Quantification and utilization of low temperature waste heat : A case study of an engineering industry

Energianvändningen i världen ökar vilket medför en ökad belastning på miljön. Många industrier har idag ett överskott av värme som vid ett ökat nyttjande skulle kunna reducera andelen primärenergi och således belastningen på miljön samtidigt som ekonomiska besparingar kan erhållas. DIBO Produktionspartner AB är en verkstadsindustri i Katrineholm som bearbetar metall‐ och plastkomponenter i CNC‐maskiner. Maskinparken består av 14 CNC‐maskiner och en kompressor som förser maskinerna med tryckluft. Ventilationssystemet består av två delar, ett till‐ och frånluftssystem kopplat till verkstaden samt ett FTX‐system kopplat till den intilliggande kontorsbyggnaden. Företaget har idag ett värmeöverskott på grund av aktiviteten från de olika CNC‐ maskinerna och tryckluftskompressorn vilket medför höga temperaturer i verkstaden. I dagsläget öppnas en ytterport för att ventilera ut värmeöverskottet så att en lägre temperatur erhålls. Arbetet syftade till att kvantifiera mängden överskottsvärme tillgänglig i verkstaden för att därefter undersöka möjliga externa och interna användningsområden. Värmeöverskottet uppskattades genom att ställa upp en energibalans för verkstaden där tillskott och förluster av värmeenergi jämfördes. Både tillskotten och förlusterna av värmeenergin beräknades genom inventering av verkstadslokalerna, mätningar av el, temperatur och ventilation samt genom simuleringar av verkstadens inomhusklimat. Värmeöverskott i verkstaden förekommer under årets alla månader, även om det är starkt beroende av utomhustemperaturen och aktiviteten i verkstaden, och uppgår årligen till 137 MWh. Beträffande externa användningsområden studerades faktorer som påverkar ett spillvärmesamarbete, den teknik som skulle behövas för att leverera värme externt och möjligheten för DIBO att leverera värme till Katrineholms fjärrvärmenät. Det finns många faktorer som man bör ha i åtanke vid ett samarbete varav några är förtroendet mellan de båda parterna, investeringsuppdelning samt värdering av spillvärmen. För externa värmeleveranser varierar den utrustning som krävs beroende på de aktuella förhållandena, men generellt gäller att anslutningspunkter, en anslutningsledning och i en del fall en cirkulationspump samt en värmepump för uppgradering av värmen behövs. Som ett resultat av att tryckluftskompressorns effekt är förhållandevis låg och värmen luftburen har en värmepump av lämplig storlek ej hittats. Efter kontakt med Tekniska verken i Katrineholm framgick även att energimängden som skulle kunna levereras är för liten för att ett samarbete ska vara av intresse vilket medför att en leverans till fjärrvärmenätet inte är aktuellt i dagsläget. De interna åtgärderna som studerats finns listade i Tabell 1 där även besparingspotential och återbetalningstid framgår. The Energy use is increasing throughout the world, which causes an increased load on the environment. Today, a lot of industries have unused waste heat, which by extended use would reduce the amount of primary energy sources and thus the environmental load together with economical savings that would apply for the industry. DIBO Produktionspartner AB is a manufacturing industry that processes metal‐ and plastic components in CNC‐machines. The machinery consists of 14 CNC‐machines and one compressor that provide the machines with compressed air. The ventilation system consists of two systems, one supply and exhaust air system for the workshop and one heat exchange system for the adjacent office building. Due to activity from the machines and compressor, the company has excess heat which causes high temperatures in the workshop. Today, a gate is opened in order to vent the excess heat and lower the temperature. This project’s aim was to quantify the amount of excess heat available in the workshop and afterwards investigate possible internal and external uses. The excess heat was estimated by setting up an energy balance for the workshop where heat energy contributions and losses were compared. Both the contributions and losses of heat energy were calculated by a workshop inventory, electricity, temperature and ventilation measurements and through simulations of the workshop’s indoor climate. Results show that excess heat occurs in the workshop every month of the year, largely dependent on the outdoor temperature and activity level in the workshop, and amounts to 137 MWh yearly. Regarding the external uses, factors that affect waste heat cooperation, technology to deliver heat and the possibility for DIBO to deliver heat to the district heating system in Katrineholm, was evaluated. Among all the factors to keep in mind in cooperation, trust between the parties, investment division and valuation of waste heat, are some. The technology needed to deliver heat varies, but common equipment includes connecting points and lines and in some cases a circulation pump as well as a heat pump for upgrading the heat. As a result of an air compressor with relatively low power and airborne heat, a suiting heat pump has not been found. Contact with Tekniska verken in Katrineholm showed that the potential amount of heat energy deliverable to the district heating system is too small to be of interest and therefor a delivery to the district heating network is today not relevant. The internal measures are listed in Table 1 along with their potential savings and payback time.