Energy Saving Solutions on Cooling and Ventilation Systems at CERN under the aspect of heat recovery

Abstract

M ̊alet med denne rapporten er ̊a kartlegge de eksisterende systemene ved CERN campus og ̊a foresl ̊a alternative, mer energieffektive løsninger. Det vil spesifikt fokuseres p ̊a ̊a undersøke eksisterende kjøle- og ventilasjonssystemer i et typisk kontornettverk. Gjennom denne studien vil oppgraderingsalterna- tiver foresl ̊as, primært med tanke p ̊a ̊a bytte av arbeidsmedium samt identifisering av kompatible løsninger for gjenvinning av spillvarme.

For ̊a oppn ̊a dette m ̊alet, anses en litteraturstudie som viktig for ̊a gi en dyptg ̊aende innsikt i de mange komponentene i og de ulike typene av dagens varme- og kjølesystemer. I tillegg er en grundig analyse av fem arbeidsmedier presentert. Her sammenlignes termofysiske egenskaper, driftskostnader og bærekraftsindikatorer.

Videre følger en beskrivelse av dette prosjektets hovedstudie og metodikken som er brukt for ̊a løse oppgaven p ̊a en optimal m ̊ate. Systemet er modellert ved hjelp av Modelica-syntaks og simulert ved hjelp av programvaren Dymola® basert p ̊a data samlet inn fra det installerte nettverket. Simuleringen inneholder to forskjellige scenarier. I det første scenarioet er arbeidsmediet som brukes i dag, R134a, er benyttet. Mens i det andre scenariet er dagens arbeidsmedium erstattet med CO2. Begge scenariene er undersøkt med b ̊ade konstante og dynamiske laster.

Resultatene av de to modellene undersøkes og sammenlignes. Deretter gis det anbefalinger for yt- terligere forbedringer av systemet.

The aim of this report is to map the already existing systems at the CERN campus and propose alternative, more energy efficient solutions. The investigation will be focused specifically on the examination of the existing cooling and ventilation systems in a typical office network. Through this research, upgrade options will be put forth, primarily in the context of changing their working fluid and identifying compatible solutions for waste heat recovery.

In order for this objective to be fulfilled, a literature review is deemed important to give in-depth research into the many components and the variable types of the present heating and cooling systems. In addition, a thorough analysis of five working fluids is provided, along with a comparison of their thermophysical characteristics, operational costs, and sustainability indicators.

The work follows with the description of the main study case of this project and the methodology used to address the task in an optimal way. The system is modelled using Modelica syntax and simulated using Dymola® software solvers based on data gathered from the currently installed network. The simulation features two distinct scenarios utilizing the currently used R134a refrigerant and its CO2 replacement. Each case is looked into with both constant and dynamic loads.

The outcomes of the two models are contrasted and examined, and then recommendations are made for further system improvements.