Ombyggnad av industriellt kylsystem med syfte av att minimera färskvattenanvändning: Simulering av alternativa inkopplingar av kylmaskiner
2024 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Reconstruction of industrial cooling system with the aim of minimizing freshwater usage : Simulation of alternative connections of chillers (English)
Abstract [sv]
Studien undersöker tekniska lösningar för industriella kylvattensystem för att minska beroendet av kommunalt dricksvatten och optimera kylsystemets prestanda. Problemet som studien behandlar är den otillräckliga kylkapaciteten i industrins befintliga kylvattensystem, särskilt under sommartid när utetemperaturen är hög. Den nuvarande användningen av våta kyltorn räcker inte för att kyla vattnet tillräckligt, vilket leder till ett ökat behov av att köpa in kommunalt dricksvatten. Det medför höga kostnader och kvalitetsproblem på grund otillräcklighet av internt reningsverk. Problemet är specifikt för en industri i Karlskoga som undersöks i rapporten, men liknande problematik kan finnas i andra industrier med liknande kylsystem och behov.I studien genomförs en detaljerad analys och modellering av olika kylsystem för att identifiera optimala lösningar för att täcka kylbehovet. Genom att använda beräkningsverktyget Simulink har olika scenarier simulerats och beräknat nyckeltal för kostnad, effektivitet och miljöpåverkan. Analysen jämför flera olika tekniska kylsystem för att ge industrin stöd i beslutsfattandet gällande investeringar i mer resurs- och kostnadseffektiva kylsystem. Systemens effektivitet bedöms utifrån deras prestanda under varierande kylbehov, tillgång till spillvärme och temperatursvängningar. Utvärderingen omfattar kvantifierbara nyckeltal såsom totalkostnad, minskad vattenförbrukning och olika effektivitetsmått.Resultaten av studien presenteras genom kvantifierbara nyckeltal i olika kategorier: livscykelkostnad (inklusive drift- och investeringskostnader), minskning av färskvattenanvändning under drift, generering av växthusgaser under drift, andel av kylbehovet som kan täckas av respektive system och energieffektivitet för respektive system.Efter en analys av de olika alternativen, rekommenderas systemet med en absorptionskylmaskin med storlek på 352 kW i kombination med ett mindre utjämningslager på 5 m³. Systemet har en total kostnad på 6,6 miljoner SEK, vilket är billigare än fortsatt drift med det befintliga systemet. Systemet har också potential att arbeta mer pålitligt tack vare högre drivtemperaturer och lyckas samtidigt minska vattenförbrukningen effektivt.Den övergripande slutsatsen är att den befintliga industrin kan förbättra sin kylkapacitet och minska kostnaderna genom att optimera kylvattensystemet. Studien rekommenderar specifika förändringar och förbättringar baserat på de analyserade nyckeltalen för att uppnå en mer kostnadseffektiv och miljövänlig drift. Resultaten är specifika för den aktuella industrin och dess kylbehov och förutsättningar, men modellen och metoden som används kan appliceras på liknande fall i andra industrier för att få fram relevanta nyckeltal och optimala lösningar för deras specifika behov.
Abstract [en]
This study investigates technical solutions for industrial cooling water systems to reduce reliance on municipal drinking water and optimize their performance. The problem addressed is the insufficient cooling capacity of the industry's existing cooling water systems, particularly during summer when outdoor temperatures are high. The current use of wet cooling towers fails to adequately cool the water, leading to an increased need to purchase municipal drinking water. This results in high costs and quality issues due to the inadequacy of internal purification facilities. Although the problem is specific to a particular industry examined in the report, similar issues may exist in other industries with comparable cooling systems and needs.A detailed analysis and modeling of various cooling systems have been conducted to identify optimal solutions that can meet the cooling requirements. Using the simulation tool Simulink, various scenarios were simulated, and key metrics for cost, efficiency, and environmental impact were calculated. The analysis compared several different technical cooling systems to support the industry in making decisions regarding investments in more resource- and cost-effective cooling systems. System effectiveness is assessed based on performance under varying cooling requirements, access to waste heat, and temperature fluctuations. The evaluation includes quantifiable metrics such as total cost, reduced water consumption, and various efficiency measures.Results are presented through quantifiable metrics in different categories: life cycle cost (including investment costs and operating expenses), reduction in freshwater use during operation, generation of greenhouse gases during operation, proportion of cooling needs covered by each system, energy efficiency, and COP (Coefficient of Performance) for each system.After analyzing the various options, the system with an absorption chiller with a capacity of 352 kW in combination with a smaller buffer tank of 5 m³ is recommended. This system has a total cost of 6.6 million SEK, making it cheaper than continued operation with the existing system. It also has the potential to operate more reliably due to higher operating temperatures while effectively reducing water consumption.Overall, the existing industry can improve its cooling capacity and reduce costs by optimizing the cooling water system. Specific changes and improvements based on the analyzed metrics are recommended to achieve more cost-effective and environmentally friendly operation. Although the results are specific to the current industry and its cooling needs and conditions, the model and method used can be applied to similar cases in other industries to derive relevant metrics and optimal solutions for their specific needs.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 45
Keywords [en]
absorption, heat recovery, chiller, cooling system
Keywords [sv]
absorption, värmeåtervinning, kylmaskin, kylsystem
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-101060OAI: oai:DiVA.org:kau-101060DiVA, id: diva2:1882658
External cooperation
Afry Karlstad
Subject / course
Environmental and Energy Systems
Educational program
Engineering: Energy and Environmental Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
2024-09-252024-07-062024-09-25Bibliographically approved