Academic literature on the topic 'Värmeväxlare'

Det finns stora vinningar att göra inom både transport- och industrisektorn genom att effektivisera materialanvändningen i produkter. Denna vinning återfinns i både materialkostnader och energieffektivisering. Scandymet AB är ett företag som tillverkar värmeväxlare och elektriska doppvärmare för ytbehandlingsindustrin. Denna rapport syftar till att utvärdera hur väl ett kalkylark som används som underlag för dimensionering av värmeväxlare hos företaget stämmer överens med verkligheten. En testrigg har därför konstruerats för att undersöka kalkylarkets validitet gällande temperaturer under 46 grader Celsius. I rapporten redovisas resultaten av tester på fyra olika värmeväxlare och resultaten har jämförts med företagets kalkylark. Undersökningarna visar att två av dessa värmeväxlare är överdimensionerade och två värmeväxlare stämde väl överens med kalkylarket. I samtliga tester används vatten som media, men då Scandymet AB värmeväxlares huvudsakliga användningsområde är korrosiva vätskor dras slutsatsen att fler undersökningar med andra fluider skulle behövas för att ytterligare fördjupa kunskapen inom värmeväxlarnas korrekta dimensionering.
There are huge gains in both the transport and industry sectors by making material use more efficient in products. This gain is found in both material costs and energy efficiency. Scandymet AB is a company that manufactures heat exchanger and electric immersion heaters for the surface treatment industry. This report aims to evaluate how well a spreadsheet used as basis for the dimensioning of heat exchangers at the company is consistent with reality. A test rig has therefore been designed and constructed to investigate the validity of the spreadsheet. The report presents the results of tests on four different heat exchangers and the results have been compared with the company’s spreadsheet. In all tests water has been used as the media to be heated, but since Scandymet AB’s heat exchanger’s main application is corrosive liquids, therefore I consider that a deeper investigation with additional fluids would be necessary to further deepen the knowledge in the area.

Examensarbetet är utfört på uppdrag av Scandymet AB. Huvudsyftet med arbetet är att undersöka om deras kalkylprogram överdimensionerar tryckfallet vid produktionen av värmeväxlare. Scandymets värmeväxlare används ofta i tuffa industrimiljöer och har höga krav på effektivitet för uppvärmning eller nedkylning, samt att materialet är korrosionsbeständig. För att utföra denna undersökning konstruerades en flödesrigg som hanterar uppvärmning och cirkulation av varmvatten. Till flödesriggen konstruerades även en datalogger, som via en Arduino Uno samlar in information från temperatur- och tryckgivare.  Scandymet har tillverkat fyra olika modeller av värmeväxlare som undersöktes med olika hastigheter på värmebäraren. Ett Exceldokument behandlar informationen på minneskortet och beräknar det laborativa tryckfallet för varje testomgång. Det laborativa resultatet jämförs därefter med företagets kalkylark som kontroll beräknas teoretiskt i ett separat Exceldokument. Sammanställningen resulterar i att kalkylarket överdimensionerar tryckfallet med 26–53% beroende på modell av värmeväxlare och hastighet. För att utreda överdimensioneringen analyseras kalkylarket, där det visade sig att faktorerna för tryckstötmotståndet ζ och rörfriktionskoefficienten λ har antagits vara betydligt högre än vad empiriska data visar.

För att ha en chans att ändra trenden med ökande utsläpp av växthusgaser är internationella samarbeten nödvändiga. Därför har EU genom miljökvalitetsmålet Begränsad Miljöpåverkan satt krav på högsta tillåtna utsläpp av växthusgaser. Att sänka energianvändningen för upp- värmning är ett steg i att även sänka utsläpp av koldioxid, som är en av växthusgaserna. Sänkning av energianvändning kan göras på flera sätt, bl.a. genom att öka tjockleken på isoleringen eller återvinna värmen i frånluften. Men dessa åtgärder ska inte helt okritiskt göras.  Att använda roterande värmeväxlare är ett sätt att återvinna värmen i frånluften. Luften passerar då en rotor med öppna kanaler som roterar kring sin egen axel över till tilluftssidan. Detta möjliggör fuktöverföring oberoende om rotorn är hygroskopisk eller ej. Dvs. möjligheten för kanalväggen att ta upp vattenmolekyler eller inte.  Mätningar av relativ fuktighet, temperatur och daggpunkt har gjorts på tre objekt. Därefter har ånghalter och verkningsgrader beräknats. Med objekt menas småhus där roterande värmeväxlare installerats i ventilationssystemet. Objekten är belägna i Linköping, Stockholm och Norge. Ett beräkningsexempel har ställts upp som visar hur fuktverkningsgraden påverkas av olika fukttillskott. I verkligheten råder dock inte stationära förhållanden för fukttillskottet som är en förutsättning för resultaten på dessa beräkningsexempel.  I denna rapport kommer den skrivande således fram till att fuktåterföring sker även för icke hygroskopiska värmeväxlare. Även att fuktverkningsgraden svarar med en viss tröghet vid återhämtning av ett tillfälligt förhöjt fukttillskott. Fuktverkningsgraden är dock betydande för fukttillskott över ca 1-2 g/m3.
To have a chance to change the trend of increased greenhouse gases are international collaborations necessary. Therefore, the EU through the environmental quality objective of Reduced Environmental Impact sat requirements for maximum allowable emissions of greenhouse gases. Reducing energy use for heating is a step that also reduces emissions of carbon dioxide; which is one of the greenhouse gases. Reducing energy use can be done in several ways, including by increasing the thickness of the insulation or heat recovery from exhaust air. However, these measures should not be uncritically made. The use of a rotating heat exchanger is a means to recover heat from exhaust air. The air then passes a rotor with open channels that rotates around its own axis over to the supply air side. This allows moisture transfer regardless of whether or not the rotor is hygroscopic. That is, the ability of the channel wall to take up water molecules or not.  Measurements of relative humidity, temperature and dew point has been made on three objects. Thereafter steam content and efficiencies was calculated. In other words, the objects are referred to single- ore two-family homes where a rotary heat exchanger is installed in the ventilation system. The objects are located in Linköping, Stockholm and Norway. An example calculation is set up that shows how moisture efficiency is affected by different moisture addition. In reality in which the conditions is not stationary the moisture supplement that is a prerequisite for the results of these calculation examples.  In this report, the writer thus concluded that moisture reversal will occur even for non- hygroscopic heat exchangers. Although the moisture efficiency corresponds with a certain slowness in the recovery of a temporarily elevated moisture addition. Moisture efficiency is significant for moisture supplement of about 1-2 g/m3.

Stockholms vattenskärning AB in Kungsängen has through the acquisition of a company begun to design and produce aircraft heaters whose origin is early 1970s which follows a high inefficiency in terms of energy consumption and size.

The aircraft heater, which is sold worldwide, serves its purpose for customer satisfaction and has done so ever since it was developed in the 70s.

Stockholms vattenskärning AB is now investigating the possibility in making the aircraft heaters more efficient, both in terms of energy consumption but also on a more efficient design with the belief that it would lead them to an edge in the market.

 

The aircraft heater consists of several main components whose function altogether is to keep passenger aircrafts warm while they are on the ground.

This project has been limited to the further development of the heat exchanger package which accounts for the conversion of the hot medium to the fresh air being carried in to the aircraft cabin.

 

Work has been divided into different phases in order to create a better understanding of the project range and to make it easier to divide the various elements in the time available, 10 weeks. These phases are literature review, situation analysis, concept generation, CAD, concept comparison and writing reports.

After the initial literature review was made, a fundamental theory was written which is essential in understanding the remaining parts of the project.

With the theoretical part as support, measurements and calculations were made on the current heat exchange package in a situation analysis to ensure its operation and efficiency.

In the concept generation phase, the collected facts from the literature review was used as the basis for creating a matrix. The purpose of the matrix was to indicate the two most suitable types of heat exchangers to develop four new concepts out of.

In the CAD phase the four concepts was drawn up and then described with text and images.

The last phase is the concept comparison where a concept selection matrix is used to function as a decision basis for further production at Stockholms vattenskärning AB.

 

The four concepts have been developed based on the current heat exchanger and is gradually changed into a design of a cross-flow heat exchanger constructed out of stainless sections. The purpose of this is to have gradual upgrading of the heat exchanger as an option, in order not to saturate the market.

The energy in laundry rooms, in form heated air, can be utilized with a heat exchanger. A concept and an early prototype of the heat exchanger have already been developed to show that the theory works. This report describes the continued development and construction of the product. A field study was made in order to investigate the environmental usage and establish the product design. The most common washing machine was used as a calculation model, and calculations were also made to estimate the amount of energy in the air. A previous analysis of the existing prototype is also presented in this report, to show the products potential capacity. The final part of the feasibility study concerns similar products which exist on the market today. The feasibility study resulted in a compilation of the constraints and the limitations of the heat exchanger. The compilation was used as a basis for concept generation and further design. Three main concepts for the product design were defined and a final concept was chosen amongst them. When the design began it was divided into two paths of development, one as the basis for manufacturing a prototype, and another as the basis for production in larger quantities. While designing the parts, manufacturing methods and materials had to be taken into account, though these differed between the two paths. The result of the prototype development path is detail drawings of all the components and assembly drawings for an overview of how they are to be mounted. The result of the production development path consists of presentation pictures, which can be used for selling promotion or to help describe the product.
Energin i tvättstugor, i form av uppvärmd luft, kan tas tillvara med en värmeväxlare. Ett koncept och en tidig prototyp av produkten har redan tagits fram för att visa att principen fungerar. I den här rapporten presenteras hur vidareutveckling och konstruktion av produkten har gått till. Initialt gjordes en fältstudie för att få en bild av produktens användningsområde och utformning. Beräkningar gjordes för den vanligast förekommande tvättmaskinen och energimängden i luften. De tester som tidigare gjorts på den befintliga prototypen presenteras i rapporten för att ge en bild av produktens kapacitet. Den avslutande delen av förstudien avser de liknande produkter som idag finns på marknaden. Förstudien resulterade i en sammanställning av de bivillkor och begränsningar som gäller för produkten. Denna ligger i sin tur som grund vid konceptgenerering och vidare konstruktion. Tre huvudkoncept för utformning av produkten togs fram och utifrån dessa valdes ett slutgiltigt koncept. När konstruktionen påbörjades gjordes en uppdelning i två utvecklingslinjer. En som ska ligga till grund för framtagning av prototyper och en som ska vara underlag för produktion i större serie. Vid konstruktionen togs det hänsyn till materialval och tillverkningsmetoder vilka också skilde sig åt mellan de två spåren. Resultatet för utvecklingslinjen för framtagning av prototyp är detaljritningar på alla ingående komponenter och sammanställningsritningar över hur de ska monteras. För utvecklingslinjen för framtagning av underlag till serieproduktion är resultatet presentationsbilder som kan användas för att sälja och beskriva produkten.

Undersökningens syfte är att skapa en kartläggning av Södra Cells alla värmeväxlare för att sedan göra en djupare analys av ett tjugotal viktiga värmeväxlare där teoretiska beräkningar utfördes på värmegenomgångskoefficienten. Sedan valdes fyra värmeväxlare ut för att undersöka varför dessa inte fungerar optimalt. Examensarbetet har utförts i samarbete med Södra Cell i Mörrum som tillverkar pappersmassa och textilmassa. Detta har genomförts genom teoretiska beräkningar och analyser. Alla data som har samlats in har sammanställts och analyserats för att hitta orsakerna till att värmeväxlarna inte fungerar optimalt.

Försmutsning av plattvärmeväxlare i fjärrvärmecentraler minskar avkylningen av det cirkulerande vattnet i fjärrvärmenätet. Detta ökar behovet av värmeproduktion i fjärrvärmeverket vilket medför ökade utsläpp av växthusgaser. Mängden försmutsning beror på vattnets kvalitet och material i systemet. I denna studie undersöks prestandaförändring av värmeväxlare i fjärrvärmecentraler för småhus före och efter rengöring samt för en ny värmeväxlare. Prestandan mäts i laboratorium genom att mäta temperaturer på in- och utlopp på värmeväxlaren vid bestämda flöden. Utvärderingen inkluderar prestandaförändring för UA-värdet, Temperaturverkningsgrad, Effektivitet NTU och möjlig påverkan på växthusgasutsläpp från Borlänge Energis fjärrvärmesystem. En osäkerhetsanalys genomfördes för att bestämma de teoretiska osäkerheterna.Resultaten från studien visar att rengöring av småhusvärmeväxlare med CIP-metoden har en viss effekt på både tappvattenvärmeväxlaren och värmeväxlaren. För värmeväxlaren är förändringen liten där ökningen på UA-värdet ligger mellan 10–202 W/˚C jämfört med tappvattenvärmeväxlaren där det ligger mellan 205–870 W/˚C. Störst effekt har rengöringen på tappvattenvärmeväxlaren vid högre flöde. Värmeöverföringen är likvärdig för en ny värmeväxlare och den rengjorda.En sänkt returtemperatur från fjärrvärmecentraler leder till en förbättrad verkningsgrad på fjärrvärmeverket som bidrar till en minskning av mängden växthusgasutsläpp. Enligt de resultat och beräkningar utförda i studien kan genom rengöring returtemperaturen minskas med 2,3 ˚C ±0,4 % från fjärrvärmecentralerna i småhus till Borlänge Energis fjärrvärmenät.Rengöring av tappvattenvärmeväxlare kan vara ett alternativ till att byta ut mot en ny för småhusägaren, med förutsättning att priset för rengöring är lägre än att köpa en ny och att fjärrvärmesystemet har flödesavgift. Detta gäller dock inte värmeväxlaren för värme där skillnaden i värmeöverföring mellan en smutsig och ny eller rengjord är marginell.
Fouling of plate heat exchangers in district heating substations reduces the cooling of circulating water in the district heating network. This increases energy production at the district heating plant, which results in increased greenhouse gas emissions. The amount of fouling depends on the quality of the water and material in the system. This study evaluates the performance change of heat exchangers in district heating substations for residential housing before and after cleaning, and new heat exchangers. Performance is measured in the laboratory by measuring temperatures before and after cleaning at specified flows. The evaluation includes performance change of UA-value, Temperature efficiency, Effectiveness NTU and possible impact on greenhouse gas emissions from Borlänge Energi's district heating system.The results of the study show that cleaning of residential heat exchangers with the CIP method has a certain effect on both the tap water heat exchanger and the heat exchanger. For the heat exchanger, the improvement in performance is small where the UA-value increases between 10-202 W/˚C compared to the tap water heat exchanger where it is between 205-870 W/˚C. The highest effect is the cleaning on the tap water heat exchanger at higher flow. The heat transfer is equivalent for a new heat exchanger and the cleaned one.Reduced return temperature from the district heating network leads to an improved efficiency at the district heating plant, which contributes to a reduction in the amount of greenhouse gas emissions. According to the results and calculations performed in the study, by cleaning the return temperature can be reduced by 2,3 ˚C ± 0.4% from the district heating substations in residential houses to Borlänge Energy's district heating network.Cleaning of tap water heat exchangers can be an alternative to switching to a new one for the homeowner, provided that the price for cleaning is lower than buying a new one and that the district heating system has flow rate tariff. However, this does not apply to the heat exchanger where the difference in heat transfer between one with fouling and a new or cleaned is marginal.

In the spring of 2014 Sweco Systems AB were commissioned to design a ventilation system for a newly built preschool in Linköping. Terms from the client was that it cost efficiency would cope with the energy demands that are placed on the building. The unit chosen was a cross-flow heat exchanger, and this work is to compare it with two other heat exchangers to see if a more energy and cost efficient could have been chosen. The heat exchangers that was chosen for the comparison was a rotating- and a counterflow heat exchanger. Simulations have been made to the different heat exchangers by the manufacturers. The values from the simulations are then used to make calculations of the heat exchangers use of energy in Joulin. Even a comparison of temperature efficiencies have been made to see how well the heat recycler is working. To get an economic aspect, the calculation of LCC have been made. This work was in addition to the comparison even to find out about the values that came from the simulations to the original unit consists. It turned out that the temperature efficiency shown in these simulations was calculated at a different temperature than the other heat exchangers so it showed a higher percentage than if it had been shown for the same temperature as the other units showed in their simulation. Thus, a calculation of the temperature efficiency for the same temperature in order to make a fair comparison. After studying the different values it was concluded that a rotating heat exchanger should have been chosen instead of the original cross-flow heat exchanger.

För att tillgodose den studerande KTH byggnadens framtida krav kommer det befintliga ventilationssystemet att bytas ut. Två olika möjliga värmeåtervinningssystem har jämförts ur fjärrvärmebehovssynpunkt. Det befintliga systemet med vattenburen batterivärmeväxlare har en låg värmeåtervinningsgrad och Akademiska Hus önskar system med högre värmeåtervinning. I byggnaden har roterande värmeväxlare och frånluftsvärmepump för uppvärmning av tilluften jämförts. Då värmeåtervinning från dessa system inte är tillräckligt kommer fjärrvärme att används. I beräkningarna jämförs fem roterande värmeväxlare mot varierande antal frånluftsvärmepumpen. Genom detta fås varierande resultat och fjärrvärmebehovet ökar/minskar ju färre/fler värmepumpar som tas med i beräkningarna. Frånluftsvärmepumparna antas både vara konstanta och ”nedtrappande”. Vid de konstanta antal frånluftsvärmepumparna visar resultaten att, vid maximal personbelastning, är fjärrvärmebehovet för fem roterande värmeväxlare lägre än vid användning av fem (eller färre) frånluftsvärmepumpar. Vid sannolik personbelastning är fjärrvärmebehovet för fem roterande värmeväxlare lägre än vid användning av två (eller färre) frånluftsvärmepumpar. Vid de ”nedtrappande” antalen frånluftsvärmepumpar är fjärrvärmebehovet med roterande värmeväxlare lägre både vid maximal och också sannolik personnärvaro. Vid val av system har aggregat för fastighets- och lokalbyggnader jämförts då flödena är höga. I slutssats kan val av tillverkare för respektive system påverka fjärrvärmebehovet.
To meet the renovated KTH building’s future requirements, the existing ventilation system will be replaced. Two different possible heat recovery systems have been compared in regards of district heating. The existing system of water coil heat exchanger has low heat recovery efficiency and Akademiska Hus wishes for a system with higher heat recovery. A rotating heat exchanger and exhaust air heat pump have been compared in regards of heating the supply air. At times when heat recoveries from these systems are not sufficient, the district heating will be in use. In the calculations five rotating heat exchangers and varying number of exhaust air heat pumps have been compared. Through this varying results will occur and the district heating demand will increase/decrease the fewer/more pumps that are taken into account. The exhaust air heat pumps are assumed to be both constant and down going. At the constant use of exhaust air heat pumps the results show that (when in maximum occupancy) the district heating demand with five rotating heat exchangers is lower than when using the five (or fewer) exhaust air heat pumps. During probable occupancy the district heating demand with five rotating heat exchangers is lower than when using two (or fewer) exhaust air heat pumps. The district heating demand is lower when using rotating heat exchangers than the “down going” numbers of exhaust air heat pumps. Only office- and apartment building acquired heating systems have been compared due to the high air flows. The selection of manufacturer of these systems may affect the district heating demand.