Development of a fossil-free heating system for chicken barns based on heat pumps and thermal storage
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3105114Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Mens det globale forbruket av fjørfekjøtt fortsetter sin oppadgående trend, rettes det uunngåeligesøkelyset mot den betydelige miljøpåvirkningen, spesielt de betydelige CO2-utslippene knyttet tilkonsum av kyllingkjøtt. For å forene den økende etterspørselen med behovet for bærekraft, foreslårdenne studien integrasjonen av fornybare og økonomisk levedyktige oppvarmings- ogkjølesystemer innen fjørfenæringen, i tråd med Den europeiske unions forpliktelse tilkarbonreduksjon og rimelig energi.
For øyeblikket brukes pelletskjeler til å opprettholde temperaturen inne på gården.Energiforbruket ble logget for å registrere energiforbruket på fjørfegårder. Den resulterendeusikkerhetsanalysen av energiforbruket viste en lav feilmargin, estimert til 0,41 %.Studien gikk deretter inn på en vurdering av alternative oppvarmings- og kjølesystemer, med fokuspå ytelsen til en 120 kW CO2-varmepumpe. Blant de ulike konfigurasjonene som ble simulert, vistesystemet med en Flash Gas Bypass Valve (FGBV) og parallelle fordampere den mest imponerendeytelsen, med en effektfaktor (COP) som varierte mellom 4 – 4,6 som svar på ulike belastninger.Sammenlignet med det oppsettet som brukte byvann som kilde, hadde dette oppsettet en stabil COPpå 3,6 i likevekt.
For å vurdere systemets effektivitet ble tørketiden for en 2 cm vannfilm på en 2000 m2betongoverflate beregnet. Når luft med en temperatur på 50 ℃ ble jevnt fordelt med en luftfart på1 m/s, var tørketiden 23 timer. Bemerkelsesverdig førte sakte og jevn luftstrøm til mer effektivtørking enn høye luftstrømningshastigheter, noe som indikerer betydelig potensial forenergisparing. Prosessen førte til høy relativ luftfuktighet ved utløpet på grunn av fuktighet somble absorbert fra betongoverflaten.
Årlig energiproduksjon ble beregnet for nye og gamle fjørfegårder til henholdsvis 145,1 MWh og73,1 MWh. Den nye gården viste en topp månedlig energiproduksjon på over 20 MWh i mai, juniog juli, mens desember registrerte den laveste produksjonen.
Denne forskningen understreker det transformative potensialet til fossilfrie oppvarmings- ogkjølesystemer. Ved å forene miljøansvar med forbedret produktivitet og økonomisk bærekraft, kandisse nye systemene innlede en ny æra innen bærekraftig fjørfeproduksjon. As global poultry meat consumption continues its upward trajectory, it casts an inevitable spotlight on its sizable environmental footprint, particularly the considerable CO2 emissions associated with broiler consumption. To reconcile the growing demand with the need for sustainability, this study proposes the integration of renewable, economically viable heating and cooling systems within the poultry industry, consistent with the European Union’s commitment to carbon reduction and energy affordability.
At present, pellets boilers are used to maintain the temperature inside the farm. Energy consumption was conducted to log energy consumption in poultry farms. The resulting uncertainty analysis of energy consumption data demonstrated a low error margin, estimated at 0.41%.
The study then delved into an evaluation of alternative heating and cooling systems, focusing on the performance of a 120 kW CO2 heat pump. Among the diverse configurations simulated, the system featuring a Flash Gas Bypass Valve (FGBV) and parallel evaporators delivered the most impressive Coefficient of Performance (COP), fluctuating between 4 to 4.6 in response to various source loads. In contrast, the setup utilizing the city water as a source manifested a steady state COP of 3.6.
To assess system efficiency, the calculated drying time for a 2 cm water film on a 2000 square meter concretesurface. When 50 ℃ air was uniformly distributed at an air velocity of 1 m/s is 23 hrs. Notably, slow, and steady airflow led to more effective drying than high flow rates, indicating significant potential for energy savings. The process resulted in high relative humidity at the exit, due to moisture absorption from the concrete surface.
Annual energy production was calculated for new and old poultry farms at 145.1 MWh and 73.1 MWh. The new farm exhibited peak monthly energy production exceeding 20 MWh during May, June, and July, with December registering the minimum output.
This research underscores the transformative potential of fossil-free heating and cooling systems. By fusing environmental stewardship with improved productivity and economic viability, these novel systems could herald a new era in sustainable poultry production.