Er denne pladevarmeveksler for lille, og hvor meget kan vi få ud af den?

[KennethRyberg]

Hej kloge folk!

Jeg er p.t i bachelorpraktik som maskinmester og skriver mit afsluttende projekt på et større dansk akvarium. Jeg arbejder med energioptimering på kølecentralen, og i den forbindelse kigger jeg på et evt. retrofit af centralen, hvor returledningen fra samtlige forbrugere vil blive omkoblet, således at vandet løber igennem en frikølerveksler, førend det når kølemaskinerne.

Ideen er at vi i de kolde vintermåneder forhåbentligt kan køle returvandet ned under start-setpunktet for kølemaskinerne, således at vi sparer driftstid på dem!

Mit problem ligger i at se fidusen på selve beregningerne på varmeveksleren.

Følgende er en kort skitse, og her er data skrevet igen;

http://imageshack.com/a/img706/8716/zwr1.jpg

t.hav.ind = 0-5 grader (Et skøn at frikøling kan udnyttes her)
t.hav.ud = ligegyldig
t.procesvand.ind = ( Denne linie er altid minimum 8 grader)
t.procesvand.ud = ( Ønsket under 8 grader - (Ved 7 grader + starter maskinerne)

v.procesvand = 115.000 l/h
v.hav = 50.000 l/h

Jeg vil selvfølgelig ikke have jer til at lave arbejdet for mig, men jeg må nok erkende at jeg med min baggrund og min status som studerende, er lidt på dybt vand her.

Jeg ønsker at regne mig frem til hvor høj en havtemperatur der kan give en ønsket t.proces.u på under 8 grader.

Jeg ønsker at finde frem til hvad den maksimale temperatur i t.proces.i kan være ved en given havtemperatur for at få den ønskede t.proces.u på under 8 grader.
Jeg ønsker at finde frem til om denne varmeveksler skal udvides. Den er udlagt til 420 kW ved 15-21 grader på varmtvandssiden og 12-18 grader på koldvandssiden.
Jeg håber i kan hjælpe mig med at finde en rød tråd. Skal der eksempelvis bruges andre data ud over specifik varmekapacitet?

På forhånd MANGE tak for jeres tid og jeres hjælp. !

[Eduardus]

Hej Kenneth,

Hvis du har en varmeveksler på 420 kW, så kan du maksimalt flytte 420 kW energi per sekund fra processiden til havsiden. Nu er P = mf * Cp * delta_T, hvor P er varmeenerggiflow (=420 kW = 420.000 J/s), mf = masseflow (kg/s), Cp = specifik varmekapacitet (J/(kg*°C) og delta_T er temperaturfoskellen, i det her tilfalde: t.hav.ud - t.hav.ind. Hvis vi nu regne i runde tal: massefylde=1 kg/L og Cp=4.200 J/(kg*°C), så bliver på havsiden:

delta_T = t.hav.ud - t.hav.ind
mf = 50.000 * 1 /3600 = 13.8 kg/s
delta_T = P/(mf * Cp) = 420.000/(13,9 kg/s * 4.200) = 7,2 °C temperatursforskel

På den samme måde kan man regne ud på processiden:

delta_T = t.processvand.ind - t.processvand.ud
mf = 115.000 * 1 /3600 = 31.9 kg/s   
delta_T = P/(mf * Cp) = 420.000/(31.9 kg/s * 4.200) = 3,1 °C temperatursforskel

Dvs at du kan sænke temperaturen på processiden med maksimalt 3,1 °C i denne konfiguration.
Der er en begrænsning mere: t.hav.ud er ikke ligegyldig, fordi den kan ikke blive højere end t.processvand.ind.
Hvis varmevekslerens kapacitet ikke er stor nok for dit brug, kan du tilføje nogle plader. Pladerene er specificeret i kW, så det kan man bare lægge oveni P og regne det ud igen.
Hvis det er en mulighed, ville det være meget nemmere at øge delta_T ved at nedsætte mf. Hvis du halverer flowet på procesiden, fordobler du temperaturforskillen på samme side. Du skal stadigvæk holde øje med forskellen mellem t.hav.ud og t.processvand.ind i dine beregninger.

Jeg håber det hjælper, god fornøjelse med det ;-)

Med venlig hilsen,

Eduardus Bervoets
www.metrotech.dk