Bachelor projekt

Transcription

Bachelor projekt

Bachelorprojekt
ANALYSE AF OVERSKUDSVARME OG FORBRUGERE I EN BYGD PÅ
GRØNLAND
(Eget arkiv , 2015)
Aron Balschmidt og Henrik Lillegård | Aarhus Maskinmesterskole |
1. juni 2015
Aarhus Maskinmesterskole
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bachelorprojekt
Bachelorprojekt – 9. semester
Projekt:
Bachelor
Årgang:
9. semester
Fagområde:
Termisk maskinfag
Uddannelse:
Maskinmester
Uddannelsesinstitution:
Virksomhed:
Nukissiorfiit
Vejleder:
Esben Sørensen
Aflevering:
Mandag den 1/6 2015
Projektets omfang:
ECTS i alt: 15
Antal sider: 98
Anslag: 74.690 (31 normal sider)
Bilag: 15 + USB pen
_____________________________
____________________________
Aron Balschmidt, A12047
Henrik Lillegård, A12022
SIDE 1
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Forord
Rapporten er skrevet som det afsluttende projekt på uddannelsen som maskinmester. Rapporten
forsvares til en mundtlig eksamen sidst på semestret. Vi har været i praktik hos Nukissiorfiit i
Kangaamiut, Grønland, da vi synes det kunne være interessant at have noget om
energiforsyningen på Grønland. Vi synes det giver nogle spændende problematikker at være
langt fra omverden, både fagligt og personligt. Vi mener, at det styrker os, hvis vi skal ud at sejle
senere som maskinmester. Derfor har vi søgt hos Nukissiorfiit, der har givet os et projekt at
arbejde med.
Stor tak til følgende personer og virksomheder, der har hjulpet os gennem projektet:






Marianne Begtrup, teamleder for vand, varme og el i bygder, Nukissiorfiit
Casper Clausen, teamleder Maniitsoq, Nukissiorfiit
Mads Burmeister, teknisk direktør, PM energi A/S
Karl Peter Tønnesen, formand for vandværket Kangaamiut, Nukissiorfiit
Jakob Tomasen, formand for elværket Kangaamiut, Nukissiorfiit
Esben Sørensen, lektor, vejleder AAMS
SIDE 2
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Abstract
The report is the outcome of the final bachelor project; as Bachelor of Technical Management
and Marine Engineering education at Aarhus School of Marine and Technical Engineering. The
project is a result of the cooperation with the company Nukissiorfiit Greenland, where an
internship took place during the ninth semester.
Nukissiorfiit is the main provider of electricity, district heating and water in Greenland, and is
furthermore owned by the government of Greenland. Therefor they are responsible for providing
energy to the consumers in Greenland.
The internship took place in the small village Kangaamiut which house just about 380 people. Its
electricity need is covered by a small power station with three diesel generators. Such a
production of electricity generates excess heat, which is not being taken full advantage of. This
excess heat has the potential to be exploited for district heating.
The report will focus on the magnitude of excess heat to be found in the cooling system. There
will be two methods described in the report on how to measure/decide the amount of excess
heat in the cooling system. Furthermore it will give information about a selected group of locals´
consumption of heat during the set time period of a year. The consumption of heat is measured
at every consumer due to the different type and size of the houses. The predicated heat
consumption is based on the outside temperature and the isolation of the houses. Using this
information there will be given a first draft proposal for the design of district heating in
Kangaamiut. There will be an analyses of the cost/benefit for the company Nukissiorfiit,
considering district heating in Kangaamiut. The cost/benefit plan will include an analysis of each
supply line to the consumers.
Consequences regarding the environment and the local community, considering that the project
becomes a reality, will be discussed.
SIDE 3
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Indholdsfortegnelse
1.
Indledning
8
1.1 Formål ..............................................................................................................8
2.
Problemformulering
9
3.
Samfundsmæssig relevans
11
4.
Firma og bygden
12
4.1 Nukissiorfiit ....................................................................................................12
4.2 Kangaamiut ....................................................................................................14
4.3 Forsyningen i Kangaamiut ..............................................................................15
4.3.1 Ved blackout ..........................................................................................17
5.
Forurening i Grønland
19
6.
Olie distribution
19
7.
Elværket
20
7.1 Systembeskrivelse ..........................................................................................20
7.2 Generatorsæt data .........................................................................................21
7.2.1 SISU ........................................................................................................21
7.2.2 Volvo Penta Marine Genset ...................................................................22
7.3 DG3 systembeskrivelse ..................................................................................23
8.
Teori om dieselmotorer
24
9.
Overskud af varme
26
9.1 Produceret varme DG3...................................................................................26
9.1.1 Metode 1...............................................................................................26
SIDE 4
B12-2
Bachelor
1-06-2015
9.1.2 Metode 2...............................................................................................28
9.1.2.1 Motorkølevandets specifikke varmekapacitet .............................30
9.1.3 Konklusion på udregningsmetoder .......................................................32
10.
Overvejelser
34
10.1 Muligheder for afsætning af varme .............................................................34
10.1.1 Mulighed 1 ..........................................................................................35
10.1.2 Mulighed 2 ..........................................................................................35
10.2 Delkonklusion ...............................................................................................36
11.
Forbrugere
37
11.1 Teori .............................................................................................................37
11.1.1 Ledning .................................................................................................37
11.1.2 Konvektion ............................................................................................38
11.1.3 Stråling ..................................................................................................38
11.2 Praktisk måling ............................................................................................38
11.3 Elværkets interne forbrug ............................................................................40
11.3.1 Opvarmning af bygning........................................................................42
11.3.2 Standby opvarmning ............................................................................43
11.4 Kirkens varmeforbrug...................................................................................46
11.5 Oversigt af måling ved forbrugere ...............................................................47
12.
Kontrolmåling
49
12.1 Temperatur måling.......................................................................................49
SIDE 5
B12-2
Bachelor
1-06-2015
12.2 Flowmåling ..................................................................................................50
13.
Det fremtidige varmeforbrug
51
13.1 Metode til udregning af fremtidigt forbrug .................................................52
13.1.1 Graddage .............................................................................................52
13.1.2 Varmetransmission ..............................................................................53
13.2 Samlet års oversigt .......................................................................................56
13.3 Delkonklusion ...............................................................................................57
13.4 Metode kritik ................................................................................................58
13.4.1 Målinger ...............................................................................................58
13.4.2 Vejrstation ...........................................................................................58
14.
Indvirkende faktorer
59
14.1 Varmekilder i bygninger ...............................................................................59
14.2 Eksterne påvirkninger ..................................................................................60
14.2.1 Sol ........................................................................................................60
14.2.2 Vind ......................................................................................................62
14.3 Delkonklusion ...............................................................................................62
15.
Miljø
63
15.1 CO2 besparelse .............................................................................................63
15.2 Olie besparelse .............................................................................................65
16.
Projektering af fjernvarmerør
66
16.1 Løsningsforslag 1 ..........................................................................................66
SIDE 6
B12-2
Bachelor
1-06-2015
16.1.1 Økonomi ..............................................................................................66
16.1.2 Tilbagebetalingstid HL 1 .......................................................................69
16.1.3 CO2 besparelse .....................................................................................70
16.1.4 Olie besparelse ....................................................................................71
16.2 Løsningsforslag 2 ..........................................................................................72
16.2.1 Økonomi ..............................................................................................72
16.2.2 Tilbagebetalingstid HL 1+HL 2..............................................................75
16.2.3 CO2 besparelse ....................................................................................75
16.2.4 Olie besparelse ....................................................................................76
17.
Konklusion
77
18.
Perspektivering
78
19.
Litteraturliste
79
20.
Bilagsoversigt
81
SIDE 7
B12-2
Bachelor
1-06-2015
1. Indledning
1.1 Formål
Dette projekt har til formål at belyse muligheden for udnyttelse af overskudsvarme i en bygd på
Grønland. Derudover vil der blive belyst det samfundsmæssige perspektiv i forhold til projektet.
Projektet henvender sig til industrier med restvarme produktion, som vil udnytte dette til
fjernvarme hos forbrugere.
Delformålet med bachelor projektet er at sammenkoble den teoretiske viden og et praktisk
projekt. Under forløbet skal der indsamles data og analyseres på en problemstilling, samt
forholde sig kritisk til dette.
Bachelorprojektet har til formål at opfylde undervisningsplan modul 31, bachelorprojekt V1.
SIDE 8
B12-2
Bachelor
1-06-2015
2. Problemformulering
1. Baggrund
Nukissiorfiit Grønlands forsyningsselvskab har ytret ønske om at få undersøgt mulighederne, for
udnyttelse af overskudvarme, fra deres dieseldrevne elproduktion i bygden Kangaamiut.
Formålet med optimeringen er at udnytte en større del af den tilførte energi, i de små bygders
elproduktion. Nukissiorfiit har en vision om at lave mere energi rigtig elproduktion, samt skåne
miljøet. Da der ikke er afgifter for varmegenvindingsprojekter (se bilag 1), kan der være stor
mulighed for at energioptimere, selv i de små bygder.
2. Spørgsmål
Hvordan kan overskudsvarmen fra generatorsættene i Kangaamiut udnyttes?
-
Hvor meget overskudsvarme er der under normale drift forhold?
Hvilken indvirkning har det på det lokale samfund?
Hvor lønsomt er det at udnytte overskudsvarmen ved at etablere fjernvarme?
3. Metode
Undersøgelsesmetoden til at svare på problemformuleringen, vil være at bruge instrumenter til
opsamling af data, der er relevant for projektet. Dataene vil derefter blive behandlet og
analyseret kritisk, baseret på erfaringer og viden, som er opnået under uddannelsen. Der vil
fremgå kritik af de faglige metoder og deres fremgangsmåde under hvert afsnit, hvor der kan
stilles spørgsmål til metoden.
Formålet med opgaven er at undersøge, hvor meget varmeoverskud der er til rådighed ved at
bruge kvantitativ dataindsamling. Den kvantitative dataindsamling vil være at logge data for hvert
10. sekund over 24 timer, dette vil give et kvalitativt billede af den enkelte forbruger, ved at
foretage relevante målinger. Overordnet set vil der ikke være fortaget kvantitative målinger
baseret på hele bygden, men derimod kvalitative målinger ved de mulige fjernvarme aftagere.
SIDE 9
B12-2
Bachelor
1-06-2015
4. Afgrænsning
I henhold til den tidligere beskrevet problemformulering, vil der på grund af manglende tid, blive
opsat visse afgrænsninger.
I rapporten vil der ikke blive gået i dybden med dieselgenerator nr. 1 og nr. 2, da de muligvis
senere vil blive udskiftet. Der vil ikke blive taget højde for implementeringsudgifter og styring på
selve elværket. Omkostningen til driften af fjernvarmen er heller ikke medregnet.
Tekniske beregninger af pladevarmeveksler vil ikke være med i rapporten.
Under løsningsforslagene vil der blive udregnet en tilbagebetalingstid, hvor der ikke vil blive taget
højde for låneomkostninger, planlægning og afskrivning af anlæg. Dette kaldes også for ”simpel
tilbagebetalingstid”. Der bliver ikke lavet forslag til styring af automationsdelen i løsningforslagene.
Det har været Nukissiorfiits ønske primært at undersøge muligheder for om overskudvarmen i
kølevandet kan udnyttes. Derfor er projektet afgrænset i forhold til nærmere undersøgelse af
røggaskedel samt for ikke at gøre projektet for bredt.
SIDE 10
B12-2
Bachelor
1-06-2015
3. Samfundsmæssig relevans
Samfundsmæssigt er projektet relevant, også selvom det foregår i en lille bygd på Grønland.
Mange steder findes maskiner og processer, der producerer en anseelig mængde overskudsvarme. I dette projekt bliver overskudsvarmen fra kølesystemet på en dieselgenerator på
nuværende tidspunkt, kun brugt til at opvarme elværket. Den del der bliver brugt er som man
kan se senere i rapporten en lille del af den energimængde, der er tilgængelig. Gennem de senere
år er der kommet meget fokus på at optimere de processer, der er mulige at optimere på. Den
energi der muligt kan udnyttes til fjernvarme bliver i øjeblikket bortledt uden nogen nytte.
Grønland har en vision om at mindske afhængigheden af olie og styrke samfundsøkonomien, se
lov nedenfor:
”§ 1. Forordningens formål er at fremme den mest samfundsøkonomiske og miljøvenlige
energi-forsyning samt at formindske energiforsyningens afhængighed af olie.
Stk. 2. Tilrettelæggelsen af energiforsyningen skal i overenstemmelse med de i stk. l nævnte
formål ske med henblik på økonomisering og besparelser i energiforbruget, størst mulig
energiforsyningssikkerhed, effektivisering af produktions- og forsyningssystemet og renere
energiproduktion.”
(Grønlands Hjemmestyre, 1997)
Projektets formål passer godt ind i Grønlands lov om at mindske afhængigheden af olie, samt at
foretage miljøvenlige tiltag i forhold til energiforsyning. Senere i denne rapport vil der blive set
nærmere på CO2 besparelsen, samt det økonomiske aspekt for én enkelt forbruger. Projektet kan
have betydning for den samfundsøkonomiske betalingsbalance mellem Grønland og omverden.
Grønland har en vision om at mindske pengestrømmen ud af landet, da de opkøber meget olie til
forsyning. (Begtrup, 2015)
SIDE 11
B12-2
Bachelor
1-06-2015
4. Firma og Bygd
4.1 Nukissiorfiit
(Nukissiorfiit, 2015)
Energiforsyningsselvskabet Nukissiorfiit er ejet af Grønlands selvstyre. De har ansvaret for
produktion og distribution af både vand, el og varme til størstedelen af forbrugerne på hele
Grønland. Deres mål er, hver dag at levere en pålidelig og miljøbevidst energiforsyning til det
grønlandske samfund. En af de foranstaltninger de har foretaget mod at sikre en miljøbevidst
produktion af energi, er at etablere vandkraftværker. Der er i øjeblikket 5 vandkraftværker
lokaliseret i, Nuuk, Tasiilq, Ilulissat, Qorlortorsuaq og Sisimiut.
SIDE 12
B12-2
Bachelor
1-06-2015
”Omkring 60 % af den energi, Nukissiorfiit producerer, kommer fra vandkraftværker.”
(Nukissiorfiit, 2015)
Den øvrige produktion foregår på dieselolie, Artic Gas Oil, da det ikke er muligt alle steder at
etablere vandkraft. Artic Gas Oil er diesel olie med lavt svovl indhold, der er beregnet til det
arktiske klima, skal importeres udefra. Heller ikke vindkraft er en mulighed med den nuværende
teknologi, der er inden for området, da vejrforholdene i Grønland forhindrer dette. Vejret er
meget hurtigt omskiftende på Grønland og det vil derfor ofte blæse for lidt, for sjældent eller for
kraftigt. (Nukissiorfiit, 2015)
En anden grund til at satse på miljøvenlig/grøn energiforsyning er, at Grønland har en målsætning
om både at være god ved miljøet, men også at mindske afhængigheden af udenlandsk
brændstof.
Selvskabet er en af Grønlands største virksomheder, der har ansvaret for 17 byer og 53 bygder.
Selvskabet beskæftigede 400 ansatte i 2012, hvor 6 % var unge under uddannelse. Selvskabets
overordnede administration er placeret i hovedsædet i Nuuk. (Nukissiorfiit, 2015)
Nukissiorfiit tester for tiden teknologien inden for solceller, da de måske har en fremtid i
Grønland, hvor sommeren giver mange produktionstimer. De regner med at have en konklusion
på dette i løbet af 2015. I 2015 indledes også forsøg med geotermisk energi (jordvarme).
En større udbredelse af bølge- og tidevandskraft er ikke sandsynligt på grund af det is fyldte
farvand omkring Grønland.
Biomasse, såsom træ med mere, er ikke anvendeligt på Grønland, da det ikke er lokalt
tilgængeligt i et tilstrækkeligt omfang. Derved skal det transporteres fra andre lande, hvilket ville
være en bekostelig affære i forhold til olie. Det er en fordel at bruge olie, da bygderne nemt kan
forsynes med energi, og det er let at distribuere.
SIDE 13
B12-2
Bachelor
1-06-2015
4.2 Kangaamiut
(Eget arkiv , 2015)
Kangaamiut er en bygd beliggende i Qeqqata distriktet nord for Maniitsoq og syd for Sisimiut,
den gule prik på kortet over Grønland repræsenterer Kangaamiut. Bygden har på nuværende
tidspunkt cirka 380 indbyggere. Bygden består hovedsageligt af private træhuse. I bygden ligger
en af Royal Greenlands fiskefabrikker, der beskæftiger cirka 10 personer på dagsbasis.
Fiskefabrikken er også en af bygdens største forbrugere, da de har køleanlæg, byggekran og en
produktionslinje. I bygden ligger en dagligvarebutik med bakeoff bager, hvor man kan købe
dagligvarer, alle kødvarer er på frost. Skolen har cirka 43 elever fordelt på fire sammensatte
klasser, i starten af 90’erne fik bygden doneret en sportshal af det grønlandske selvstyre.
Inden for de sidste 10 år har der været store ændringer i bygden. Bygdens indbyggertal er faldet
fra 800 til de cirka. 380 i dag, derudover er én af bygdens 2 fiskefabrikker lukket og dermed
forsvandt der en del arbejdspladser. Mange unge flytter til de større byer på grund af manglende
arbejde og aktiviteter. Det positive for bygden er, at mange flytter tilbage når de enten vil starte
SIDE 14
B12-2
Bachelor
1-06-2015
familie eller har familie. Der er et godt fællesskab og lokalsamfund i bygden. Folk er meget
imødekommende og hjælpsomme.
4.3 Forsyning i Kangaamiut
Elværket i Kangaamiut, hvor praktikken har fundet sted, indeholder 3 dieseldrevne generatorer.
Elværket har 2 typiske driftsformer. En hvor 2 SISU generatorer på hver 187 kW kører og én Volvo
som backup på 274 kW. Den anden driftsform er, hvor Volvo ‘en kører og de 2 SISU generatorer
bruges som backup.
Nedenstående graf viser middel elproduktionen for generatorerne fra 2012 til dags dato.
(Nukissiorfiit(Citrix), 2015)
Y-aksen viser kW og x-aksen viser måned og år. Grafen ovenfor viser middellasten for bygdens
forbrug af el. Som det ses er forbruget af el højere om vinteren og dette skyldes blandt andet elheattracing på vandrørene, for at holde dem frostfri samtidig med at gadebelysningen er tændt i
længere tid.
SIDE 15
B12-2
Bachelor
1-06-2015
I tilfælde af, at der opstår en fejl/breakdown på en motor modtager personalet en alarm og en
anden generator starter automatisk op, hvis dette er nødvendigt. Hver dag kontrolleres
kølevandstanden samt oliestanden på generatorerne, så man er sikker på de altid er klar til en
opstart. Styringen på elværket starter én eller flere generatorer op så bygdens elbehov bliver
dækket. Opstart og synkronisering er fuldautomatisk, hvis alle generatorer er sat i automode.
Derved er der sikret en god forsyningssikkerhed.
De 2 SISU generatorer vil blive benævnt som DG1, DG2 og Volvo ‘en som DG3.
Udover elværket har Nukissiorfiit bygdens vandværk. Vandet kommer fra en opdæmmet sø, cirka
300 meter fra bygden. Vandet bliver renset gennem sandfilter, papirfilter og med ultraviolet lys.
Vandet bliver derefter distribueret ud til bygdens beboere, det er dog ikke alle huse, der har
indlagt vand, så der er opstillet tapkasser flere steder i bygden. Alle vandrør er monteret med elheattracing, det vil sige, at de er opvarmet med el for at undgå frost i rørene der kunne resultere i
leveringsstop og eventuelt frostsprængte rør.
Nedenstående graf viser vandproduktionen i m3 fra juni 2014 til april 2015
(Nukissiorfiit(Citrix), 2015)
SIDE 16
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Grafen er medtaget for at give et billede af størrelsen af bygden og dens vandforbrug.
Til at håndtere den daglige drift af elværket og vandværket er der ansat 2 personer i fuldtidsstillinger.
(Eget arkiv , 2015)
Fra venstre Karl Peter Tønnesen, Aron Balschmidt, Henrik Lillegård og Jakob Thomassen.
Karl Peter som er tidligere entreprenør/maskinmekaniker er hovedansvarlig for vandværket.
Jakob som er maskinist og har været på elværket i 35 år, er hovedansvarlig for elværket.
4.3.1 Ved blackout
Hvis elforsyningen går ned og ikke kan etableres inden for en hvis periode, kan bygden risikere at
skulle evakueres. Dette kan være nødvendigt på grund af flere faktorer. Hvis der ikke er strøm
kan vandværket ikke rense vandet, derved skal forsyningen komme fra dagtanken som kun
rummer en hvis mængde, nemlig 3,5 m3. Derved kan bygden hurtigt være uden vand, og de kan
ikke få rent vand andre steder fra.
SIDE 17
B12-2
Bachelor
1-06-2015
En anden problematik er, at størstedelen af bygden får varme fra deres privatinstallerede oliefyr.
Hvis der ikke er elektricitet kan fyrene ikke køre og der vil hurtigt blive koldt i husene. Dette er
især et problem om vinteren, hvor ude temperaturen er under frysepunktet.
Hvis alle 3 generatorer på elværket er ude af drift har elværket en nødgenerator beliggende tæt
på havnen. Den skal startes manuelt og kan kun forsyne den del af bygden der ligger syd for
elværket, ved normalt forbrug. Denne del af bygden indeholder butikken, skolen, kommunen og
en stor del af de private huse i bygden.
SIDE 18
B12-2
Bachelor
1-06-2015
5. Forurening i Grønland
Grønland er en stor ø på 2.166.086 km2 med cirka 57.000 indbygger. Det vil sige at der er 0,026
indbygger/km2 og set i forhold til Danmark som har en befolkningstætheden på 129
indbygger/km2, så er dette væsentligt mindre. Da befolkningstætheden ikke er så stor, er CO2
koncentrationen også lavere. Byerne og bygderne er ikke forbundet via veje på Grønland og
derfor er der ikke så mange kørertøjer. Kørertøjerne befinder sig for det meste i de store byer. Alt
skal derfor fragtes via fly eller skib. Der er ikke så stor fokus på at rense røggassen i bygden, da
der ikke er installeret røggasrensning på elværket eller i de privates oliefyr. Da røggassen ikke
bliver renset vil der være en højere koncentration af svovldioxid, kvælstofoxider, partikler og
tungmetaller.
(Nielsen, 1996, s. 67)
6. Olie distribution
For at sikre bygden har el og varme, bliver der sejlet olie til bygden. Bygden har en stor
bunkringstank på en lille ø 50 meter fra butikken.
Bunkringstanken er dimensioneret til at indeholde 1 års forbrug af olie, da det om vinteren ikke
er sikkert at bunkringsskibet kan komme ud til bygden, på grund af is. (Begtrup, 2015)
Elværket har en opbevaringstank udenfor, der bliver forsynet ved hjælp af bunkringsrør fra
bunkringstanken. Opbevaringstanken har en kapacitet på 20.000 liter, der bliver fyldt cirka hver
14. dag. Dagtanken er niveaustyret, men for at sikre at pumpen og forsyningen virker, bliver der
hver morgen tændt manuelt for pumpen til den automatisk stopper.
Distributionen af olie til kommunalbygninger og andre med en større olietank, der villig til at
betale en højere liter pris, kan få det leveret med en lille tankvogn. Resten af bygdens beboer
henter olien i dunke. Dunkene er typisk 10 liters dunke. På grund af, at de fleste huse kun har
installeret en lille olietank, kan det ikke betale sig at få tankvognen ud. På grund af det høje
olieforbrug om vinteren og den hyppige afhentning af olie, slæber de dunkene hen af vejen.
SIDE 19
B12-2
Bachelor
1-06-2015
7. Elværket
7. 1 Systembeskrivelse
(Eget arkiv , 2015) (se bilag 2)
(Eget arkiv , 2015)
Som tidligere nævnt består elværket af 3 dieselgeneratorsæt. Hver motors kølevandssystem er
koblet til en varmeveksler og en køler. Varmeveksleren opvarmer mellemkredsen, der bruges til
at opvarme de andre motorer når de står standby. Mellemkredsen opvarmer også varme-
SIDE 20
B12-2
Bachelor
1-06-2015
veksleren PLW 4.1 som forbinder elværkets radiatorsystem, samt varmvandsbeholder. Derved
bruges noget af overskudsvarmen fra motorerne til at opvarme elværket.
7.2 Generatorsæt data:
7.2.1 SISU:
Diesel 645
Motor: 200 kW ved 1500 RPM.
Generator: 187 kWe
(Eget arkiv , 2015)
SISU motorerne er lastvogns motorer der er fremstillet i Finland og leveret af PM-Energi.
De er de ældst og har haft flest drift timer af de 3 generatorsæt der er på elværket. De senere år
har der været store problemer med kølevandspumperne på motorerne. Undervejs i praktikken er
der brugt mange timer på at finde en løsning sammen med PM-Energi.
SIDE 21
B12-2
Bachelor
1-06-2015
7.2.2 Volvo Penta Marine Genset:
Diesel D13B-E
Motor: 300 kW ved 1500 RPM.
Generator: 274 kWe
(Eget arkiv , 2015)
Volvo Penta motoren er en 6 cylindre skibsmotor, der er fremstillet i Sverige og leveret af PMEnergi.
Denne motor er den nyeste og har færrest drift timer. Under praktikken har der ikke været fejl
eller nedbrud.
SIDE 22
B12-2
Bachelor
1-06-2015
7.3 DG3 systembeskrivelse
(Eget arkiv , 2015)
Kølesystemet på DG3 er opbygget af én tvangstrukket pumpe og to termostater i motorblokken,
der holder en temperatur på 77-80 °C. Efter motoren bliver kølevandet cirkuleret igennem
varmeveksleren PLW 3.1, derefter er der 3-vejsreguleringventilen TC 3.1 der styrer om kølevandet skal igennem køleren for yderligere afkøling. Denne ventil åbner til køleren ved en
temperatur på 51 °C. Til styring af kølevandet er der placeret en temperaturtransmitter, TT 3.1
som måler temperaturen efter køleren og sender dette signal videre til frekvensomformeren, der
styrer blæseren efter et sætpunkt på 60 °C.
SIDE 23
B12-2
Bachelor
1-06-2015
8. Teori om dieselmotorer
I dette afsnit vil der blive set nærmere på energifordeling for en motor. Dette er for at danne
baggrund for de kommende målinger, samt at illustrere energien som kan udnyttes.
I den ideele verden ville aksel effekten, der i dette tilfælde er koblet til generatoren, være det
samme som den effekt der bliver påført i form af brændstof. Det er dog ikke tilfældet, da der er
flere tab i en diesel motor, som er illustreret på sankey diagrammet nedenunder.
(Knak, 2004)
ENERGI FORDELING
A
Tilført brændstof.
B
Bortledning af varme gennem kølevand som opstår ved friktion i motoren samt den varme
der afgives ved forbrændingsprocessens termiske dele.
C
Bortledning af varme gennem smøreolien.
D
Varmetab i røggassen, varmetabet i røggassen er en stor del af tabet. Der bliver dog
udnyttet mere af denne i en turboladet motor end en ikke turboladet motor. Turboladeren
komprimerer indsugningsluften og der bliver derved leveret ladeluft ved et højere tryk
som resulterer i en højere effekt på motoren.
E
Akseleffekt dette er den effekt der kan udnyttes og via generatordelen som producerer el
der sælges som produkt til kunderne.
F
Strålingsvarme fra motoren til omgivelserne.
(Eget arkiv , 2015)
SIDE 24
B12-2
Bachelor
1-06-2015
En anden måde at udtrykke akseleffekten:
𝑃𝑏 = 𝑃𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡 ∗ 𝜂𝑚 ∗ 𝜂𝑡 = 𝑚̇ 𝑏 ∗ ℎ𝑖 ∗ 𝜂𝑚 ∗ 𝜂𝑡
𝑃𝑏 er akseleffekten der kan udnyttes via generatoren. Man kan se, at forskellen mellem den
tilførte energi og akseleffekten er den termiske og mekaniske virkningsgrad. Termiske tab er
varmen fra forbrændingen der ikke bliver udnyttet og udledes i røggassen, stråling og kølevand.
Det mekaniske tab, er friktion der opstår i lejer og mellem stempelringe og foringen.
Faktuelle data:
Ved en belastning på 75 % hvor akseleffekten er 225 kW ser energifordelingen således ud på
DG3:
Energikilde
Effekt
% af total 540 kW
Friktion
32 kW
5,925 %
Røggas
145 kW
26,85 %
Varmestråling til omgivelserne
3 kW
0,55 %
HT – kølevand (motorkøling)
89 kW
16,48 %
LT - kølevand (ladeluftkøler)
46 kW
8,52 %
Akseleffekt
225 kW
41,67 %
(Eget arkiv , 2015)
Disse data er taget ud fra databladet for DG3. Som man kan se er det en ret lille del af den energi
der tilføres motoren der udnyttes, kun 41,67 % ved 75 % belastning. Derfor er der i projektet set
på om det er muligt at udnytte nogle af disse tab. Det der er til at udnytte ved rimelige
anstrengelser er den effekt som findes i kølevandet.
SIDE 25
B12-2
Bachelor
1-06-2015
9. Overskud af varme
I dette afsnit vil der blive set nærmere på den producerede varme fra DG3, og fremgangsmåden
til dette. Senere vil der blive foretaget en analyse af egetforbruget, for til sidst at finde det
varmeoverskud, der er salgsbar. Der er blevet overvejet flere metoder til at udregne effekten, der
afsættes i kølevandet. De følgende målinger er lavet for at kunne give et præcist billede af den
effekt der er til rådighed.
9.1 Produceret varme DG3
(Eget arkiv , 2015)
9.1.1 Metode 1
Denne metode tager udgangspunkt i databladet for DG3. Ideen med dette er at lave en ligning,
som kan bruges til at beregne den producerede varme, afsat i kølevandet i forhold til
belastningen på generatoren. Ligningen skal dække belastningsområdet, der spænder fra 25 % til
100 %. Se nedenstående billede hvor dataene stammer fra ”Heat rejection to coolant”.
SIDE 26
B12-2
Bachelor
1-06-2015
(Volvo Penta, 2012) (se bilag 15)
y = 0,000523x3 - 0,0752x2 + 3,7133x + 13
R² = 1
Varme kølevand
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
25
50
varme kølevand
75
100
Poly. (varme kølevand)
(Eget arkiv , 2015)
Der er blevet brugt Excel som værktøj til at finde polynormligningen ud fra grafen, ud fra data
taget fra databladet. Ved at bruge denne metode, kan man ud fra den producerede el finde
effekten afsat til kølevandet. I teorien kunne denne metode bruges uden at lave en fysisk måling.
SIDE 27
B12-2
Bachelor
1-06-2015
9.1.2 Metode 2
En anden fremgangsmåde kunne være at måle sig frem til den producerede energimængde.
(Eget arkiv , 2015)
For at finde den varme motoren afgiver til kølevandet, skal man måle flowet og temperatur
differencen mellem TI 3.1 og TI 3.3, som indsættes i nedenstående formel:
𝑄 = 𝑚̇ ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑡
Det har ikke været muligt at få en valid flowmåling med det udstyr der var til rådighed.
Rørstrækningerne var for korte og gav derfor ulineært flow profil, som er umuligt for ultralydsflowmåleren at måle på.
SIDE 28
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Flowmålerens transducerplacering:
(Micronics, 2009)
Flowmålerens transducer skal placeres 20 x diameteren af røret væk fra bøjninger og T-stykker
ved upstream. Transducerne skal også placeres 10 x diameteren af røret fra bøjninger og Tstykker ved downstream.
På grund af denne forhindring skal der ses andre steder for at få en valid flowmåling. Det har
været muligt at måle flowet på sekundærsiden af varmeveksleren altså fjernvarmedelen. Da der
vil blive set bort fra tab til omgivelserne kan denne antagelse bruges til at finde flowet på
primærsiden, motorsiden. Den valgte metode er derfor denne:
𝑄𝑘ø𝑙𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑𝑃𝐿𝑊3.1 ≈ 𝑄𝑓𝑗𝑒𝑟𝑛𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒
𝑚̇ 1 ∗ 𝑐𝑝1 ∗ ∆𝑡1 = 𝑚̇ 2 ∗ 𝑐𝑝2 ∗ ∆𝑡2
De forskellige data er gennemsnitsværdier for det målte døgn. Derved er m1 flowet i motorens
kølesystem. Der skal gøres opmærksom på, at cp1 beregnes i et underafsnit (se ”udregning af
motorkølevandets specifikke varmekapacitet”)
𝑚̇ 1 =
𝑚̇ 1 =
𝑚̇ 2 ∗ 𝑐𝑝2 ∗ (𝑡𝑓𝑗𝑒𝑟𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑚 − 𝑡𝑓𝑗𝑒𝑟𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 )
𝑐𝑝1 ∗ (𝑡𝑇𝐼3.3 − 𝑡𝑇𝐼3.2 )
0,603 ∗ 4,19 ∗ (72,22 − 45,25)
𝑚3
= 3,37
3,875 ∗ (75,12 − 69,9)
ℎ
SIDE 29
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Da flowet i motorens kølesystem nu er kendt kan effekten, der afgives til kølevandet findes ud fra
følgende formel som tidligere anvendt:
𝑄 = 𝑚̇ ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑡
̇ ∗ 𝜌 ∗ 𝑐𝑝𝑘ø𝑙 ∗ (𝑡𝑇𝐼3.3 − 𝑡𝑇𝐼3.1 )
𝑄𝑘ø𝑙𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 = 𝑉𝑘ø𝑙
𝑄𝑘ø𝑙𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 =
3,37 ∗ 1003,95
∗ 3,875 ∗ (75,12 − 56,02) = 69,56 𝑘𝑊
3600
De brugte data er gennemsnitsværdier over det målte døgn
9.1.2.1 Motorkølevandets specifikke varmekapacitet
Til at beregne den producerede varme, skal man kende hvor meget energi, der skal til for at
opvarme mediet 1 °C pr. kg. Motorkølevandet er en blanding af propylen glycol og vand.
Blandingsforholdet er oplyst til at være 40 % propylen glycol og 60 % vand. (Tønnesen, 2015)
(Dow Chemical Company, 2001)
Da der ikke er oplyst værdier for den temperatur DG3 kører med, skal der interpoleres.
Da temperaturen i gennemsnit over døgnet ligger på:
𝑇𝐼3.324ℎ − 𝑇𝐼3.124ℎ 75,1215 + 69,9
=
= 72,51 ℃
2
2
SIDE 30
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Det er nu muligt, ved hjælp af lineærinterpolation mellem 65 og 90 grader, at finde den specifikke varmekapacitet for kølevandet ved gennemsnitstemperaturen.
𝑦 = 𝑦1 +
𝑐𝑝72,51 = 𝑐𝑝65 +
𝑐𝑝72,51 = 3,850 +
𝑦2 + 𝑦1
∗ (𝑥 − 𝑥1 )
𝑥2 − 𝑥1
𝑐𝑝90 + 𝑐𝑝65
∗ (𝑡72,51 − 𝑡65 )
𝑡90 − 𝑡65
3,933 − 3,850
𝑘𝐽
∗ (72,51 − 65) = 3,875
90 − 65
𝑘𝑔 ∗ 𝐾
Det samme kan bruges til at finde densiteten
𝜌72,51 = 1009,90 +
990,10 − 1009,90
𝑘𝑔
∗ (72,51 − 65) = 1003,95 3
90 − 65
𝑚
SIDE 31
B12-2
Bachelor
1-06-2015
9.1.3 Konklusion på udregningsmetoder
Grafen illustrerer varmeproduktionen i forhold til elproduktionen.
(Eget arkiv , 2015)
Til at starte med var meningen at udregne varmeproduktionen, i forhold til elproduktionen ud fra
databladet for DG3, det er den grønne streg. Efter færdiggørelse af denne udregning blev
forbruget målt for de to huse samt kirken, der ligger nærmest elværket. Forsyning til disse tre
forbrugere var udgangspunktet for projektet, da dette var grundideen før påbegyndelse på
projektet. Disse tre forbrugere brugte kun 13,3 % af den overskydende varme (se bilag 3). Dette
virkede lettere usandsynligt og der blev derfor overvejet om målingerne og metoden var korrekt.
Senere blev der fundet frem til metode 2, der er beskrevet ovenfor. Ved hjælp af denne metode
kunne flowet af kølevand gennem motoren udregnes. Målingerne blev foretaget hvert 10. sek. og
derved blev det en mere præcis måling af flowet. Ved hjælp af dette flow kunne effekten
beregnes i forhold til de virkelige omstændigheder, den lilla streg. Vi har i den ovenstående graf
illustreret forskellen mellem de 2 metoder. Man kan se, at den værdi der kommer ud fra det
målte flow giver et mere realistisk billede af varmeproduktionen i forhold til elproduktionen. Som
man kan se på grafen følger metode 2 elproduktionen, hvorimod metode 1 har få variationer og
SIDE 32
B12-2
Bachelor
1-06-2015
ikke ser ud til at være afhængig af elproduktionen. Grundet disse overvejelser er udregningerne
baseret på metode 2, da den giver et mere korrekt billede af varmeproduktionen.
SIDE 33
B12-2
Bachelor
1-06-2015
10. Overvejelser
10.1 Muligheder for afsætning af varme
Dette afsnit omhandler processen efter analyse af størrelsen for overskudsvarmen fra DG3.
Inden projektering af fjernvarme og måling hos forbrugere var der mange overvejelser i forhold
til, hvilken del af bygden, der skulle fokuseres på. Hvilken del af bygden ville være bedst og mest
økonomisk at lave fjernvarme, og hvor stor en del af bygden kan så kobles på. Netop på grund af
den begrænsede tid, skulle der tages stilling til, hvilket område der skulle være baggrund for
nærmere undersøgelser. På grund af den høje implementeringsudgift for installation af røggaskedel og på grund af den ekstra varme der skal afsættes til de afsides forbrugere. Vil den ekstra
fjernvarmestreng blive meget dyrere og derfor er dette ikke undersøgt nærmere.
Der opstilles 2 muligheder for hvor restvarmen kan udnyttes til fjernvarme.
(Eget arkiv , 2015)
Kort over noget af bygden med elværket i centrum, markeret med en sort ring. Den røde firkant
repræsenterer område 1 som er den sydlige del. Den orange firkant repræsenterer område 2 som
er den nordlige del.
SIDE 34
B12-2
Bachelor
1-06-2015
10.1.1 Mulighed 1:
I den sydlige del findes store forbrugere og derved er der god mulighed for at afsætte fjernvarme.
Området syd for elværket har store forbrugere, såsom kirke, kommune, tømmerhandel og
idrætshal. De fleste huse ligger relativt tæt og er alle beboede, husene er velholdte så der er god
chance for mulig beboelse fremadrettet. Kirken er relativ ny og er flittigt besøgt af bygdens
indbyggere. Kommunen er ligeledes i god stand og har indkvartering til udefrakommende
besøgene. På grund af disse forhold forventes der, at det er muligt at projektere fjernvarme til
disse også i fremtiden.
10.1.2 Mulighed 2:
I den nordlige del er der mange huse og dermed god mulighed for at afsætte fjernevarme.
Området nord for elværket har kun private huse, hvilke er mindre forbrugere.
(Eget arkiv , 2015)
Der er stor højdeforskel i den nordlige del, som det kan ses på billedet ovenfor, derfor kan det
godt blive lange strækninger, selvom det på kortet ikke ser ud af meget. Der er også langt fra
elværket til det første hus. Mange af de private huse er dårligt vedligeholdt, så chancen for
vedvarende beboelse er mindre god. Derudover er mange af husene, der er placeret nordligst i
bygden ubeboet og i så dårlig stand, at der ikke regnes med fremtidig beboelse.
SIDE 35
B12-2
Bachelor
1-06-2015
10.2 Delkonklusion
Ud fra de to muligheder er der valgt at fokusere på mulighed 1. Dette skyldes blandt andet, at det
virker som en mere fremtidssikret løsning. Der regnes også med, at der skal lægges færre meter
fjernvarmerør ud og derfor vil give en kortere tilbagebetalingstid.
SIDE 36
B12-2
Bachelor
1-06-2015
11. Forbrugere
Der vil i dette afsnit blive belyst elværkets eget varmeforbrug, samt nærliggende kirke og huse.
Der vil være forklaringer af varmetransmission, teorier og praktiske målinger.
11.1 Teori:
”Varme er energi”
”Hvis der er to stofområder med forskellige temperaturer, vil der overføres varme fra det
stofområde, som har den højeste temperatur, til det stofområde, som har den laveste
temperatur”
”I en radiatoropvarmet stue er stofområdet med den høje temperatur radiatorens
vandrum, mens stofområdet med den lave temperatur, er luften i stuen. Pga.
temperaturforskellen overføres der varme fra vandet til luften gennem hedefladen, som er
radiatorens pladevæg”
(Larsen, 2001)
Som det beskrives i teorien er varme lig med energi. Denne energi kan transmitteres ved hjælp af
3 måder:



Ledning
Konvektion
Stråling
11.1.1 Ledning
Ledning forstås som, at det er molekylernes kontakt med hinanden, der overfører energien. Der
vil i faste stoffer, stillestående væsker og gasser, transmitteres energi fra det molekyle, der har
mest energi til det med det laveste. Varme energien i et stof kan beskrives som molekylernes
svingninger eller sitren. Ved absolut frysepunkt -273,15 °C, vil molekylerne stå helt stille. Det
molekyle der svinger mest sætter nabomolekylet i svingninger og så videre. Det vil sige, at den
med høj temperatur afleverer noget af energien til det molekyle, der svinger mindre, altså det
med lavere temperatur. På grund af denne form for energitransport, vil der opstå varmemodstand.
SIDE 37
B12-2
Bachelor
1-06-2015
11.1.2 Konvektion
Konvektion forstås som, at der sker en varmeovergang ved kontakt mellem en kold og varm
flade. Det kan for eksempel være den kolde luft, der rammer radiatorenes varme overflade. På
radiatorens varme overflade, vil der på grund af molekylære kræfter lægge sig et grænselag af
stillestående luftmolekyler. Dette grænselag virker som en modstand for konvektionen.
Grænselaget kan gøres mindre ved at øge hastigheden, på cirkulationen af luft der passerer
radiatoren. På den måde slides grænselaget væk og der vil være bedre kontakt mellem den
varme overflade og den kolde luft.
11.1.3 Stråling
Stråling forstås som elektromagnetiske bølger, der ved hjælp af deres bølgelængde og energi kan
få molekylerne sat i svingninger. Solen udsender mange forskellige elektromagnetiske bølger.
Disse stråler kan reflekteres, absorberes og diffunderes, alt afhængig af om det er et spejl, en sort
overflade eller et vindue.
Det varme vand i en hustands radiatorkreds, vil afgive energien til radiatorens overflade ved
konvektion og ledning. Radiatorens overflade vil overføre energien til omgivelserne ved stråling,
konvektion og ledning.
11.2 Praktisk måling
I stedet for at måle for hver enkel radiator, er der blevet målt på tilgangen og afgangen af
radiatorkredsen til oliefyret. Oliefyret forsyner alle bygningens radiatorer og derved fås også
transmissionstabet i rørene med. Til at beregne effekten i radiatorkredsen bruges følgende
formel:
𝑄 = 𝑚̇ ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑡
Masseflowet beregnes ud fra volumenflowet og densiteten af mediet, ved den givne temperatur.
Volumenflowet måles ved hjælp af en ultralydsflowmåler, som monteres uden på rørene. Denne
metode er valgt, da det har været meget praktisk at montere og afmontere flowmåleren, uden at
indbygge en flowmåler direkte i rørsystemet ved forbrugerne. Mediet som bruges til at transportere energien i radiatorkredsen er vand. Vand har ved forskellige temperature en specifik
SIDE 38
B12-2
Bachelor
1-06-2015
varmekapacitet og densitet. Der vil blive brugt tabeller fra ”Termodynamik” bogen til at finde
vandets specifikke varmekapacitet og densitet. Temperaturdifferencen er målt mellem radiatorkredsens tilgang og afgang. Til måling af temperaturen, er der blevet brugt Tiny Tags. Tiny Tag er
en enhed med en lille hukommelse, der kan logge temperaturen over en periode. Enheden har en
føler for enden af en ledning, der måler temperaturen. Der er under målingerne monteret følere
uden på rørene. Derfor skal der gøres opmærksom på, at temperaturen der måles er på ydersiden af røret og ikke vandet inde i rørene. Der vil være en temperaturdifferens mellem vandet
og røret, på grund af den tidligere beskrevne varmemodstand og eventuelle belægninger. Der ses
bort fra dette, da fremløbsrøret og returrøret er af samme materiale og tykkelse, så det antages,
at rørene har samme varmemodstand.
SIDE 39
B12-2
Bachelor
1-06-2015
11.3 Elværkets interne forbrug
(Eget arkiv , 2015) (se bilag 2)
Denne plantegning viser placeringen af elværkets radiatorer og pladevarmevekslere med mere.
Forklaring:
Fx.x : ”F” står for ”forbruger” anses som en radiator. Det første x indikerer lokale nr. og det sidste
indikerer nummeret på forbrugeren.
PLW x.x : ”PLW” står for ”pladevarmeveksler” og det første x indikerer lokale nr. og det sidste
indikerer nummeret på pladevarmeveksleren.
SIDE 40
B12-2
Bachelor
1-06-2015
(Eget arkiv , 2015)
Ovenstående diagram viser en oversigt af mellemkredsens forbindelser, samt de enkelte motorer.
(Eget arkiv , 2015)
Disse diagrammer er simplificerede for at give et mere overskueligt billede af systemet. Der
undlades flere temperaturindikatorer og ekspansionsbeholdere. De detaljerede diagrammer kan
ses på bilag 2
SIDE 41
B12-2
Bachelor
1-06-2015
11.3.1 Opvarmning af bygning
Elværket bruger noget af den restvarme, der er i kølevandet, til opvarmning af kontrolrum,
kontor/værksted og stilstandsopvarmning af standby motorer. Garagens varme er lavet for at
komme af med den ekstra varme, der er om sommeren, da køleren ikke kan optage nok
effekt/varme fra kølevandet. Garagen er koblet direkte på mellemkredsen og bliver ikke en del af
den fremtidige fjernvarmekreds. F6.3 er en køler med en blæser, der sidder ude i garagen, som
en ekstra backup køler. F5.7 er en brugsvandsopvarmer, som sidder i værkstedet, den er tegnet
som en radiator, da den bruger varmen fra radiatorkredsen til at opvarme vand. Brugsvandsopvarmeren har ikke som funktion at opvarme bygning, og er derfor under målingerne, taget ud
af drift.
Eksempel taget ud fra beregninger i regneark.
Tid
Fremløb
Returløb
Dato:
gennemsnit
25/03/15
[°C]
Flow
Cp vand ved
Densitet ved
Effekt
gennemsnit [m3/h]
55°C
55°C
[kW]
[°C]
(TD tabel
(TD tabel
10.5)
10.5)
[kJ/kg*K]
[kg/m3]
13:00:00
55,55
49
0,18
4,182
985,7
1,35
13:00:10
55,60
48,96
0,18
4,182
985,7
1,37
𝑄=
̇ 3 /ℎ
𝑉𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑚
∗ 𝑐𝑝55°C ∗ (𝑡𝑓𝑟𝑒𝑚 − 𝑡𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 )
3600/𝜌55°C
(Eget arkiv , 2015)
Tabellen ovenover er taget ud fra et vilkårligt tidspunkt, der illustrerer, hvordan effekten er beregnet ud fra målingerne, der er foretaget. I gennemsnit ligger bygningens varmeforbrug på 2,66
kW.
SIDE 42
B12-2
Bachelor
1-06-2015
11.3.2 Standby opvarmning
(Eget arkiv , 2015)
For at sikre, at motorerne er klar til opstart, opvarmes de ved hjælp af hinanden igennem en
mellemvarmekreds, som forbinder motorens varmeveksler med varmeveksleren til fjernvarme i
bygningen. Generatorerne står i hvert sit rum. Der er monteret indsugningsspjæld i væggen i
motorrummet, der åbner og lukker alt afhængig af om motoren kører. Dette spjæld er ikke
isoleret og derfor kan det være meget koldt inde i selve rummet. På dagen der blev opsamlet
data var gennemsnits rumtemperaturen på omkring 4 °C og udenfor var der et gennemsnit på -10
°C. Det er returvandet der opvarmer de generatorer, der ikke kører. Returvandet strømmer fra
mellemvarmekredsen til varmeveksleren, som opvarmer stilstandsmotorerne. Det opvarmede
kølevand bliver cirkuleret af den elektriske cirkulationspumpe. Det nedkølede returvand bliver
derefter blandet med fremløbet.
SIDE 43
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Stilstandsvarme for DG1:
60
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
50
40
30
20
10
Fremløb
Retur
Flow
17:00:00
18:02:40
19:05:20
20:08:00
21:10:40
22:13:20
23:16:00
0:18:40
1:21:20
2:24:00
3:26:40
4:29:20
5:32:00
6:34:40
7:37:20
8:40:00
9:42:40
10:45:20
11:48:00
12:50:40
13:53:20
14:56:00
15:58:40
0
Flow (m^3/h)
Temperatur (°C)
Oversigt af målinger DG1 stilstand
(Eget arkiv , 2015)
Tid
Fremløb
Returløb
Dato:
gennemsnit
26/03/2015
[°C]
Flow
Cp vand ved
Densitet ved
Effekt
gennemsnit [m3/h]
45°C
45°C
[kW]
[°C]
(TD tabel
(TD tabel
10.5)
10.5)
[kJ/kg*K]
[kg/m3]
17:00:00
48
43,72
0,39
4,180
990,2
1,92
17:00:10
48,1
43,47
0,39
4,180
990,2
1,97
(Eget arkiv , 2015)
SIDE 44
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Effekt (kW)
Effektforbrug til stilstand DG1
4
3.5
3
2.5
2
1.5
Effekt
1
0.5
17:00:00
17:57:40
18:55:20
19:53:00
20:50:40
21:48:20
22:46:00
23:43:40
0:41:20
1:39:00
2:36:40
3:34:20
4:32:00
5:29:40
6:27:20
7:25:00
8:22:40
9:20:20
10:18:00
11:15:40
12:13:20
13:11:00
14:08:40
15:06:20
16:04:00
0
(Eget arkiv , 2015)
Det kan ses, at effekten er rimelig konstant, det skyldes at der ikke er nogen regulering, da
returvandet bare strømmer igennem varmeveksleren. Returvandet ligger på omkring 40-50 °C og
da stilstandsvarmen i motoren skal være på 40+ °C er dette acceptabelt. Som før nævnt er der
stilstandsvarme på motorerne så de altid står standby og er klar til en opstart. Grunden til, at de
er opvarmede er, at en koldstart slider meget på en motor. Der er udvidelser af metallet ved
temperaturændringer, så denne temperatursvingning skal helst være lav. Specielt når dieselgeneratorerne skal være klar til at påtage sig lasten inden for et par minutter, og derved bliver
hårdt belastet. Det ville være mere optimalt, hvis temperaturen på dieselgeneratoren var helt
oppe på driftstemperatur 85 °C eller tæt på, men da returvandet har en temperatur på 40-50 °C
er dette valgt som standby temperatur. Det samme er gældende for DG2, derfor er der kun
foretaget målinger på DG1.
SIDE 45
B12-2
Bachelor
1-06-2015
11.4 Kirkens varmeforbrug
Kirkens varmeforbrug er målt over fire døgn. Målingerne begyndte lørdag kl.08:00 og sluttede
onsdag kl.08:00. Dette er gjort for at få dagen før kirketjenesten, hvor der ikke er personer, men
måske forberedelser. Selve dagen søndag, hvor der er gudstjeneste og stor personbelastning.
Mandag som er dagen efter gudstjeneste, da søndagens gudstjeneste stadig kan have en indflydelse, samt tirsdag som burde være en almindelig hverdag uden nogen aktiviteter. Målet med
disse målinger er at få kirkens varmeforbrug, samt de faktorer, der har indflydelse på
varmeforbruget. Eksempelvis under gudstjeneste kan der være en stor forsamling af personer,
døren kan være længe åben og så videre, alt dette har en indflydelse på kirkens varmeforbrug.
Skema for gennemsnitværdier for de målte døgn:
Dato
Gennemsnit
Gennemsnit
Gennemsnit
varmeforbrug inde temp.
ude temp.
[kW]
[°C]
[°C]
14/03-15/03 (lørdag)
5,95
18,05
-13,8
15/03-16/03 (søndag)
5,03
19,5
-12,2
16/03-17/03 (mandag)
5,13
19,4
-10,2
17/03-18/03 (tirsdag)
4,15
19,9
-6,3
Total gennemsnit
5,06
19,2
-10,6
(Eget arkiv , 2015)
Som det ses i det overstående skema, er der blevet målt effektforbruget, indetemperaturen og
udetemperaturen. Effektmålingen er målt på radiatorkredsen, som tidligere beskrevet. Da kirken
er stor, er der placeret 2 stk. temperaturfølere i kirken, hvor den ene er placeret på en bjælke i
2,5-3 meters højde og cirka midt i rummet. Den anden er placeret længere nede på en hylde.
Begge føler er placeret i skyggen, således at der bliver målt luftens temperatur. Dette giver et
godt gennemsnit i forhold til luftens temperatur i kirken. Udetemperatur følerne er også placeret
i skygge og læ, for at udelukke solen og vindens påvirkning. Disse målinger er meget vigtige
senere, når der skal beregnes for det fremtidige varmeforbrug set over 1 år. På skemaet falder
varmeforbruget, ved en faldende udetemperatur. Dette skyldes blandt andet, at differenstemperaturen er mindre og derved er varmetransmissionen fra bygning til omgivelserne mindre.
SIDE 46
B12-2
Bachelor
1-06-2015
På trods af en faldende temperatur fra søndag til mandag, er varmeforbruget større om
mandagen. Dette kunne skyldes, at der kommer personer ind i kirken og disse personer afgiver
varme. Det kan også være på grund af, at der var større solpåvirkning søndag. Der er mange
faktorer, der spiller ind på varmeforbruget og disse vil blive beskrevet senere i afsnittet
”Indvirkende faktorer”
11.5 Oversigt af måling ved forbrugere
Forbruger
Gennemsnit
Gennemsnit
Gennemsnit
varmeforbrug
inde temp.
ude temp.
[kW]
[°C]
[°C]
B-1155 (Elværk)
2,66
21
-10,5
B-301 (Stort grønt hus)
1,6
22
-3,6
B-1083 (Lille grønt hus)
1,73
22,5
-4,7
B-1172 (Kirke)
5,06
19,2
-10,6
B-1095 (Tømre)
2,3
21,2
-5,9
B-354 (Lille hvidt hus)
-
-
-
B-1229 & B-1230 (Dobbelt hus)
-
-
-
B-762 (Ung klub)
5,9
19,7
-12,1
B-691 (Kommune)
5,06
20,3
-10,2
B-1076 (Hallen)
4,85
22,8
-7,8
B-1307 (Brandstation)
4,55
18,1
-6,9
B-88 (Museum)
5,9
19,7
-12,1
(Eget arkiv , 2015)
Denne tabel giver et overblik af de målinger, som er foretaget og er meget relevante i forhold til
at beregne det fremtidige årlige forbrug. Der var ikke tid til at måle forbruget ved B-354 og
dobbelthuset B-1229 & B-1230, deres forbrug vil blive baseret på gennemsnittet mellem de andre
private huse (B-301 og B-1083). Elværkets forbrug er kun det der blev målt i radiatorkredsen,
fordi standby-opvarmning vil ikke kunne regnes med i det fremtidige varmeforbrug for bygningen. Men vil blive lagt til som en konstant forbruger, når det senere skal trækkes fra DG3’s
produktion af varme. Alle målinger er foretaget på samme måde, ved at måle på radiator-
SIDE 47
B12-2
Bachelor
1-06-2015
kredsens flow med ultralydsflowmåleren, og måle temperaturen på tilgangen og afgangen til oliefyret. Til måling af rumtemperaturen er der blevet brugt 2 stk. følere, sat i skyggen, der måler den
gennemsnitlige lufttemperatur. Det samme er gældende for udetemperaturmålingen. Alle målinger er foretaget over ét døgn undtagen kirken, brandstationen samt ung klub. De eneste
målinger der afviger fra metoden hvor der måles direkte på tilgangen/afgangen, er brandstationen og ung klub. Det var ikke muligt at placere flowmåleren direkte på afgangen eller
tilgangen til fyret, da rørstrækningerne var for korte og forgrenede sig tidligt ud til radiatorerne.
Derfor er målingerne taget på forgreningerne, for til sidst at blive lagt sammen. Metoden der har
været baggrund for målingerne har været den samme, derfor kan de bruges som målinger, der
kan sammenlignes.
SIDE 48
B12-2
Bachelor
1-06-2015
12. Kontrolmåling
Inden målingernes start, blev der foretaget kontrolmåling af alt udstyr. Dette er gjort for at være
sikker på at det udstyr der var til rådighed målte korrekt. Det er vigtigt at vide i en videnskabelig
undersøgelse, om målingerne er valide, hvordan de er foretaget og om der er blevet brugt
samme fremgangsmåde.
12.1 Temperatur måling
Da der har været i tvivl om, at alle temperatur følere målte rigtig og var kalibreret korrekt, er der
udført et eksperiment for at finde ud af dette.
Det atmosfæriske tryk under forsøget d. 10/03/2015 omkring middag har cirka været 1000 kPa.
Det vil sige, at mætningstemperaturen for vanddamp er 99,6 °C dette kan bruges som reference
under eksperimentet.
Forsøget er blevet udført med temperaturmålerne i kogende vand, hvor vandet har kogt i 10-15
minutter. Følerne har derfor haft mulighed for at udligne temperaturforskellen mellem vand og
føler. Følerne har været placeret midt i vandet, væk fra bunden og siderne i gryden, for at måle
middeltemperaturen i vandet under kogning.
Da der er lavet et eksperiment for at kontrollere målingen, er det også relevant at finde
måleudstyrets usikkerhed, til det vil følgende formel og tabel bruges:
𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑛𝑡𝑣𝑖𝑠𝑒 𝑎𝑓𝑣𝑖𝑔𝑒𝑙𝑠𝑒 =
𝑡𝑚å𝑙𝑡 − 𝑡𝑡𝑒𝑜
∗ 100
𝑡𝑡𝑒𝑜
SIDE 49
B12-2
Tid
Nr.
Bachelor
Måling
Afvigelse
[°C]
%
10/03/15 kl. 11.56.00
5
99
-0,6
10/03/15 kl. 11.56.00
6
99,2
-0,4
10/03/15 kl. 11.56.00
7
99,5
-0,1
10/03/15 kl. 11.56.00
8
99,4
-0,2
10/03/15 kl. 11.56.00
10
99,4
-0,2
10/03/15 kl. 11.56.00
11
99,2
-0,4
10/03/15 kl. 11.56.00
12
99
-0,6
10/03/15 kl. 11.56.00
13
99
-0,6
1-06-2015
(Eget arkiv , 2015)
Som det ses i tabellen ligger temperaturerne meget tæt på referencen. Der er lidt forskel på
temperaturerne, det kan skyldes, at følerne var bundet sammen i et bundt. Bundet lå i 3 lags
plastikposer for at beskytte følerne. Det skaber lidt varmemodstand og ujævn temperaturmåling.
Det kan konkluderes, at forsøget var vellykket, da målingerne viste sig at være forholdsvis tæt på
referencetemperaturen under forsøgets betingelser.
12.2 Flowmåling
Der blev foretaget en testmåling på vandværket, hvor ultralydsflowmåleren blev sammenlignet
med vanduret, der måler bygdens vandforbrug. Testmålingen havde til formål at sikre vi forstod
udstyret, og kunne skrive de rigtige parametre ind. Efter nogle forsøg viste det sig, at flowmåleren og vanduret stemte overens. Denne testmåling er ikke dokumenteret, men udstyret har
et certifikat for kalibrering fra producenten. Det har en usikkerhed på ± 0,2 % (se bilag 4). De
parametre, der blev skrevet under testmålingen var at vandforsyningsledningen er af plastik og er
53 mm. i diameter. De parametre der typisk er brugt under målingerne af varmeforbrug, har
været ren kobberrør med en diameter på 18 og 22 mm.
SIDE 50
B12-2
Bachelor
1-06-2015
13. Det fremtidige varmeforbrug
Bygningerne i Kangaamiut er typisk træhuse, med mindre vinduer indbygget.
(Eget arkiv , 2015)
Der er mange faktorer, der spiller ind på varmeforbruget. Disse faktorer er for eksempel solens
og vindens indflydelse, men da det er meget varierende og svært at forudsige, vil dette ikke
regnes med. Hvis det blæser udenfor vil det påvirke transmissionstabet, da vinden har betydning
for transmissionskoefficient. Placeringen af husets vinduer og størrelsen har betydning for solens
indvirkning. Der kan være stor forskel på bygningens stand og hvor vel isoleret det er. For
eksempel er kirken forholdsvis ny, stor, vel isoleret og har et større vinduesparti vendt mod
syd/sydvest. Museet overfor er derimod er meget mindre, dårligere isoleret og små vinduer.
Husets isolering og størrelse har stor betydning for transmissionseffekten. Under målingerne har
det vist sig, at disse to bruger næsten den samme effekt til opvarmning. På grund af den store
forskel fra bygning til bygning, er der valgt at måle varmeforbruget for hver enkel forbruger, i
stedet for at generalisere bygningernes varmeforbrug ud fra størrelsen. Denne metode gør, at
målingerne vil være mere valide og realistiske i forhold til de vejrforhold, der er gældende og de
SIDE 51
B12-2
Bachelor
1-06-2015
forskellige typer huse der er i Kangaamiut. Der er efter bedste anstrengelser blevet målt så
mange steder så muligt for derved at opnå kvantitative resultater. Vi vil forholde os kritiske til de
resultater der er blevet målt, da noget af udstyret er følsom for forstyrrelser. For eksempel skal
ultralydsflowmåleren placeres korrekt og indstilles med de korrekte parametre. Nogle af
målingerne blev foretaget flere gange på grund af defekt udstyr, såsom Tiny Tags.
13.1 Metode til udregning af fremtidigt forbrug
Der vil i dette afsnit blive undersøgt metoder til at beregne det fremtidige varmeforbrug. Det vil
indeholde emnerne, graddage og transmission. For at opretholde varmebalancen i bygningerne,
er der installeret radiatorer og oliefyr. Oliefyret opvarmer radiatorkredsens kolde returvand til en
typisk fremløbstemperatur på omkring 60 °C. For at kunne regulere og holde en konstant rumtemperatur er der påmonteret en termostat, der regulerer hvor meget varmt vand der skal
tilføres radiatorne. Hvis energi tilførslen er større til bygningen end det tabte til omgivelserne
udenfor, vil temperaturen i rummet stige. Termostaten vil sørge for at holde en rimelig konstant
rumtemperatur, ved at regulere flowet til radiatoren, for derved at styre energitilførslen til
bygningen.
13.1.1 Graddage
”Graddage er et mål for, hvor koldt det har været og hvor meget energi der bruges til rumopvarmning. Graddagetallet kan hjælpe forbrugerne med at sammenligne energiforbruget pr.
måned med en normalmåned og pr. år med et normalår.”
(Teknologisk Institut, 2013)
En graddag bruges som udtryk for en differens på 1 °C mellem den indvendige og udvendige
døgnmiddeltemperatur. Den indvendige døgnmiddeltemperatur sættes til 17 °C. Graddagetallet
for et døgn udregnes som differensen mellem den indvendige temperatur på 17 °C og den
aktuelle udedøgnmiddeltemperatur.
-20 °C udenfor giver 37 graddage.
+7 °C udenfor giver 10 graddage.
SIDE 52
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Graddagetallene for de forskellige døgn summeres til måneds- og årsværdier.
Energiforbrug til brugsvand indgår ikke, da det ikke er afhængigt af udetemperaturen.
Definitionen på, hvornår fyringssæsonen starter er, når udedøgnmiddeltemperaturen kommer
ned på 12 °C og under i mindst tre sammenhængende døgn, dette er oftest om efteråret. Fyringssæsonen slutter når udedøgnmiddeltemperaturen kommer op på minimum 10 °C og forbliver der
i mindst tre sammenhængene døgn. Hvis udedøgnmiddeltemperaturen kommer op på over 12 °C
i mindst tre døgn ophører tælling af graddage, dog kun indtil temperaturen kommer under 12 °C
igen. Hvis temperaturen om foråret, hvor graddagetællingen er ophørt kommer ned under 10 °C i
mindst tre døgn, genoptages graddagetællingen.
13.1.2 Varmetransmission
Til at beregne varmeforbruget skal man kende, hvor meget energi, der bliver transmitteret fra
huset til omgivelserne.
𝑄𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝐴 ∗ 𝑈 ∗ ∆𝑡
A er husets overfladeareal, som er afhængig af husets udformning og størrelse. U er transmissionskoefficienten, der er et udtryk for husets isolering eller varmeoverførelsesevne til omgivelserne. Δt er temperaturdifferencen mellem ude- og indetemperaturen for det pågældende
hus. Der kan derfor ud fra målingerne bestemmes, hvor meget energi der strømmer fra huset og
til omgivelserne.
I rapporten vil der ikke blive brugt graddage. Der vil derimod blive udregnet en A x U værdi for
hvert enkelt hus, og forbruget er derefter udregnet efter dette. Grunden til at graddage ikke er
blevet benyttet i dette projekt er, at det ville give et skævt og lettere upræcist billede af forbruget
set over et år. Da graddage udregningerne bunder i tidligere års forbrug, vil disse ikke blive
benyttet da dataene ikke var til rådighed. Til beregningerne af det årlige varmeforbrug vil transmissionseffekten blive brugt.
SIDE 53
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Da A x U vil blive regnet som en konstant, kan formlen skrives som:
𝑄𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒
=𝐴∗𝑈 =𝐾
𝛥𝑡
Til at beregne bygningernes forbrug i løbet af året, vil der blive taget udgangspunkt i DMI’s
vejrarkiv for Sisimiut, da det er den tætteste målestation omkring Kangaamiut. Som tidligere
beskrevet kan man benytte formlen for at finde varmeforbruget, i relation til udetemperaturen.
Der vil blive brugt både for sidste års middeltemperatur (2014) og klimanormaler fra 1961-1990
for at vise forskellen og argumentere for, hvilken metode der fremadrettet vil blive brugt.
𝑄𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝐾 ∗ (𝑡𝑖𝑛𝑑𝑒 − 𝑡𝑢𝑑𝑒 )
Temperaturoversigt 2014
(DMI, 2015)
SIDE 54
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Temperaturoversigt for klimanormaler 1961-1990
(DMI, 2015)
Hvis der tages udgangspunkt i kirkens varmeforbrug, ved hjælp af førnævnte formel, vil der være
en forskel mellem 2014 og klimanormalerne. På grund af, at 2014 har en højere middel udetemperatur er forbruget af varme lavere.
Differencen for kirkens varmeforbrug set over 1 år er 35466 - 32708 = 2758 kWh (se bilag 5)
hvilket giver et fald på:
32708 − 35466
∗ 100 = −7,77 %
35466
Der har været mange overvejelser angående, hvilke data der skulle bruges for at beregne
varmeforbruget. Der er mange meninger om miljø politik og om drivhuseffekten er årsagen til
den stigende temperatur, som kunne være en mulig forklaring for et varmt 2014. Der er dog set
bort fra dette, og det er besluttet at bruge den mindst gunstige situation i forhold til den
økonomiske del for Nukissiorfiit. Den mindst gunstige situation for økonomien er 2014 da middel
udetemperaturen er højere end klima normalerne 1961-1990, og der kan derfor afsættes mindre
SIDE 55
B12-2
Bachelor
1-06-2015
varme. Der vil for kirken og alle andre forbrugere blive taget udgangspunkt i middel udetemperaturen for Sisimiut 2014.
13.2 Samlet års oversigt
Afsnittet vil samle op på det hele, for at give et overblik over produktionen af varme og forbruget
heraf.
Måned
Januar
Februar
Marts
April
Maj
Juni
Juli
August
September
Oktober
November
December
kWh el kW gennemsnit Belastning % kW varme Alle forbrugere Salg bart Tab i rør 12% Til rådighed kWh salg Ude temperatur
[kWh]
[kW]
%
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[kWh]
[°C]
119616
160.77
56.6
76.0
46.6
40.2
4.8
24.6
29938.3
-8.1
105840
157.50
55.5
74.0
51.3
44.6
5.4
17.4
29984.6
-11.2
113664
152.77
53.8
71.0
53.4
46.6
5.6
12.1
34669.0
-12.6
94224
130.87
46.1
63.0
46.8
40.4
4.8
11.4
29074.2
-8.2
83664
112.45
39.6
60.0
33.7
28.1
3.4
22.9
20897.3
0.5
87120
121.00
42.6
61.0
25.2
20.0
2.4
33.4
14424.3
6.2
87312
117.35
41.3
61.0
19.6
14.8
1.8
39.6
11015.4
9.9
76560
102.90
36.2
57.0
22.6
17.6
2.1
32.3
13117.9
7.9
86064
119.53
42.1
61.0
28.2
22.9
2.7
30.1
16459.0
4.2
107376
144.32
50.8
68.0
35.1
29.4
3.5
29.4
21843.5
-0.4
106224
147.53
51.9
69.0
41.7
35.6
4.3
23.1
25615.2
-4.8
123024
165.35
58.2
79.0
46.3
40.0
4.8
27.9
29728.0
-7.9
(Eget arkiv , 2015)
kWh el: El produceret for den pågældende måned. Januar og februar er fra 2015 resten af
månederne er taget fra 2014. Alle elproduktionsdata er aflæst i Deif instrumentet, som er
kontrolpanelet på elværket. Disse målinger skal bruges til at finde den gennemsnitlige belastning
af generatoren.
kW gennemsnit: kW produceret el i gennemsnit for måneden. Disse tal er udregnet ved hjælp af
kWh divideret med timerne på måneden. Denne bruges til at bestemme kW varme produceret i
gennemsnit for måneden.
Belastning %: Dieselgeneratorens belastning i procent. Dette er lavet for at give et indtryk af,
hvor meget den er belastet i gennemsnit for måneden.
kW varme: Dette er den gennemsnitlige varme afsat i kølevandet på DG3. Dette er baseret på
tidligere målinger af elproduktion under afsnittet ”Produceret varme DG3”, som bruges til at
finde ud af, hvor meget varme der kan sendes ud til forbrugerne.
SIDE 56
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Alle forbrugere: Samlet oversigt over det projekteret fjernvarme forbrug, inklusiv elværket og
stilstandsvarme. Dette er blevet brugt til at trække den effekt, som er i kølevandet fra det producerede.
Salgbart: Alle forbrugere der kobles på fjernvarmenettet eksklusiv elværket og stilstandsvarme.
Det er disse værdier der giver et indblik i, hvor meget varme der kan sælges, i gennemsnit for
hver måned.
Tab i rør 12 %: Varmetab i rør, baseret på de kW, der bliver sendt ud af bygningen til forbrugerne.
De 12 % er erfaringstal fra Nukissiorfiit. (Begtrup, 2015)
Til rådighed: Dette er den overskydende varme i kølevandet efter alle forbrugerne og tab. Det
resterende varme skal fjernes via køleren.
kWh salg: Disse kWh er dét indtægten er baseret på, da det er den samlede energi, der kan
afsættes til eksterne forbrugere. Den er udregnet på basis af det gennemsnitlige varmeforbrug
gange timerne på månederne.
Ude temperatur: Alt varmeforbrug er baseret på denne temperatur og det ses tydeligt, at
varmeforbruget er lavt om sommeren.
Projektet vil ikke have betydning for driften, med mindre der bliver trukket mere varme ud end
der bliver produceret, så motoren bliver afkølet mere end det er nødvendigt. For at sikre drift
temperaturen på motoren, kan der laves et omløb ved DG3’s varmeveksler med dertilhørende
styring.
13.3 Delkonklusion
Om sommeren er forbruget af el ikke så højt. Dette skyldes blandt andet at el-heattracing ikke er
aktivt om sommeren. Om sommeren er det mere lyst der er derfor mindre brug for gadebelysning. Derved er varmeproduktionen ikke så høj, men på grund af den højere udetemperatur
er afsætnings mulighederne meget lavere. Derfor er der mere til rådighed om sommeren end om
vinteren.
SIDE 57
B12-2
Bachelor
1-06-2015
13.4 Metode kritik
Da det foregående afsnit omhandlede det fremtidige varmeforbrug baseret på formler, målinger
og vejrstation placeret i Sisimiut vil dette blive diskuteret i afsnittet.
Der er nogle faktorer der udelukkes, ved kun at bruge transmissionsformlen. Transmissionsformlen har til formål at beregne den energi, der bliver transmitteret alene på grund af en
temperaturforskel. Formlen er videnskabelig anerkendt og er brugt i undervisningen af maskinmesterstuderende.
13.4.1 Målinger
Målingerne har til formål at måle varmeforbruget hos forbrugerne og beregne en konstant, der
giver udtryk for husets areal og transmissionskoefficient. Transmissionskoefficienten varierer ved
de vejrforhold, der er gældende på tidpunktet for målingen. Målingerne skal man være kritiske
overfor, da der på Grønland er hurtigt omskiftende vejr. For at få præcise og valide målinger, ville
det være optimalt at foretage alle målingerne under præcis samme forhold, og ved hjælp af
samme fremgangsmåde. Det var dog ikke muligt, da målingerne blev foretaget over flere uger og
i ukontrollérbar vejrforhold. Udover dette er der variationer i fremgangsmåden.
13.4.2 Vejrstation
Vi har kontaktet DMI for at høre, hvordan det kan være, at der er prognoser for ugen, men ikke et
vejrarkiv for Kangaamiut. DMI har svaret, at der ikke længere er en vejrstation i Kangaamiut, den
blev nedlagt i 60’erne. Der kan dog findes prognoser for ugen i Kangaamiut på deres hjemmeside,
men disse prognoser bliver lavet ud fra en computerbaseret model, for det pågældende område
(se bilag 7). Derfor har det ikke været muligt at få faktuelle data, om klimaet for Kangaamiut. Til
udregning af forbrug set over et år, er der blevet brugt data fra en vejrstation placeret i Sisimiut.
Kangaamiut og Sisimiut er forskellige og ligger cirka 125 km. fra hinanden. De er begge placeret
ved kysten og har derfor kystklima. Sisimiut er placeret over polarcirklen og Kangaamiut er
placeret under polarcirklen. Vejrstationen i Sisimiut er dog den station, der er tættest på og er
noteret på DMI’s hjemmeside under vejrarkiv. Sisimiut giver derfor det bedste bud på, hvordan
det har set ud i Kangaamiut.
SIDE 58
B12-2
Bachelor
1-06-2015
14. Indvirkende faktorer
14.1 Varmekilder i bygninger
Som tidligere beskrevet under kirkens varmeforbrug har personer en indvirkning på varmeforbruget i bygningen. Personer generer varme, selv når de er stillesiddende. En gennemsnitlig
person genererer en varmeeffekt på 100 W, stillesiddende. 70 W afgives ved konvektion og 30 W
ved den varme, der er bundet i udåndingsluften. Grunden til denne varmeafgivelse er kroppens
forbrænding, også kaldet metabolisme. Hvis mange mennesker er samlet samme sted, som for
eksempel i en kirke, kan denne afgivne effekt være af betydelig størrelse. Nedenunder ses
eksempler på varmeafgivelse ved forskellige aktivitetsniveauer:
(Petersen, Komfortventilation, 2005)
𝑄 = 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑒𝑟 ∗ 𝑞𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙𝑒𝑠𝑖𝑑𝑑𝑒𝑛𝑑𝑒 = 30 ∗ 100 𝑊 = 3 𝑘𝑊.
Som man kan se af det ovenstående eksempel for en gennemsnitlig gudstjenesteforsamling på 30
mennesker, afsættes der en betydelig varmeeffekt. En gennemsnitlig gudstjeneste varer en time,
SIDE 59
B12-2
Bachelor
1-06-2015
og derved afgiver den ovennævnte forsamling en energi på 3 kWh. Set i forhold til kirkens varmeforbrug udgør dette en procentdel på 2,5 % (se bilag 6). Dette er der ikke videre beregninger for,
da det vil være meget omfattende og svært at give et klart svar på, da det varierer meget. Det er
dog med i målingerne i kraft af, at termostatventilen på radiatorerne selv justerer efter rumtemperaturen, og derved regulerer ned ved høj personbelastning. Da der er foretaget målinger
over dage både, hvor kirken er benyttet og dage, hvor den ikke er benyttet, er personbelastningen medtaget i målingerne.
14.2 Eksterne påvirkninger
14.2.1 Sol
”Solens varmebelastning er en meget væsentlig varmekilde, og har fået stadig større
betydning i forbindelse med den voksende benyttelse af store glasfacader”
(Petersen, Komfortventilation, 2005, s. 19)
Som tidligere benævnt i rapporten omkring varmeforbrug, har solen en stor indvirkning på
varmeforbruget. I dette afsnit vil der blive taget udgangspunkt i komfortventilation, til at beskrive
solens indvirkning på varmeforbruget. Da projektet er udarbejdet i det sydvestlige Grønland er
solens bane er anderledes. Derfor kan man ikke kunne bruge disse værktøjer og tabeller til at
beregne solens indvirkning. Disse vil kun blive brugt som et værktøj til at forklare det tekniske.
SIDE 60
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Solens varmebelastning gennem lodret sydvendt tolagsrude
”Som vist på figuren ovenfor er der størst belastning omkring begyndelsen og slutningen af
fyringssæsonen, hvor solstrålingen går næsten vinkelret ind gennem vinduerne og ikke
dækkes af udhæng, og beplantninger. For Øst- og vestvendte facader er døgnets
maksimale varmebelastning i hele sommerhalvåret næsten lige så stort som for sydvendte
facader, men maksimum falder mindre generende henholdsvis omkring kl. 8 og 16.”
(Petersen, Komfortventilation, 2005, s. 20)
Som det ses på figuren varier solens varmebelastning i løbet af døgnet. Grafen viser solens
specifikke effekt per kvadratmeter tolags rude, som er sydvendt. Varmepåvirkningen fra solen er
højst omkring middagstids. Solens bane og hvor højt solen står, har stor betydning for, hvor
meget det vil påvirke varmeforbruget. Som det er beskrevet er varmepåvirkningen størst, når
solens stråler næsten går vinkelret ind gennem vinduerne. Dette er tilfældet i Danmark ved
fyringssæsonens start og slut, altså marts og september. Det har også været tydeligt at se under
målingerne for kirken, at varmeforbruget er faldende om morgenen og tæt på nul ved middagstid. Dette skyldes også, at udetemperaturen stiger, men på grund af at kirken har et stort
vinduesparti kan det ses, at effekten større.
SIDE 61
B12-2
Bachelor
1-06-2015
14.2.2 Vind
Vinden er en anden påvirkning, den kan have stor effekt men varierer også meget. Hvis bygningen ikke er tætnet ordenligt kan vinden afkøle bygningen meget, i form af gennemtræk af kold
luft. På denne måde bliver den varme luft erstattet af koldere luft, uden nogen form for
varmegenvinding. Vinden har stor betydning for transmissionskoefficienten. Blæsende vind vil
slide på grænselaget af stillestående luft omkring bygningen, som ellers ville virke isolerende.
Under målingerne har der ikke været foretaget foranstaltninger, for at modvirke vindens påvirkning.
Isolerende lag som for eksempel sne har en betydning for varmeforbruget. Et tyk lag på tag og
vægge kan virke isolerende, men om sommeren vil sneen smelte og denne faktor vil ikke længere
være aktuel.
14.3 Delkonklusion
De indvirkende faktorer har betydning for varmeforbruget, både positivt og negativt.
Personbelastning og solens indvirkning bidrager med varmeeffekt til bygningen, hvorimod vinden
påvirker transmissionskoefficienten. Disse faktorer er en del af målingerne, men dog ikke
udspecificeret i udregningerne til det fremtidige varmeforbrug.
SIDE 62
B12-2
Bachelor
1-06-2015
15. Miljø
15.1 CO2 besparelse
Ud fra tekniske data for et oliefyr installeret hos en privat indbygger, vil der blive beregnet, hvor
meget CO2 hustanden sparer. Den samlede CO2 besparelse vil blive beregnet i løsningsforslagene,
senere i rapporten. Det er oplyst, at et oliefyr bruger 2,3 kg. brændstof i timen ved en effekt på
27,3 kW (se bilag 8). Ud fra dette kan man finde ud af, hvor meget brændstof den bruger pr.
kWh.
𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑘 𝑏𝑟æ𝑛𝑑𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔 =
2,3 𝑘𝑔/ℎ
𝑘𝑔𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙
= 0,084
27,3 𝑘𝑊
𝑘𝑊ℎ
Der vil blive lavet et beregningseksempel for én forbruger, der viser hvor meget brændstof de i
teorien bruger på et år og hvor meget CO2 Grønland spares for.
Det har ikke været muligt at få de nødvendige informationer/data fra Artic Gas Oil. Derfor er det
blevet antaget, at Statoil marine 50 har samme egenskaber som Artic Gas Oil. Det er oplyst, at
Statoil marine 50 udleder 2,6 kg. CO2 pr. liter brændstof (se bilag 9). Densiteten for olien er oplyst
til at være 820-860 gram/liter. Der vil derfor blive antaget den mindst gunstige værdi i forhold til
dette projekt, da CO2 udslippet er mindre ved de 820 gram/liter. Der vil blive lavet en udregning
for, hvor meget CO2 der bliver udledt pr. kWh.
Pr. kg brændstof vil der udledes:
𝐶𝑂2 𝑢𝑑𝑙𝑒𝑑𝑡 𝑝𝑟. 𝑘𝑔 𝑏𝑟æ𝑛𝑑𝑠𝑡𝑜𝑓 =
2,6 𝑘𝑔𝐶𝑂2 /𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 2,6𝑘𝑔𝐶𝑂2 /𝑙
𝑘𝑔𝐶𝑂2
=
= 3,17
𝜌
0,82 𝑘𝑔/𝑙
Pr. kWh udledes:
𝐶𝑂2 𝑢𝑑𝑙𝑒𝑑𝑡 𝑝𝑟. 𝑘𝑊ℎ =
𝑘𝑔𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑘𝑔𝐶𝑂2
𝑘𝑔𝐶𝑂2
∗
= 0,084 ∗ 3,17 = 0,27
𝑘𝑊ℎ
𝑘𝑊ℎ
SIDE 63
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Beregningseksempel for en enkelt forbruger:
Tømre
Inde temperatur [°C]
21
AxU
0.0845
Ude temperatur
Gennemsnit
Energi forbrug
varmeforbrug pr. md.
Måned
[°C]
[kW]
[kWh]
Januar
-8.1
2.46
1829.5
Februar
-11.2
2.72
1828.4
Marts
-12.6
2.84
2112.4
April
-8.2
2.47
1776.5
Maj
0.5
1.73
1288.8
Juni
6.2
1.25
900.4
Juli
9.9
0.94
697.8
August
7.9
1.11
823.6
September
4.2
1.42
1022.1
Oktober
-0.4
1.81
1345.4
November
-4.8
2.18
1569.7
December
-7.9
2.44
1816.9
Sum kWh
17011.5
(Eget arkiv , 2015)
Den overstående tabel viser kun varmeforbruget for opvarmning af tømmervirksomheden og ikke
varmvandsforbruget. Denne model er blevet brugt til samtlige forbrugere, for at finde det årlige
kWh forbrug. kWh forbruget er beregnet som tidligere, på baggrund af transmissionseffekten.
kWh er beregnet ud fra det gennemsnitlige varmeforbrug gange de timer, der er for hver måned.
SIDE 64
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Den følgende udregning er baseret på, at restvarmen kan dække hele tømmerforretningens
varmebehov til opvarmning.
𝐶𝑂2 𝑝𝑟. å𝑟 = 𝑘𝑊ℎ ∗
𝑘𝑔𝐶𝑂2
𝑘𝑔𝐶𝑂2
= 17011,5 ∗ 0,27 = 4593,1
𝑘𝑊ℎ
𝑝𝑟. å𝑟
Dette er den totale CO2 mængde tømmerforretningen ville udlede på et år, ved brug af oliefyr.
Når dette er beregnet, vil forbrugerne spare det CO2 der er i olien. Fjernvarmen er restvarme og
har derfor ikke nogen direkte CO2 udledning.
15.2 Olie besparelse
Hvis der igen bliver taget udgangspunkt i tømmerforretningen, vil der blive sat fokus på
økonomien. Oliefyret bruger som tidligere beskrevet 0,084 kg. olie pr. kWh og tømmerforretningen vil derfor i teorien, ved installation af fjernvarme spare:
0,084 ∗ 𝑘𝑊ℎ 0,084 ∗ 17011,5
=
= 1742 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝜌
0,82
1 liter olie koster 6,20 kr. pr. 30. april 2015 inklusiv miljøafgifter (KNI, 2015) og uden gebyr for
levering. Derfor vil det koste tømmerforretningen, hvis han selv henter det i dunke:
1742 ∗ 6,2 = 10.800 𝑘𝑟.
Nukissiorfiit kan levere til en kWh pris, der lyder på 0,76 kr./kWh. (se bilag 10) som svarer til:
0,76 ∗ 17011,5 = 12.929 𝑘𝑟.
Som det kan ses af udregningerne bliver det en merudgift på 2129 kr. Hvis man ser ud over
merudgiften er der flere fordele, såsom større uafhængighed af olie og mindre service på oliefyr.
Generelt set bliver det lidt dyrere at opvarme husene med fjernvarme for de enkelte forbrugere.
Forbrugerne slipper dog for at hente olie manuelt, og usikkerheden af oliepris svingningerne.
SIDE 65
B12-2
Bachelor
1-06-2015
16. Projektering af fjernevarmerør
Der vil blive set på to løsningsforslag, økonomien og miljøpåvirkningen vil blive analyseret i begge
løsningsforslag.
16.1 Løsningsforslag 1
16.1.1 Økonomi
For at finde ud af, hvor meget det koster at lægge fjernvarmerør ud til den sydlige del af bygden,
skal længden af hovedledning og stikledning måles.
(Eget arkiv , 2015)
På billedet ovenfor ses en plantegning for fjernvarmerør. Til denne måling er der blevet målt
manualt med målebånd til hver forbruger. Denne målemetode vil give visse usikkerheder, dog var
det den bedste mulighed for at måle strækningen. Det kunne også være gjort ved at måle på det
ovenstående kort. Der er dog ikke højder på og da terrænet er meget kuperet. Da terrænet stiger
og falder flere meter, var dette ikke en mulighed. Den blå linje er en vandledning og fjernvarmrørene skal så vidt muligt følge denne rørstrækning. Den grønne linje er el-heattracing, der
SIDE 66
B12-2
Bachelor
1-06-2015
er påmonteret vandrørene. Den sorte linje er den projekterede fjernvarmestrækning, der bliver
forsynet af elværket, som kan ses i øverste venstre hjørne, benævnt B-1155. Til de forbrugere og
huse, der ligger tæt på den projekterede fjernvarmerørstrækning, men ikke får tilført en
stikledning, er fordi disse huse er ubeboet.
Fra
Til
Længde
Mp. 1
Mp. 3
287 meter (Hovedledning nr. 1)
Hovedledning nr. 1
3 meter
Hovedledning nr. 1
12 meter
B-1172 (Kirke)
Hovedledning nr. 1
9 meter
B-1095 (Tømre)
Hovedledning nr. 1
2 meter
Hovedledning nr. 1
3 meter
Hovedledning nr. 1
3 meter
B-762 (Ung klub)
Hovedledning nr. 1
15 meter
B-691 (Kommune)
Hovedledning nr. 1
3 meter
B-1076 (Hallen)
Hovedledning nr. 1
3 meter
Total
340 meter
(Eget arkiv , 2015)
Udgifterne for at lægge hovedledning nr. 1 ud samt stikledninger kommer til at koste 2.040.000
kr. ved den forudsatte meter pris på 6000 kr. Ud over denne pris har Nukissiorfiit oplyst, at de
gerne vil betale for komponenterne. Prisen for komponenter er på 15000 kr. som er et beløb
estimeret ud fra de priser, der er blevet oplyst af Marianne Begtrup (se bilag 10). I mailen er
oplyst en samlet pris på alle dele til et hus, der ikke har noget varmeanlæg installeret. Flere af de
huse der er undersøgt har allerede installeret flere af disse komponenter. De har på nuværende
tidspunkt installeret et oliefyr og derfor er der estimeret en gennemsnitpris på 15000 kr. Den
totale pris på de 25000 kr. er til et af de huse, der har installeret en såkaldt skibsovn. Skibsovnen
står centralt i huset og afgiver varme til rummet og ikke via vandfyldte radiatorer. De huse der er
målt forbruget for og har projekteret fjernvarme ud til, har alle oliefyr. Nukissiorfiit påtager sig
100 % for udgifterne (se bilag 11). Der er 9 forbruger så den samlede pris bliver 2.175.000 kr. (se
bilag 12)
SIDE 67
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Denne udgift skal Nukissiorfiit betale, og hvis projektet skal godkendes, skal det være på
baggrund af en fornuftig indtægt og en mærkbar miljøbesparelse. Disse krav er ikke fastlagt på
forhånd. Dette projekt vil blive diskuteret ved årsmødet for fremtidige projekter. Derfor skal det
undersøges, hvor meget indtægt der forventes ved dette løsningforslag, og hvor mange kg CO2
der spares.
Indtægt HL1
måned
Januar
Februar
Marts
April
Maj
Juni
Juli
August
September
Oktober
November
December
Sum kWh
indtægt/pr. år
kW
30.27
33.51
34.97
30.37
21.28
15.32
11.45
13.54
17.41
22.22
26.82
30.06
kWh pr. md.
22518.1
22516.0
26017.1
21866.9
15831.1
11031.3
8522.1
10077.2
12536.3
16530.9
19308.5
22362.5
209118.0
kr. 158,929.67
(Eget arkiv , 2015)
Som det fremgår af tabellen vil der være en årlig indtægt på cirka 159.000 kr. ved en kWh pris på
0,76 kr. Indtægten er beregnet udfra forbrugernes A x U værdi og i forhold til udetemperaturerne. kWh prisen er fastsat udfra, at kunderne stadigvæk skal beholde deres oliefyr, da
Nukissiorfiit ikke kan påtage sig forsyningssikkerheden 100 % (se bilag 10).
SIDE 68
B12-2
Bachelor
1-06-2015
16.1.2 Tilbagebetalingstid HL1
Tilbagebetalingstiden giver et godt billede af, hvornår investeringen er tjent hjem. Grafen
nedenunder viser tilbagebetalingstiden. Det er ikke sikkert, at det kan betale sig at lægge alle
meter ud, derfor vil der blive fortaget en analyse af, hvad der bedst kan betale sig. For at finde
den mest lønsomme løsning, vil økonomien vurderes ved hvert enkelt forsyningspunkt. Der hvor
grafen er lavest bliver investeringen hurtigts lønsom.
Tilbagebetalingstid
35
30
År
25
20
15
10
Hovedledning nr. 1
5
0
(Eget arkiv , 2015)
Det laveste punkt på grafen er ved kommunen, som har en tilbagebetalingstid på 12,43 år.
Grafen er lavet for at finde ud af, hvornår det bedst kan betale sig at lægge fjernvarmerør ud. Det
er meget dyrt at lægge fjernvarmerør ud til hallen. Det ligger langt væk fra det nærmeste
forsyningspunkt, så strækningen til hallen er lang og bekostelig. Sportshallen har et lille varmeforbrug i forhold til, hvad der kan afsættes. Hallen har 2 oliefyr, hvoraf den ene opvarmer selve
hallen via en ventialtionsskakt, ved hjælp af varmt luft. Den anden forsyner radiatorerne i omklædningsrummet og gangen, samt varmtvands forbruget. Oliefyret der leverer varm luft er en
lukket unit, som ikke var mulig at måle på. Det vil derfor ikke være muligt at koble fjernvarmestrengen fra elværket til, medmindre der skal foretages en udskiftning af dette fyr. Derfor er det
kun blevet undersøgt, hvad forbruget er på fyret, der leverer til radiatorerne. Hallen er et af de
SIDE 69
B12-2
Bachelor
1-06-2015
steder, der får leveret olie med tankvogn, da de har et højt forbrug af olie. Den samlede tilbagebetalingstid inklusiv hallen er 13,69 år.
16.1.3 CO2 besparelse
Den årlige reduktion af CO2 samlet set, hvis alle forbrugere antages at have samme type oliefyr.
𝑘𝑔. 𝐶𝑂2 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 𝑝𝑟. å𝑟 = 209118 𝑘𝑊ℎ ∗ 0,27
𝑘𝑔𝐶𝑂2
𝑘𝑔𝐶𝑂2
= 56462
𝑘𝑊ℎ
𝑝𝑟. å𝑟
Det vil sige, at løsningsforslag 1 kan ende ud med at spare Grønland for næsten 56,5 tons CO2 pr.
år. Denne CO2 besparelse er kun for oliefyret. Der er ikke medregnet, hvor meget el/CO2, det vil
koste at sende fjernvarmen ud til forbrugerne. Det er heller ikke medregnet, hvor meget el kølerene på motorerne skal bruge mindre til afkøling. For at sammenligne CO2 reduktionen, vil der
blive sammenlignet med en almindelig personbil i Danmark.
I 2011 var den gennemsnitlige CO2 udledning fra nyregistrerede personbiler i Danmark 126,6
g/km. (Miljøstyrelsen, 2015)
I gennemsnit regnes der med, at en gennemsnits personbil kører 15.000 km. om året. En personbil vil derfor udlede:
126,6 ∗ 10−3 ∗ 15000 = 1899
𝑘𝑔𝐶𝑂2
𝑝𝑟. å𝑟
CO2 besparelsen svarer derfor næsten til 30 personbilers CO2 udledning.
I forhold til elproduktion i Kangaamiut der har et specifik forbrug i gennemsnit på 243,9 g/kWh
for 2014 vil der være udledt 912,85 tons CO2 ved elproduktionen (se bilag 13). De 56,5 tons CO2
der bliver sparet betyder noget i forhold til denne lille bygd og dens energiforbrug.
SIDE 70
B12-2
Bachelor
1-06-2015
16.1.4 Olie besparelse
Da der tidligere er nævnt Grønlands betalingsbalance samt afhængighed af olie, laves en beregning af, hvor meget olie projektet kan ende ud med at spare Grønland for om året.
0,084
𝑘𝑊ℎ
𝜌
∗ 𝑘𝑊ℎ
=
0,084 ∗ 209118
= 214.218 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
0,82
1 liter olie koster 6,20 kr. pr. 30 april 2015 inklusiv miljøafgifter (KNI, 2015)
214.218 ∗ 6,2 = 1.328.154 𝑘𝑟.
Pengene skal altså ikke ud af landet og derfor vil Grønland stå stærkere samfundsøkonomisk.
SIDE 71
B12-2
Bachelor
1-06-2015
16.2 Løsningsforslag 2
16.2.1 Økonomi
For at finde ud af, hvor meget det koster at lægge en ekstra hovedledning af fjervarmerør ud til
den sydlige del af område 1, skal længden af hovedledning og stikledning måles.
(Eget arkiv , 2015)
Fra målepunkt 4 til 5 ligger hovedledning nr. 2, denne går under vejen, da der allerede er lavet
føringsvej til kabler. Hovedledning nr. 2 forsyner den sydlige del af forbrugerne. Hovedledning nr.
2 stopper ved museum, da en længere ledning til for eksempel butik skulle graves ned.
Kangaamiut er på en klippe ø så der skal sprænges en tunnel under vejen og laves forstærkning
således, at tunge køretøjer kan passere. Derfor er der valgt at stoppe hovedledning nr. 2 ved
museet.
SIDE 72
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Fra
Til
Længde
Mp. 1
Mp. 3
Hovedledning nr. 1
3 meter
Hovedledning nr. 1
12 meter
B-1172 (Kirke)
Hovedledning nr. 1
9 meter
B-1095 (Tømre)
Hovedledning nr. 1
2 meter
Hovedledning nr. 1
3 meter
Hovedledning nr. 1
3 meter
B-762 (Ung klub)
Hovedledning nr. 1
15 meter
B-691 (Kommune)
Hovedledning nr. 1
3 meter
B-1076 (Hallen)
Hovedledning nr. 1
3 meter
Mp. 2
Mp. 3
B-1307 (Brandstation)
Hovedledning nr. 2
5 meter
B-88 (Museum)
Hovedledning nr. 2
5 meter
Total
477 meter
(Eget arkiv , 2015)
Udgifterne for at lægge hovedledning nr. 1 og nr. 2 ud, samt stikledninger kommer til at være
2.862.000 kr. Med komponenter til de 11 forbrugere vil prisen være 3.027.000 kr. (se bilag 14)
SIDE 73
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Indtægt
Indtægt HL1+HL2
måned
Januar
Februar
Marts
April
Maj
Juni
Juli
August
September
Oktober
November
December
Sum kWh
indtægt/pr. år
kW
kWh pr. md.
40.24
29938.3
44.62
29984.6
46.60
34669.0
40.38
29074.2
28.09
20897.3
20.03
14424.3
14.81
11015.4
17.63
13117.9
22.86
16459.0
29.36
21843.5
35.58
25615.2
39.96
29728.0
276766.6
kr. 210,342.63
(Eget arkiv , 2015)
Som det fremgår af tabellen vil der være en årlig indtægt på cirka 210.000 kr. Hovedledning nr. 2
øger altså den årlige indtægt med 1/3 i forhold til løsning 1.
SIDE 74
B12-2
Bachelor
1-06-2015
16.2.2 Tilbagebetalingstid HL1+HL2
Tilbagebetalingstid
35
30
År
25
20
15
10
Hovedledning nr. 1 & nr. 2
5
0
(Eget arkiv , 2015)
Det laveste punkt er igen ved kommunen og det ses, at grafen stiger ved hallen og brandstationen. Dette skyldes, at der skal lægges mange meter fjernvarmerør ud inden det når forbrugeren. Derfor er der mange meter fra det ene forsyningspunkt til det andet. Grafen er nedadgående til sidst dette skyldes, at museet er en stor forbruger og der er ikke mange meter fra
brandstationen. Den samlede tilbagebetalingstid inklusiv brandstation og museum er 14,39 år.
16.2.3 CO2 besparelse
Den årlige reduktion af CO2 samlet set, hvis alle forbrugere medregnes, og de antages at have
samme type oliefyr. KWh er udregnet i det ovenstående indtægt afsnit for løsningforslag 2.
𝑘𝑔. 𝐶𝑂2 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 𝑝𝑟. å𝑟 = 276766,6 𝑘𝑊ℎ ∗ 0,27
𝑘𝑔𝐶𝑂2
𝑘𝑔𝐶𝑂2
= 74727
𝑘𝑊ℎ
𝑝𝑟. å𝑟
Det vil sige, at projektet kan ende ud med at spare Grønland for næsten 75 tons CO2 pr. år. Denne
CO2 besparelse er kun for oliefyret. Sammenlignet med en personbil vil denne besparelse svare til
39 biler, der kører 15.000 km. om året, med en specifik CO2 udledning på 126,6 g/km.
SIDE 75
B12-2
Bachelor
1-06-2015
I forhold til elproduktion i Kangaamiut der har en et specifik forbrug i gennemsnit på 243,9 g/kWh
for 2014 vil der være udledt 912,85 tons CO2 ved elproduktion (se bilag 13). Så de 75 tons CO2 der
bliver sparet har en større betydning i forhold til løsningsforslag 1.
16.2.4 Olie besparelse
Da der tidligere er nævnt Grønlands betalingsbalance samt afhængighed af olie laves der en beregning af, hvor meget olie projektet kan ende ud med at spare Grønland for om året.
0,084
𝑘𝑊ℎ
𝜌
∗ 𝑘𝑊ℎ
=
0,084 ∗ 276766,6
= 283.517 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
0,82
1 liter olie koster 6,20 kr. pr. 30 april 2015 inklusiv miljøafgifter (KNI, 2015)
283.517 ∗ 6,2 = 1.757.805 𝑘𝑟.
Pengene der er udregnet, skal altså ikke ud af landet og derfor vil Grønland stå stærkere samfundsøkonomisk.
SIDE 76
B12-2
Bachelor
1-06-2015
17. Konklusion
På baggrund af målingerne kan det konkluderes, at der er overskudsvarme for den gældende
dieselgenerators kølevand. Dette overskud ligger på 57 kW i august måned og 79 kW i december.
Denne varme kan udnyttes til fjernvarme til at forsyne 11 forbrugeres normale varme forbrug,
hele året rundt. Forbruget af fjernvarme er meget afhængigt af udetemperaturen og henholdsvis
interne og eksterne påvirkninger. Efter projektering af fjernvarme til de pågældende forbrugere
og tab i rør, er der stadig overskud af varme i kølevandet, som derfor skal fjernes i køleren, cirka
11,4 kW i april måned og 39,6 kW i juli.
Projektet har en positiv indvirkning i forhold til lokalsamfundet. Det vil lette de berørte forbrugeres hverdag, da de sparer tid og energi på ikke manuelt at skulle hente olie. Det vil dog blive
lidt dyrere for, hver enkelt forbruger at opvarme deres hus, baseret på de nuværende oliepriser,
samt kWh prisen for fjernvarme. Projektet har derudover en positiv effekt på miljøet i form af
mindre luftforurening. Løsningsforslagene opfylder en af Grønlands love, om at fremme den mest
samfundsøkonomiske og miljøvenlige energiforsyning. Samt at formindske afhængigheden af
olie.
Projektet er økonomisk lønsomt, som det kan ses af begge løsningsforslag, der har hver sin
tilbagebetalingstid. Mange private erhvervsvirksomheder har en relativ kort tilbagebetalingstid,
typisk 2-5 år. Løsningsforslagenes tilbagebetalingstid er langt over dette, men set fra den
offentlige energiforsyningssektor, er der andre rammer for tilbagebetalingstid. Der kan dog ikke
konkluderes om tilbagebetalingstiden er fornuftig set fra Nukissiorfiit, da det samfundsmæssige
og miljømæssige skal tages med i betragtning. Projektet forventes at komme i betragtning i
forhandlingerne år 2016 for energiprojekter, der kan realiseres i år 2017.
SIDE 77
B12-2
Bachelor
1-06-2015
18. Perspektivering
I dette projekt er der fokuseret på overskudsvarmen i kølevandet på DG3 og, hvordan den kan
udnyttes. Denne viden kan også bruges af andre bygder, som ikke har udnyttelse af overskudvarme i forvejen. Der kan også drages paralleller til andre processer med restvarme, hvor denne
kunne bruges til fjernvarme og etablering heraf.
I Rapporten er der udover analysen også foretaget miljømæssige beregninger, og betydning af
projektets omfang for Grønland og det lokale samfund. Dette inkluderer CO2 besparelser og
fremme uafhængighed af fossile brændstoffer. Derfor er der løbende i rapporten perspektiveret
til det samfundsmæssige.
SIDE 78
B12-2
Bachelor
1-06-2015
19. Litteraturliste
Begtrup, M. (april 2015). (Aron Balschmidt & Henrik Lillegård, Interviewer)
DMI. (2015). DMI.dk. Hentet fra Danmarks Meteorologiske Institut:
http://www.dmi.dk/groenland/arkiver/vejrarkiv/
Dow Chemical Company. (november 2001). dow.com. Hentet fra Dow heat transfer fluids:
http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_0040/0901b80380040bcb.pdf?fil
epath=heattrans/pdfs/noreg/180-01314.pdf&fromPage=GetDoc
Grønlands Hjemmestyre. (6. November 1997). Lovgivning. Hentet fra lovgivning.gl:
http://lovgivning.gl/lov?rid={22EC4BC8-5976-4A1B-A1B2-D609876D7498}#
Knak, C. (2004). Skibsmotorlære. Gads Forlag.
KNI. (Maj 2015). KNI.gl. Hentet fra KNI: http://www.kni.gl/da/nyheder/fra-polaroil/2015-04braendstofpriserne-falder/
Larsen, K. F. (2001). Dampkedler. Jerslev: K. F. Bogteknik Aps.
Micronics. (2009). Portaflow 220 User manual (issue 1.9 GF). Buckinghampshire.
SIDE 79
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Miljøstyrelsen. (maj 2015). mst.dk. Hentet fra mst: http://www.kni.gl/da/nyheder/frapolaroil/2015-04-braendstofpriserne-falder/
Nielsen, J. (1996). Miljø teknik. København: GEC Gads Forlag.
Nukissiorfiit. (23. februar 2015). Nukissiorfiit. Hentet fra Nukissiorfiit.gl:
https://www.nukissiorfiit.gl/?lang=da
Nukissiorfiit(Citrix). (19. maj 2015). Teknisk database.
Petersen, B. H. (2005). Komfortventilation. Lyngby: Danmarks Tekniske Universitet.
Teknologisk Institut. (13. december 2013). teknologisk.dk. Hentet fra
http://www.teknologisk.dk/graddage/hvad-er-graddage/492,3
Tønnesen, K. P. (2. marts 2015). (Aron Balschmidt & Henrik Lillegård, Interviewer)
Volvo Penta. (16. februar 2012).
SIDE 80
B12-2
Bachelor
1-06-2015
20. Bilagsoversigt
Bilag 1 – Mail vedrørende afgift på overskudsvarme
Bilag 2 – Anlægstegning + systemtegning
Bilag 3 – Beregning af 3 forbrugeres overskudvarme i forhold til varmeoverskuddet
Bilag 4 – Certifikat for ultralydsflowmåler
Bilag 5 – Kirkens varmeforbrug
Bilag 6 – Personbelastningen i procent i forhold til kirkensvarme forbrug
Bilag 7 – Mail fra DMI
Bilag 8 – Datablad for privat installeret oliefyr
Bilag 9 – Statoil Marine 50 datablad
Bilag 10 – Mail med pris oversigt for fjernvarme anlægning
Bilag 11 – Mail 100 % udgift ansvarlig
Bilag 12 – Samlet udgift løsning forslag 1
Bilag 13 – CO2 ved elproduktion
Bilag 14 – Samlet udgift løsning forslag 2
Bilag 15 – Datablad DG3 Volvo D13
Ekstra data og målinger findes på vedlagt USB pen.
SIDE 81
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 1 - Mail vedrørende afgift på overskudsvarme
SIDE 82
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 2 – Anlægstegning + systemtegning
Se USB pen
SIDE 83
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 3 – Beregning af 3 forbrugeres overskudvarme i forhold til
varmeoverskuddet
Produceret
69,56 kW
Eget forbrug inc. stilstand
2,66 kW + 2*2 kW = 6,66 kW
Restvarme
62,9 kW
Procentberegning af restvarmen ved de 3 første forbruger der samlet bruger 8,39 kW
100 −
62,9 − 8,39
∗ 100 = 13,3 %
62,9
SIDE 84
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 4 – Certifikat for ultralydsflowmåler
Se USB pen
SIDE 85
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 5 – Kirkens varmeforbrug
Udgangspunkt
Middel
Middel
AxU
Q
kWh pr.
2014
udetemperatur indetemperatur gennemsnit
varmetransmission måned
Jan
-8,1
20
0,1692
4,75
3537
Feb
-11,2
20
0,1692
5,28
3674
Mar
-12,6
20
0,1692
5,52
4104
Apr
-8,2
20
0,1692
4,77
3435
Maj
0,5
20
0,1692
3,30
2455
Jun
6,2
20
0,1692
2,33
1681
Jul
9,9
20
0,1692
1,71
1271
Aug
7,9
20
0,1692
2,05
1523
Sep
4,2
20
0,1692
2,67
1925
Okt
-0,4
20
0,1692
3,45
2568
Nov
-4,8
20
0,1692
4,20
3021
Dec
-7,9
20
0,1692
4,72
3512
Total
-2,04
20
0,1692
3,73
2725
gennemsnit
Total sum
32708
SIDE 86
B12-2
Bachelor
ude Middel inde AxU
1-06-2015
Udgangspunkt
Middel
Q
kWh
pr.
1960-1991
temperatur
temperatur
gennemsnit
varmetransmission måned
Jan
-12,8
20
0,1692
5,55
4129
Feb
-13,9
20
0,1692
5,74
3992
Mar
-14,0
20
0,1692
5,75
4280
Apr
-7,1
20
0,1692
4,59
3301
Maj
-0,2
20
0,1692
3,42
2543
Jun
3,6
20
0,1692
2,77
1998
Jul
6,3
20
0,1692
2,32
1725
Aug
6,1
20
0,1692
2,35
1750
Sep
3,2
20
0,1692
2,84
2047
Okt
-1,9
20
0,1692
3,71
2757
Nov
-5,9
20
0,1692
4,38
3155
Dec
-10,1
20
0,1692
5,09
3789
Total
-3,9
20
0,1692
4,04
2955
gennemsnit
Total sum
35466
SIDE 87
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 6 – Personbelastningen i procent i forhold til kirkensvarme
forbrug
Udregning for hvor stor en procentdel personbelastningen har i forhold til kirkens
gennemsnitlige varmeforbrug
Set over 1 døgn vil kirken brug:
24 ∗ 5,06 𝑘𝑤 = 121,4 𝑘𝑊ℎ
Personbelastningen er 3 kWh over den ene 1 time, derfor udgør den:
100 −
121,4 − 3
∗ 100 = 2,5 %
121,4
SIDE 88
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 7 – Mail fra DMI
SIDE 89
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 8 – Datablad for privat installeret oliefyr
Se USB pen
SIDE 90
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 9 – Statoil Marine 50 datablad
SIDE 91
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 10 – Mail med pris oversigt for fjernvarme anlægning
SIDE 92
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 11 – Mail 100 % udgift ansvarlig
SIDE 93
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 12 – Samlet udgift løsningsforslag 1
Udregning af udgifter for at lægge 340 meter fjernvarmerør ud:
340 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 ∗ 6000
𝑘𝑟.
= 2.040.000 𝑘𝑟.
𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟
Udregning til udgifter for komponenter 9 forbruger:
9 ∗ 15000 = 135.000 𝑘𝑟.
Samlet:
2.040.000 + 135.000 = 𝟐. 𝟏𝟕𝟓. 𝟎𝟎𝟎 𝒌𝒓.
SIDE 94
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 13 – CO2 ved elproduktion
måned og år g/kWh
kWh
forbrug kg brændstof kg CO2 (3.17 kgCO2/kgbrændsel)
Jan-14
242.65 114117
27690
87779
Feb-14
237.5 102258
24286
76987
Mar-14
236.37 113692
26873
85189
Apr-14
241.3
94900
22899
72591
May-14
251.01
80736
20266
64242
Jun-14
240.46
90177
21684
68738
Jul-14
242.67
87154
21150
67044
Aug-14
252.31
79531
20066
63611
Sep-14
237.68
87101
20702
65626
Oct-14
257.5 102775
26465
83893
Nov-14
253.33 111433
28229
89487
Dec-14
234.14 118109
27654
87663
gennemsnit
243.91
912850 kg CO2
912.8 tons CO2
alle data er taget ud fra citrix.nukissiorfiit.gl
SIDE 95
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 14 – Samlet udgift løsningsforslag 2
Udregning af udgifter for at lægge 477 meter fjernvarmerør ud:
477 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 ∗ 6000
𝑘𝑟.
= 2.862.000 𝑘𝑟.
𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟
Udregning til udgifter for komponenter 11 forbruger:
11 ∗ 15000 = 165.000 𝑘𝑟.
Samlet:
2.862.000 + 165.000 = 𝟑. 𝟎𝟐𝟕. 𝟎𝟎𝟎 𝑘𝑟.
SIDE 96
B12-2
Bachelor
1-06-2015
Bilag 15 – Datablad DG3 Volvo D13
Se USB pen
SIDE 97

Bachelor projekt

Transcription

Similar documents

Vedr.: E/F Slotsengen Daniel Tange Slotsherrensvej 203 1 2 261D

Klik her for at hente Maskinmestrenes Forenings

Læs Mere - Asgaard Games

Enermet E120L / E120Lt Fjernaflæst elmåler

Her kan du få gode tips og se en video, hvor nemt det er at montere

Undersøg Borger.dk - Unge, ældre og IT

betjeningsvejledning

Betjeningsvejledning for Kamstrup OMNIPOWER elmåler

Program Forskningsdagen 2015

SSV1 nytårsmail 2014