.

Figur 9. Carnotska köldfaktorn.Carnotska köld/aktern

40

36Varma sidans temperatur

-8- O'C

-§!- 10"C

-<>---20'C

-+- 3O"C

-o- 40"C

--- 5O'C

32

28

24

20

16

12

8

4

o

-10 -8 -6 -4 -2 O 2 4 6 8 10

Kalla sidans temperatur [°C]

Med kylmaskinens kalla sida avses för-ångningstemperaturen som bestäms avtemperaturen på det medium som förångar-en hämtar värme från minus den ekonom-

iska temperaturdifferensen i förångarenoch i eventuellt brinekylt kylbatteri. Varmasidans temperatur är kondenserings-

temperaturen som bestäms av temperaturenpå det medium som kylmaskinen avlämnarvärme till plus den ekonomiskatemperaturdifferensen i kondensorn ocheventuell vätskekylare. Den carnotskaköldfaktorn är en rent fysikalisk storhet.Den visar vilken teoretiskt största

köldfaktor som går att uppnå vidvärmetransport mellan två medier. Det äromöjligt att bygga en verklig kylmaskinsom kan uppnå en köldfaktor lika med dencarnotska köldfaktorn.

l1Totalkan skrivas:

11Total = 11Axel 011 Motor

I denna formel är 11Axel produkten avköldmediets termodynamiska verknings-grad och kompressorns mekaniskaverkningsgrad och 11Motorär drivmotornsmekaniska verkningsgrad. Båda verknings-graderna varierar med köldmedium,motortyp och motorstorlek. Tabell 2 nedanvisar 11Total för kombinationer avköldmedier och motorer med axeleffekterrunt 100 kW.

Tabell 2. Verkningsgrader.

Det av kondensorn och drivmotorn avgivnavärmet QVärme, figur l , beror avköldaIstringen och faktorn \}lenligt:

QVärme = QKyl o \}I

\}l är kylmaskinens och motornsavgivningsfaktor. Avgivningsfakorn talar

Motortyp Köldmedium

R290 i R717

11Axel 0,61 ' 0,64.11Total,gas Stirling 0,24 , 0,25

11Motor= 0,39'

----------------- ---------+---------Otto 0,23: 0,24

11Motor= 0,37':

11Total,el El 0,56'

0,59.,11Motor= 0,92

...

om hur mycket värme för tex.uppvärmningsbehov som en kylmaskinproducerar. För en komressorkylmaskin äravgivningsfaktorn

'I' = 1+ YlMotor + YlVärmeYlTotal' EC YlTotal' EC

I detta uttryck representerar de två förstatermerna värmet avgivet från kondensornoch den tredje termen värmet avgivet frånmotorn i form av bl.a. heta avgaser ochuppvärmt kylvatten.

1.2 Absorptionsprocessen

Absorptionskylmaskinen är en värme-driven kylapparat, där endast en mindremängd el behövs får drift avencirkulationspump. Figur 10 visar principenför en sådan apparat

Figur 10. Principen för absorptionskylmaskin.

Högtemperatur-värme,OH

Rik lösning

ExpansionsventilViirmeviixlare

Fattig lösning

Pump Lågtemperatur-värme, aL

Upptaget värme, OK"

Tillfört arbete, aT

Apparaten kan jämföras med enkompressorkylmaskin där kompressornersatts av absorbatorn, värmeväxlaren,desorbatorn och pumpen. Desorbatorn kanäven benämnas generatorn. Liksom i falletmed kompressorkylmaskinen är det ettcirkulerande köldmedium som flyttarvärmet från den låga till den högatemperaturen. I absorptionsmaskinenbestår köldmediet aven lösning, där ena

komponenten är en gas och den andra envätska. Gasen har den egenskapen att denlöser sig extremt lätt i vätskan.

1.2.1 Köldmedier

En absorptionsapparat arbetar inte med ettköldmedium i traditionell mening, utanmed en lösning aven gas i vätska. Delösningar som är vanligast förekommandeär:

. Ammoniak-Vatten, NHrH2O.

. Lithiumbromid-Vatten, LiBr-H2O.

Båda köldmediernaköldmedier.

är naturliga

1.2.2 Grundcykeln

Figur 11 visar jämviktsdata för lösningenammoniak-vatten som är ett vanligtköldmedie vid absorptionskylmaskiner.

Figur 11. Tillståndsdiagramför ammoniak-vatten.

Log(Tryck)

3,30

3,10NH,-koncentration

"~'~;M

---0---0%

2,90-<>-20%

2,70-0-40%

2,50 --0-60%

2,30 ~80%

2,10--100%

1,90

1,70

1,50

1,30

1,10

2,1E-3 2,6E-3 3,1E-3 3,6E-3 4,1 E-3 4,6E-3

1/(Absoluta temperaturen) [1/K]

I diagrammet är inlagt linjer för konstantammoniakoncentration vid olika värden påden inverterade absoluta temperaturen ochmotsvarande logaritmiska värden pålösningens tryck.

I figuren finns även inlagt enabsorptionscykel för ett fiktivt driftfall.Lösningen består av två faser, gasfas ochvätskefas. Gasfasen är ren ammoniakångamedan vätskefasen är en lösning avammoniak-vatten.

Stjärnan i diagrammet betecknar en lösningav 70% NH3, ammoniak, i H2O, vatten, vidtemperaturen 12,5 °C. Detta medför attlösningens mättnadstryck är 224 kPa. Detlogaritmiska värdet som läses på y-axelnkan beräknas i kPa genom att ta anti-logaritmen av detta värde. Genom attinvertera x-värdet och dra ifrån 273 OKså

fås lösningens temperatur uttryckt i °C

I förångaren förångas ammoniakvätskanvarvid ångbildningsvärmet, QKybupptas avköldmediet. Ammoniakvätskan kommer

från kondensorn och tillförs förångaren viaexpansionsventilen. I kondensorn konden-serar ammoniakånga till vätska varvidkondenseringsvärmet, QVärme,avges tillomgivningen. Strypningen mellan konden-sorn och förångaren är till för att förhindrakortslutning av systemet. Trycket ikondensorn bestäms av omgivnings-temperaturen och i förångaren av jämvikts-kurvan för ren ammoniak. Den ovan

beskrivna delen av absorptionsapparatenfungerar på samma sätt som motsvarandedelar i en kompressorkylmaskin.

Förångaren står i förbindelse med absorba-tom. I absorbatorn möter ammoniakgasenen 20%-ig ammoniaklösning, se figur 11.Gasen löser sig i lösningen undervärmeavgivningen, QL' Värmet måste förasbort från absorbatorn för att lösnings-processen ska fortgå. Då absorbator ochförångare står i förbindelse med varandra

är trycket i dessa kärl lika. När lösningenförs bort från absorbatorn har lösningenblivit 40%-ig, d.v.s. rik, se figur 11. Dennalösning pumpas via en värmeväxlare in idesorbatorn.

Den i desorbatorn rika lösningen värmsupp med värmet, QH' Det är detta värmesom genereras ur naturgasen eller annatbränsle vid en förbränningsdriven process.Värmet kan också tillföras i form av

spillånga eller spillvärme i form avhetvatten. Uppvärmningen medför attammoniakgas avgår från lösningen varvidlösningens koncentration sjunker. Denavkokade gasen leds till kondensorn ochden återstående lösningen leds åter tillabsorbatorn via värmeväxlaren. Värme-

växlaren har till uppgift att förvärma denrika lösningen till desorbatorn för attminska desorbatorns behov av hög-temperaturvärme.

Arbetet, QT, att pumpa vätskan mellanabsorbatorn och desorbatorn utförs aven

eldriven cirkulationspump. Detta medföratt absorptionsapparaten är beroende avelför sin drift. Enär pumparbetet, QT, utfOrspå en inkompressibel vätska är pumpenselbehov ringa jämfört med det hög-temperaturvärme som måste tillförasprocessen (QH)'

1.2.3 Godhetstal

Absorptionsmaskinen avger liksomkompressorkylmaskinen värme, vilket kananvändas för uppvärmningsändamål.Avgivningsfaktorn för en absorptions-maskin varierar med driftfallet och kan

beräknas med utgångspunkt från denindicerade köldfaktorn ( Eib) enligt figur12.

På samma sätt som för kompressorkyl-maskiner kan förhållandet mellan avgivetvärme i form av kondensorvärme plusvärmeavgivning från absorbatorn och

Figur 12. Absorptionsprocessens indiceradeköldfaktor.

Indicerade köldfaktorn

0,9 Kalla sidans temperatur

-o-- 10°C

0,8 -- DOC

0,7

-o- -10 °C

-+- -20 °C

-0- -30 °C

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

~ ~ W ~ ~ ~ ~ ~ W

Varma sidans temperatur [oG]

köldalstringen i förångaren uttryckas:

QVärme = Qkyl . \jf

där \jf är kylmaskinens avgivningsfaktor.För en absorptionskylmaskin är avgiv-ningsfaktom

\jf = 1 + l/Eib= 1 + llB/ (llTotal' Ee)

där llB är verkningsgraden får tillfört värmetill Desorbatom, 11Tota) är totala camotskaverkningsgraden får processen och Ee ärden Camotska köldfaktorn.

Totala camotska verkningsgraden l1Totaldefinieras som

l1Tota]= Etb / Ee

där totala köldfaktorn Etb= Eib . l1B ochCamotska köldfaktorn Ee = T2/(TI-T2). l1Bkan vanligen sättas till 0,80.

Som ett exempel blir avgivningsfaktomvid en enstegs absorptionskylanläggning ca

2,8 och får en eldriven kompressor-kylanläggning ca 1,3 vid ett driftfall därförångningstemperaturen är -SaC ochkondenseringstemperaturen 40°C. Dettabetyder i det här fallet att mer än dubbelt såmycket värme måste bortföras från enabsorptionskylanläggning än från enkompressorkylanläggning vid sammaköldalstring.

Den ovan beskrivna processen är enenstegs absorptionsprocess. Vanlig är äventvåstegs absorptionsprocess. Den kanenkelt beskrivas som två styckenenstegsprocesser staplade på varandra ochsammankopplade så att sammaköldmedium cirkulerar i båda stegen. Två-stegsprocessen används där det är stortemperaturskillnad ( > 70°C) mellanvarma och kalla sidan. 11Totalär då ca 40 %större för tvåstegsprocessen än 11Totalfårenstegsprocessen.

Figur 13. Totala verkningsgraden förabsorptionsprocessen.

Totala verkningsgraden

0,090

0,085Varma sidans temperatur

0,070

+ 60 oG

0,080

x 20 oG.30 OG

0,075

o 40 oG

. 50 oG

0,065

0,060

0,055

0,050

0,045

0,040

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 o 5 10 15

Kalla sidans temperatur [oG]

Köldfaktorn får en absorptionsprocessdefinieras på samma sätt som för enkompressorprocess:ETotal = YJTotal . EC

11Total för en god enstegs absorptions-process varierar med driftfallet enligt figur13.

Kalla sidans temperatur är kylmaskinensförångningstemperatur och varma sidanstemperatur är dess kondenserings-temperatur.

1.3 A dsorp tionsprocessen

Med adsorptionsprocessen menas enprocess där gasmolekyler, vanligtvis somvattenånga, adsorberas d.v.s fastnar påytan, av ett fast ämne. Adsorptionsämnetbestår av ett poröst material vilketkännetecknas av mycket stor inre poryta.Ytor på upp till 1000 m2/g är inte ovanligt idessa sammanhang.

Processen är diskontinuerlig och delad itvå faser adsorptions- och regenererings-fasen, se figur 14 respektive figur 15.

Figur 14. Adsorptionsfasen

\ yatten-). anga

Bädd av fast ämne

Avgivet värme, QH

Adsorptionsprocessen har sin stora

tillämpning i avfuktningssammanhang, dåi form av ett sorptionshjul, vilket roterarmellan de två lägena adsorptionsfas därvattenånga adsorberas i adsorptions ämnetoch regenereringsfas där vattenånganbortförs genom uppvärmning avadsorptionsämnet. På senare tid har ävenadsorptionsprocessen börjat att tillämpasför klimatisering av lokaler.

Figur 15. Regenererings/asen.

\ yatten-

). anga

Upptaget värme, OL

1.3.1 Grundcykeln

Figur 16. AdsorptionscykelLog(Tryck)

2,00

1.75

H,O-innehåll iadsorbent

--ffi- 6%

8%

1,50~10%

-0-20%

1,25 --+-- 30%

~38%1,00

0,75

0,50

0,25

0,00

-0,25

-0,50

-0,75

-1,00

2,2E-3 2,7E-3 3,7E-3 4,2E-33,2E-3

1/(Absoluta temperaturen) [1/K]

Figur 16 visar den kompletta adsorp-tionscykeln inlagd i ett tillståndsdiagramför vattenånga och sorptionsämnetSilicageI.Diagrammet läses på samma sätt somjämviktsdiagrammet for absorption, figur11. Den i figur 16 med en stjärnamarkerade punkten motsvarar tempera-

turen 21,0 °C och 20 % masskoncentrationdvs andelen vatten i torr SilicageI. Dettager mättnadstrycket 1,23 kPa.

Det logaritmiska värdet som läses på y-axeln kan beräknas i kPa genom att ta anti-logaritmen av detta värde. Genom attinvertera x-värdet och dra ifrån 273 oK så

fås adsorbatorns temperatur uttryckt i °C

När den fasta bädden upptar vattenångafrån omgivande luft är bäddens jämvikts-tryck lägre än vattenångans partialtryck iden omgivande luften. Vid adsorptionenstiger den fasta bäddens jämviktstrycksamtidigt som vattenångan avger sittkondenseringsvärme till luften. Adsorp-tionen kommer att fortgå tills dess attbäddens jämviktstryck är lika med denomgivande vattenångans partialtryck.

Bädden måste därefter regenereras för attånyo kunna användas för adsorption.Regenereringen tillgår så att bädden värms,så att bäddens jämviktstryck blir högre änomgivande vattenångas partialtryck.Vattnet i bädden avgår till omgivningenvid konstant skillnad mellan jämvikts- ochpartialtryck, under ökande bäddtemperatur,tills dess att regenereringen avbryts.Regenereringen sker inte till sammaomgivning som adsorptionen.

1.3.2 Godhetstal

Godhetstal för denna typ av processdefinieras på samma sätt som för tidigarebeskrivna processer.

Ett nyutvecklat sorptivt kylaggregat förkomfortkyla uppvisar en köldfaktor översäsongen på 1,4 - 2,0 beroende på klimatet.Mer om detta i nästa kapitel.

2. GASDRIVNA AGGREGA T pADEN EUROPEISKA

MARKNADEN

2.1 Kompressoraggregat

Kompressoraggregat byggs oftast sammanaven gasmotor och ett kylaggregat avstandardtyp. På marknaden finns ett antaltillverkare av kylaggregat och gasmotorer.Tillverkare av kompressoraggregat ärexempelvis:

. ABB Stal Refrigeration,försäljning genom Stal-Litzell AB.

. AB Sabroe Kylindustri, Danmark. Seexempel på aggregat i figur 17.

. Carrier, Frankrike, med försäljninggenom Carrier AB.

. York har 7 tillverkningsfabriker iEuropa, med försäljning genomTeknokyl Industrier AB.

. Gram, Danmmark, med försäljninggenom Gram Refrigeration. Gram ingåri York International med säte i

Pensylvania, USA.

med

Alla tillverkare har komplettamaskinprogram med ett antal olikaköldmediealternativ tex. R134a, R717(ammoniak) och R290 (propan).

Figur 17. SABR GE kompressorkylaggregat

Figur 17 visar ett vätskekylaggregat med 2stycken 8-cylindriga kompressorer. Dettaaggregat finns i två storlekar 2x37respektive 2x110 kW motoreffektoch ger

då kyleffekten 370 respektive 1100 kW vidkomfortkyla. Aggregaten harfyllnadsmängderna 26 respektive 49 kgammoniak.

Tillverkare av gasdrivna ottomotorerlämpliga i kylsammanhang är exempelvis,(aggregatbyggare är ej uppräknade):

. Jenbacher, Österrike, säljs i Sverigegenom IGF.

. PerkinsiDormanStorbritanien.

. MAN, Tyskland.

. DEUTZ/MWM, Tyskland, säljsSverige genom Svenska Deutz.

. Caterpillar, USA, säljs i Sverige genomGeverke.

. Waukesha,USA.

. Wärtsilä diesel, Multinationellt, säljs iSverige genom Wärtsilä diesel.

. Niigata, Japan, säljs i Sverige genomHedemora diesel

. Ulstein Bergen, Norge.

Engines Ltd,

2.2 Absorptionsaggregat

Leverantörer av absorptionsaggregat ärexempelvis:

. York, USA.

. Robur, USA.

. Carrier, USA.

. Trane, USA.

. Yasaki, Japan.

. Linde.

. Sanyo-Bohn, Japan.

. Hitachi, Japan.

Absorptionskylaggregat finns i storleks-klasser mellan 400 och 5000 kW kyleffekt.YORK har även en serie 2-stegsdirekteldade absorptionsmaskiner, YPCParaFlow, där andra steget fungerar somett köldfaktorhöjande generatorsteg. Dessa

Figur 18. YORK absorptionsaggregat

maskiner kan producera både kyla ochvärme.

Absorptionskylmaskiner blir på grund avsin konstruktion betydligt större och tyngreän motsvarande kompressorkylaggregat. Idatablad från tillverkare väger ett 5 MWabsorptionskylaggregat 41 ton och är 4,2meter högt. Två skruvkompressorer påtillsammans 5 MW väger ca 20 ton och är2,4 meter höga. Absorptionsaggregatetslängd är 9 meter och skruvkompressorerna4,9 meter vardera.

Tyska MAN levererar även"Cofrigeration" - aggregat. Ett sådantaggregat är en sammankoppling av ettgasmotordrivet elkraftverk och enabsorptionskylmaskin där motorns kyl- ochavgasvärme används för att drivaabsorptionsprocessen. Kombinationen göratt en hög utnyttjandegrad kan erhållasöver året. Under sommaren finns ingetvärmebehov utan endast kylbehov, varförmotorns genererade värme får drivakylmaskinen. Under vinterhalvåret kanvärmen från motorn utnyttjas för att värmalokaler direkt.

2.3 Sorptiv kyla

MUNTERS tillverkar och säljer bådeluftavfuktare och kylmaskiner som arbetarenligt adsorptionsprincipen, se figur 19.

Figur 19. Principen för MUNTERS sorptivakylaf!f!ref!at "LIZZY".

MUNTERS "Lizzy" är ett relativt nyttsystem för kylning av lokaler, som finnsinstallerat på sex platser i Sverige och ettantal platser i England. Apparaten finns atttillgå i ett brett effektspektrum och blirliksom absorptionsmaskinerna rätt skrym-mande.

Tillverkaren uppger att 60-400 kWkyleffekt är det effektområde apparaten ärkonkurrenskraftig inom jämfört medkompressorkyla.

Denna apparattyp uppvisar en köldfaktoröver året på 1,4 - 2,0 för svenskaförhållanden. Det är inte meningsfullt attprata om carnotverkningsgrader ellertotalverkningsgrader för den här typen avaggregat. Hälften av kylan under åretproduceras enbart med befuktning av luft.Vid 40% kyleffekt behövs inget värme-tillskott. Aggregatet ger ökad temperatur-sänkning av tilluften vid ökandeutetemperatur. Vattenförbrukningen för ettaggregat med 10m3/s luftflöde är ca 800m3/år. Fläktenergin blir ca 5 - 8 % högreän för ett konventionellt ventilations-

aggregat.

3. EKONOMISKASYNPUNKTER

För att få ekonomi i en naturgasinstallationfordras att totalkostnaden d.v.s. summan av

kapitalkostnad, bränslekostnad, drift ounderhållskostnaden mm är lägre för gas-alternativet än de andra alternativ som står

till buds. En gasdriven och en eldrivenkompressorkylanläggning skall jämföras.

Totala kostnaden, KTotal[krIh], kan delasupp i två delar, rörlig- och fast kostnad,enligt:

KTotal= KRMig + KFast

Till den rörliga kostnaden räknas postersåsom bränsle, KBrdnsle,och driftbetingatunderhåll d.v.s. kostnader beroende av

aggregatets drift, KUh.Den fasta kostnadenutgörs huvud-sakligen av kapitalkostnadersamt fasta kostnader för underhåll och

driftpersonal, d.v.s. kostnader som äroberoende av om aggregatet är i drift ellerinte.

Den rörliga delen kan skrivas:

QKyl .PKR/Mig= KBransJe + KUh = + KUh

TlTotal .Cc

där QKyl är kyleffekten [kW], Penergipriset [SEKIkWh], TITotal dentidigare introducerade totala carnotskaverkningsgraden för kylmaskinen och ccden carnotska köldfaktorn.

Ett gasdrivet aggregat avger även enmängd värme som måste kylas bort. Enstor del av detta värme kan användas som

prima värme och ersätta en annanvärmekälla i ett annat system. Då derörliga kostnaderna försvinner för detandra uppvärmningssytemet kan depengarna användas till att betala ett högregaspris. Uttrycket

Qvarme,gas =QKyl . 'Pbeskriver det av gasaggregatet avgivna

värmet, QVärme,gas[kW] och 'P den tidigareintroducerade avgivningsfaktorn. Dettavärme kan alltså ersätta en alternativvärmekälla vilken har en energikostnadenligt

Kvarme,gas=QKyl .\II . Pvarme,altemativ

För att det ska vara intressant med

naturgasdrift måste totala driftkostnadenmed gasdrift vara lägre än totaladriftkostnaden med alternativ drivkälla.

Det går att teckna:

KTotal,gas ~ KTotal,altemativ + Kvarme,gas

Med uttrycken för total och rörlig kostnadenligt ovan fås:

Q .F, Q .pKyl Gas + K + K < Kyl Alt +Gas Gas' Uh-

l1Total,gas. Ec 11Total,alt. Ec

+KAltemativ + KAltemativ,Uh + QKyl . 'P. PVilrme,alt

Vilket i sin tur kan förenklas till,

KAltemotiv'uh sätts till O:

Formell.

F, < PAltemotiv 'l1Total,gas + EC .11 Total,gas .Gas-

11Total,altemotiv QKyl

{KAlt - KGas - KGas' Uh)+l1Tot,gas' Ec '\jI . Pvilrme,alt

Högerledet i formell sätter gränsen för detmaximala gaspris som ger en lägre totaldriftkostnad än alternativet. Detta under

förutsättning att jämförelsen görs vidkonstanta driftförhållanden.

Den första termen visar hur bränsle-

kostnaden påverkas av verkningsgraden fören kylmaskin. Den tredje termen visar hurvärmeåtervinning från kylmaskinenpåverkar driftekonomin.

Den andra termen anger hur driftekonominpåverkas av anläggningens installations-kostnad och rörliga underhållskostnad.Denna term blir negativ när en gasmotorjämförs med en elmotor på grund av denbetydligt högre investeringskostnaden förgasmotorn.

3.1 Aggregatpris

Det enda som skiljer en gasdrivenkompressoranläggning från en eldriven ärdrivmotorn. Både en gasottomotor och enstirlingmotor kostar betydligt mer än enmotsvarande elmotor, beroende påelmotorns enkla konstruktion och att de

tillverkas i stora serier. Figur 20 visarinvesteringskostnad för en gasottomotormed reglerutrustning.

Figur 20. InvesteringskostnadfOr gasottomotormed styrutrustning. Köldfaktorn =2,5.

Investeringskostnad [SEKlkWK~

10000

8000

6000

4000

2000

o

o 500 1000 1500 2000 2500 3000

Kyleffekt [kWKyl]

Denna kan jämföras med figur 21, vilkenvisar motsvarande kostnad för en elmotor,inklusive nödvändig styrning.

Figur 21. Investeringskostnadför elmotor medstyrning. Köldjaktorn = 2,5.

Investeringskostnad [SEKlkWKy')

1000

800

600

400

200

o

o 500 25001000 1500 2000

Kyleffekt [kWKy,]

Figur 22. Investeringskostnad för absorptionInvesteringskostnad [SEKlkWKy')

20000 l15000 Processkylanläggning

10000

5000

Klimatkylanläggning

o

o 6000 1000080002000 4000

Kyleffekt [kW]

Det är uppskattningsvis 8-10 gånger dyrareatt installera en gasottomotor istället för enelmotor för drift av kylaggregatet.

Figur 22 visar investeringskostnaden for enabsorptionsmaskin.

3.2 Installationskostnad

Normalt är det betydligt dyrare attinstallera en gasdriven kylapparat, jämförtmed motsvarande eldrivna.

3.3 Underhållskostnad

En kylmaskins kylsystem kräver generelltsett lite underhåll. Detta på grund av attsystemet är slutet och därmed inte blirnedsmutsat.

Det stora undantaget är däremotgasmotom, se figur 23, i en kompressor-installation.

Figur 23. Underhållskostnad för gasottomotor.Köldfaktorn = 2,5

Underhållskostnad[SEKlMWhKy,]

160

140

120

100

80

60

40

20

o

o 500 1000 1500 2000 2500 3000

Kyleffekt [kWKy']

Denna kräver ett regelbundet underhållvilket bl.a. inkluderar regelbundnaoljebyten, tändstiftbyten och totalarenoveringar. Detta ställer krav på att

utbildad driftpersonal finns tillgänglig förunderhållet.

3.4 Totala fasta kostnaden

Den fasta kostnaden vid drift med naturgasär alltid större än den fasta kostnaden vid

eldrift. Det gör att ( KAlternativ- ~ ) < O ialla förekommande fall. Detta rar till följdatt faktorn

Be .11Total,gas

OKyl

i högerledets andraterm, formell,minimeras för att reducera den fastakostnadens inverkan på PGas' Av deingående parametrarna är det endast Se ochQKylsom kan påverkas. Det återstår attminimera faktorn:

Be

OKyl

Detta låter sig göras genom att täljarengörs liten och nämnaren stor, vilket innebäratt stora installerade kyleffekter, undersådana driftförhållanden att liten carnotskköldfaktor erhålls, är nödvändigt för enlönsam installation,

Ur figur 9 fås att stor temperaturskillnadmellan kylmaskinens varma och kalla sida,leder till låg carnotsk köldfaktor.

Nedan redovisas ett exempel för att belysade ekonomiska förutsättningarna.

3.5 Exempel

Antag att en kompressorkylmaskin med ennominell kyleffekt av QKyl= 100 kW skainstalleras. Av miljöskäl väljs ammoniak,

R717, till att utgöra köldmedium. Valetstår mellan ett eldrivet och ett gasdrivetkylaggregat. Beställaren vill ha sitt

kylaggregat för att kyla en byggnad. Tilldet krävs kylluft aven temperatur av lägst15°C. Detta innebär att kylaggregatetskalla sida eller köldmediets förångnings-temperatur kan antas vara 2°C.

Kondensorvärmet avges i ett kylbatteri påtaket till uteluften som är 25°C vilket

innebär att aggregatets varma sida ellerköldmediets kondenseringstemperatur blirca 40°C. I samma hus som beställaren har

sina lokaler finns avsättning för spillvärmefrån gasrnotorn. Detta kan ibland vara svårtpå grund av att kylbehovoch värmebehovej sammanfaller.

Spillvärmet ersätter värme från ettbefintligt uppvärmningssystem till ettuppskattat pris, PVärme,alternativ= 0,50SEK/kWh. Elpriset för den befintligaanläggningen för drift avelpannor ärp Alternativ= 0,60 SEK/kWh.

För att erhålla konkurrenskraftigt gasprisanvänds formell, det vill säga:

D < PAltemotIv '11 Total,gas + Ec '11 Total,gas,-'Gas -

11Total,altemativ QKyl

'(KAlt - KGas - Kaus, Uh) + 11Tot,gas 'Ec "I' . PVtlrme,alt

Avgivningsfaktorn, 'Y, bestämstredjetermen i uttrycket enligt

av

'Y=1+ 11Motor + 11VtJrme11Total'Be 11Total'Be

Eftersom kondensorvärmet kan tillvara-

tagas vare sig kylmaskinen drivs med eleller gas erhålls:

'Y = llvönne

11Total 'Se

Ur figur 9, bestäms Se till att anta värdet 7.l1Total,alternativ= 0,59 fås ur tabell 2. Viförutsätter att kylbehovet är konstant underhela den årliga drifttiden för kylning.Gasmotorn går då med konstant axeleffekt,

Vi ansätter att mindre gasmotorer medaxeleffekter runt 20 - 50 kW antar samma

värden på mekanisk-och värmeverknings-grad som motorer med axeleffekter runt100 kW enligt figur 6 och tabell 2. Denmekaniska verkningsgraden, 1'JMotor,vidfullast är ca 35%. Värmeverkningsgraden,

1'JVärme,gas,blir då 52%. Omaxelverkningsgraden, 1'JAxeb antas varakonstant enligt tabell 2 erhålls 1'JTotaI,gas=0,24 vid fullast.

För driften av kylaggregatet kan man antaatt anläggningen körs dygnet runt närkylbehov finns, dvs under ca 1500timmar/år.

Det återstår att bestämma skillnaden i defasta kostnaderna för aggregaten.

KAlternativär summan av kostnaden för deteldrivna kylaggregatet. Investeringenförväntas avskrivas på 5 år, kalkylräntansätts till 8% vilket ger en annuitet på0,2505. Alternativkostnaden kan skrivas:

K - (68000 + Aggregat) .0,2505Altemativ- 7500

De 68000 kommer från figur 21 och utgörinvesteringen för elmotorn. Kaas utgörsumman av investeringskostnaden föraggregatet och gasottomotorn, figur 20.

K = (600000 + Aggregat). 0,2505Gas 7500

Till gasmotorn kommer kostnaden förunderhåll, KGas,Uh,figur 23,9,2 SEK/h.

K - K - K Uh = (68000 + Aggr). 0,250Alt Gas Gas' 7500

- ((600000 + Aggr)' 0,2505 + 92)7500 '

= -27,0 SEK / h

Sammanfattningsvisunderstiga:

måste gaspriset

]J, ~ 0,60.0,24 7.0,24 .27,0 + O52 .O50 =Gas 059 100 ",

= 0,24 - 0,45+ 0,26 = 0,05 SEK / kWh

Resultatet av beräkningarna visar att gastill ett pris lägre än 0,05 SEK/kWh måstefinnas tillgänglig för att gasaggregatet skavara ekonomiskt försvarbart. Detta under

förutsättning att allt spillvärme frångasmotorn tas tillvara. Med ett kylbehovsom minskar med sjunkande utetemperaturbetyder detta att inte ens gratis gas ärlönsam.

Motsvarande beräkning för en absorptions-kylmaskin ger som resultat att gasprisetinte Iar överstiga 0,2 SEK/kWh förutsattatt alllågtempererad spillvärme kan tas tillvara.

Sorptiv kyla är mycket beroende av lokalaförutsättningar beträffande inkoppling tillbefintligt system samt klimatet. Det ärsvårt att göra generella beräkningar. Manbör titta närmare på den här teknikensmöjligheter vid gasdrift.

4. MARKNADSFÖRUTSÄ TT-NINGAR I SVERIGE.

Grundförutsättningarna för attöverhuvudtaget installera en naturgas-driven kylmaskin är:

. Behov av klimatisering.

. Tillgångpå naturgas.

4.1 Naturgasens distributionsområde

Den svenska naturgasens distributions-områdeframgårav figur24.

Figur 24. Naturgasens distributionsområde iSverige.

Sverige förbrukade 1995 811 miljoner m3naturgas vilket motsvarar 8,8 TWh. Gasendistribueras till 25 kommuner, ca 7000småhus och ett stort antal industrier,kraftvärme- och värmeverk. De totalt ca55 000 slutkundema fordelas på kategorierenligt figur 25.

Figur 25. Fördelning i Sverige 1995.

Industri40%

Kraftvärme-ochvärmeverk45%

Bostäder15%

4.2 Behov av klimatisering

För att erhålla en lönsam installation krävs

att kylaggregatets spillvärme kan utnyttjas

for ersättning av värme från en annanuppvärmningskälla. Detta gör att forutomett klimatiseringsbehov måste det finnasavsättning fOr spillvärmet. Dessutombegränsar kravet på låg camotsk köldfaktoroch stor installerad effekt användnings-området.

Exempel på lämpliga installationer är:

. Komfortkyla i kontor.

. Butikskyla i stora varuhus.

. Kylning av datorhallar.

. Klimatiseringav badhus.

4.3 Dagens och potentiell marknad iSverige.

En jämförelse kan göras med utbyggnadenav den svenska fjärrkylaproduktionen.Användningsområdet for fjärrkyla sam-manfaller med användningsområdet fornaturgasdriven kyla. Tabell 3 visarstorleken av fjärrkylaproduktionen iSverige 1995. Det geografiska områdetsom täcks in av tabell 3 är södra Sverigeupp till Gävle.

Tabell3. Fjärrkylaproduktion 1995enligtSvenska Fjärrvärme Föreningen.

De städer som idag har en allvarligdiskussion om fjärrkyla i befintligtnaturgasområde är Malmö, Lund,Helsingborg och Göteborg. Där skattastotalbehovet av fjärrkyla till 0,1 TWh/år.

Ort Abonnerad Levereradkyleffekt mängd

[MW] [GWh]Borås 0,5 0,467Gävle 0,13 0,12Göteborg 0,90Norrenergi 4,50 0,57Norrköping 1,60 0,90Norrtälje 0,35 1,05Stockholm 23,0 10,72Västerås 15,5 15,23Summa 45,63 29,95

Med en antagen köldfaktor på 2, motsvarardet 0,05 TWhlår naturgas.

Svenska Fjärrvärmeföreningen har prog-nostiserat Sveriges totala fjärrkylabehovfram till år 2010. En snabb expansionförväntas under åren 1995 till år 2000, frånca 30 GWh till ca 370 GWh. Med en

antagen köldfaktor lika med 2 motsvarardetta en ökad tillförsel av naturgas på ca185 GWh vid sekelskiftet. Efter år 2000

förväntas fjärrkylan vara etablerad isamtliga tänkbara orter, ca 25 stycken.Under perioden från år 2000 till 2010förväntas en måttligare ökningstakt avkylenergileveransen upp till ca 500 GWh,eller med antagandet av köldfaktorn enligtovan, 250 GWh naturgas.

5. UTVECKLING

Sedan köldrnediemas påverkan på miljönkom i fokus på 80-talet har utvecklingeninom kyltekniken varit främst inriktad påatt finna nya miljövänliga köldmedier.Dessa ska besitta egenskaper såsom ickeozonnedbrytande, ej bidra till växthus-effekten och kunna vara direkt ersättare avgamla miljöfarliga köldrnedier, s.k. drop-inköldrnedier. Resultatet av denna utvecklinghar blivit dels en renässans av gamlavälbeprövade köldmedier såsom,ammoniak, propan och ISO-butan dels engrupp nya helsyntetiska köldmedier såsomR134a och R143a. Anpassningen avkompressorkylmaskinen till dessa nyaköldmedier leder till en effektivare, bättreköldfaktor, kylmaskin än den gamlakylmaskinen med freon.

I dagens kompressorkylmaskiner sitter oftaen kolvkompressor. Denna kompressortypersätts till allt större grad av skruv-kompressorer, vilka med modemtillverkningsteknik kan göras i allt mindrestorlekar. Skruvkompressorn är en effektivkompressortyp jämfört med kolvkompres-

som. Dess konstruktion är enklare än

kolvkompressorn och kan därmed görasbilligare än kolvkompressorn.

Gasottomotorn utvecklas idag mot enmotor som i mindre grad än tidigarepåverkar miljön i form av NOx och andramiljöfarliga utsläpp. Motorn utvecklasdessutom ständigt mot en högreverkningsgrad. Motor och kylaggregatkommer att finnas att köpa redansammankopplade till en komplett kylenhet.Detta leder till att projekterings- ochinstallationsarbetet kan reduceras och

därmed ge en lägre totalkostnad förkylaggregatet.

De allt strängare miljökraven gynnarutvecklingen av nya anpassade cykler,varav Munters system "Lizzy" är ettexempel på hur klimatiseringsbehovettillfredsställts med vatten för kylning avtill- och frånluft, en mindre mängd el fördrift av sorptions- och värmeväxlarhjulenoch behov av gas för regenererings-batteriet.

Carrier, York och Trane har visat intresseför att utveckla trestegs absorptions-processer vilket medför en utveckling motallt bättre köldfaktorer.

I USA och England pågår forskning omsorption av ammoniak i salt, molekylärsorption. Detta kan leda till en kylapparatsom är helt värmedriven och har högretotal köldfaktor än dagens absorptions-maskiner.

6. LITTERA TUR

Kylteknikem, Svenska KyltekniskaFöreningens Handbok 1; M. Bäckström.

Energiomvandling med gaseldad stirling-motor, R50: 1987 Byggforskningsrådet;Eric Granryd, Ove Klaar, Per Lundqvist,Bengt Waldenstad.

Alternativa motorer, NUTEK-info 829-1991; Rolf Egnell, Rolf Gabrielsson.

Kylteknik Allmän Kurs, Institutionen förmekanisk värmeteori och kylteknik KTH;Bo Pierre.

Naturgas til k0leformål, Teknisk Note nr.1/1993 DGC; Jan de Wit.

Broschyrmaterial från Vattenfall Naturgas.

Broschyrmaterial från ABB Stal-Litzell.

Broschyrmaterial från MAN DezentraleEnergisystem.

Broschyrmaterial från York Europe.

Broschyrmaterial från ABB Ventilation.

Broschyrmaterial från SABROE.

Natural Gas Cooling Equipment Guide,American Gas Cooling Center.

Statistik 1995, FVF 1996:12 SvenskaFjärrvärmeföreningen.

Prognos 1995,föreningen

Svenska Fjärrvärme-

SE-205 09 MALMÖ • TEL 040-24 43 10 • FAX 040-24 43 14Hemsida www.sgc.se • epost info@sgc.se