Økt Energieffektivitet i Industrianlegg

Abstract

Bakgrunn: Energieffektivitet er et av de viktigste virkemidlene for å redusere fremtidens primære energiforbruk og vårt fotavtrykk.. Den industriell sektoren bruker store mengder energi og økt energieffektivitet i disse typer anlegg har vist seg å være både lønnsom og gi ekstra produktetsgevinster.

Dette arbeidet utreder flere mulige energieffektiviseringstiltak som kan gjennomføres ved NORBIT sitt produksjonsanlegg på Røros for å redusere primær energiforbruk. Arbeidet fokuserer på analyse av mulig spillvarmekilder, forbedringer til HVAC systemet og muligheter for å integrere energisystemene.

Metode: Første del av arbeidet sammenfatter informasjon samlet fra teknisk dokumentasjon og befaringer på anlegget. En kort oversikt over anleggets energisystemer blir gitt i tillegg til en analyse av potensielle spillvarmekilder. Basert på denne informasjonen gjøres et overslag over nåværende energibudsjett som senere kan sammenlignes med simuleringsresultater.

Andre del av arbeidet analyserer måledata fra anleggets ventilasjonssystem for å bedre forstå dets operasjon, finne feil og identifisere mulige forbedringsområder. Temperaturer, luftfuktighet, gjenvinningsgrad og luftmengde undersøkes spesielt.

Den tredje og mest omfattende delen utforsker mulig forbedringer til det nåværende anlegget og potensielle systemdesign og konfigurasjoner for den nye hallen. Dette gjøres ved å utvikle et simuleringsverktøy som tar hensyn til den termiske bygningskroppen, oppvarming- og kjølesystemer og luftfukting .

Resultater: Simuleringsverktøyet har på en tilfredsstillende måte tillat en detaljert analyse av de potensielle effektiviseringstiltakene, hvor både fordeler og ulemper ved de ulike tiltakene kommer frem av analysen. Validering gjort med måledata fra anlegget viser at modellen er nøyaktig når det gjelder oppvarming i ventilasjonssystemet, men ingen data for kjølemodus har vært tilgjengelig for validering.

En kombinasjon av en moderne bygningskropp, høy gjenvinningsgrad i ventilasjonsenhetene og høye interne bidrag vil redusere behovet for oppvarming i den nye montasjehallen. Det meste av oppvarmingsbehovet skapes av tåkespray Luftfukterene. Det er lønnsomt å installere et integrert energisystem med en bergvarmepumpe for å tilfredsstille varme- og kjølebehov. Dette energisystemet vil hindre investeringer i nye isvannsmaskiner ved å bruke frikjøling og økt varmekapasitet vil gjøre det mulig å øke termisk komfort i den nye hallen.

Å oppgradere gjenvinningsenheter, forvarmere og ventilasjonsvifter anses ble bestemt til å være gode investeringer. En ny omluftskrets til dagens montasjehall ses også på som en kostnadseffektiv måte å spare energi på. Reduksjon av luftmengde kan også potensielt gi store besparelser.

Installasjon av tåkespray luftfuktere er ikke en kostnadseffektiv løsning, men kan vurderes dersom andre faktorer slik som økt driftssikkerhet veier opp for ekstra kostnader. Utvidelse av spillvarmekretsen er ikke lønnsom dersom andre nødvendige tiltak blir gjennomført først. Denne spillvarmen bør i stede brukes som grunnlast i et vannbårent integrert energisystem.

Context: Energy efficiency is one of the most important steps towards reducing future primary energy demand and our environmental footprint. The industrial sector consumes large amounts of energy and increasing energy efficiency in these types of facilities have proven to be both profitable and give increased productivity.

This work will examine several possible energy efficiency measures that can be applied to a NORBIT EMS production facility located at Røros to reduce primary energy consumption. The focus of this work is the analysis of potential waste heat sources, improvements to the HVAC system and opportunities to integrate energy systems.

Method: The first part of this work synthesizes information gathered from technical documentation and site visits. A brief overview of the facility's energy system is given as well as an analysis of potential waste heat sources. Based on this information estimates of the current energy budget is given, which will later we compared with modelling results.

The second part of the work analyses measurement data from the ventilation system to understand the operation characteristics, identify flaws and identify possible improvements. Temperatures, humidity, heat recovery efficiency and ventilation flow rates are analyzed.

The last and most comprehensive part of this work explores potential improvements to the current facility and potential system designs for the new production hall. A model has been developed and used to analyze the the factory and its energy systems in different configurations and with different improvements.

Results: The simulation software has successfully allowed a detailed study of the proposed energy efficiency measures, highlighting advantages and disadvantages of different energy efficiency measures. The validation runs performed shows that it can accurately predict the ventilation system heating demand, while there was no data available for validation of cooling demand.

A combination of a modern building envelope, high efficiency heat recovery units and high internal gains will reduce heating demand in the new production hall. Most of the heating demand will be created by mist-spray humidifiers. It is likely profitable to install a ground-source heat pump used for both heating and cooling purposes. This integrated system will save investment in new liquid chillers by using free cooling and allow and the extra capacity will allow increased thermal comfort level in the new hall.

Upgrading heat recovery units, preheaters and ventilation fans are found cost-efficient. A new heat recycling circuit used for preheating in the current production hall is also judged to be cost-efficient. Reduction of air flow also has potential to reduce energy consumption. Other efficiency measures found to be interesting are lighting control, temperature control and compressed air system maintenance and optimization.

Installation mist-spray humidifiers is not a cost-efficient solution, but should be evaluated if factors such as reliability is proven to be higher compared to current systems. Expansion of the waste heat circuit is not found profitable if the other necessary improvements are suggested are made first. This waste heat should instead be used as a baseload in a future integrated energy system.