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Messung von Kälteleistung und -energie: Vortrag von Dipl.-Ing. Jens Lücke, perpendo GmbH für Energietechnik und Verfahrenstechnik, beim 4. Fachkongress "Kältetechnologien - Quo vadis?"
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Messung von Kälteleistung und -energie
Messtechnik und Energiecontrolling
4. Fachkongress „Kältetechnik – Quo vadis“, Berlin 2012
Jens Lücke perpendo GmbH AachenJens Lücke, perpendo GmbH AachenDorle Beilharz, Rainer Schnellenpfeil, EFT GbR Duisburg
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbHAm Viadukt 3 ▪ 52066 Aachen
Tel. 0241/412 500 08 ▪ Fax 0241/412 500 19e 0 / 500 08 a 0 / 500 9j.luecke@perpendo.de ▪ www.perpendo.de
Messung von Kälteleistung und -energie
1. Das PraxisbeispielDie Energie Food-Town GbR
6. Zusammenfassung
2. Motivation5 A dWarum Energie messen? 5. AnwendungDas Energie-controllingsystem
3. KältemengenmessungTheorie und Praxis
4. MesstechnikErfassung des Massenstroms
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 2
1. Praxisbeispiel: Die Energie Food-Town GbR
SteckbriefEnergie- und Medienversorgung der Food Town RheinhausenEnergie und Medienversorgung der Food Town Rheinhausen Versorgung von drei Unternehmen der LebensmittelindustrieGründung 1987 als gemeinsame Energiezentrale der drei UnternehmenS i d i h E i klSeitdem typische Entwicklung: Kapazitätserweiterungen, Umbauten, Änderung der Anforderungen
AufgabenZentraler EnergieeinkaufBereitstellung von insgesamt 13 verschiedenen Medien an 59 ÜbergabepunktenAbrechnungWartung und Instandhaltung von Kundenanlagen
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 3
1. Praxisbeispiel: Anlagenstruktur der Energie Food-Town
NutzungMaschinen-
Kondensatoren• Großkälteanlage (NH3):• HD-Stufe (-10 °C):
5 °C
55 °C
Maschinenabwärme
Nutzung
HD Stufe ( 10 C):5 Schraubenverd. 4,5 MWth gesamt
• ND-Stufe (-40 °C):5 Schraubenverd 5 °C
35 °C
Kondensat-abwärmeEco
VerdichterHD
5 Schraubenverd. 1,4 MWth gesamt
• Kondensat-WRG(35 °C) 2,8 MWth
-10 °CAbscheider
• Maschinen-WRG(55 °C) 0,8 MWth
• Kesselanlage, weitere WRG S t
Verdampfer Nomalkühlung(überflutet)
-3 °CSolekälteVerdichter
ND
WRG-Systeme• Drucklufterzeugung• Zus. Kälteerz. Kunden
(überflutet)
-35 °CAbscheider
• Niederspannungs-versorgung
• ErdgasversorgungVerdampfer Tiefkühlung(üb fl t t)
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 4
(überflutet)
2. Motivation: Ziele von Energiemessung & -controlling
ÜberwachungAb V b hAbnorme Verbrauchs-situationen feststellenZählerüberwachung
EffizienzanalyseZusammenhänge aufdeckenEffizienz sichern
KundeninformationVerbrauchswerte undVerbrauchswerte und Kennzahlen bereitstellen
AbrechnungAbrechnung Energiekosten
BilanzierungA f andsberechn ngAufwandsberechnung
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3. Kältemengenmessung: Prinzip
Druckgas KondensatA B
m& m& A
B
Sauggas 2-Phasengemisch DC D
Sauggas g(entspannt)
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3. Kältemengenmessung: Umsetzung in der Praxis
B AB
Am&
A
B
Cm& C
F
D
m&
m&
D
FG
m&m&m
E
FE
&
m&F
G Betrieb ND Verd.
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Hm H Betrieb HD Verdampfer
4. Messtechnik: Erfassung des Massenstroms
Ultraschall(Laufzeitdifferenz)
Vortex(Wirbelzähler)
Coriolis(Massenträgheit)(Laufzeitdifferenz) (Wirbelzähler) (Massenträgheit)
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 8
4. Messtechnik: Erfassung des Massenstroms
Ultraschall Vortex CoriolisPrinzip / Laufzeitdifferenz von Wirbelschleppen-Zählung Phasenverschiebung inPrinzip / Messgröße
Laufzeitdifferenz von Schallwellen
=> Volumenstrom
Wirbelschleppen Zählungnach Hindernis
=> Volumenstrom
Phasenverschiebung in Schwingung von Rohrschlaufe (Corioliskraft)=> Massenstrom
D k / G di bhä i Ni d i Di ht höh PN>100Druck / Dichtebereich
Gas: medienabhängig, min. 5…10 bar; PN∞
Niedrige Dichten erhöhen untere Lastgrenze, PN>100
PN>100
Lastbereich -100…0…+100% +2 / +5…+100% -100…0…+100%
Einlaufstrecke > 10 15 x Ø > 15 40 x Ø keineEinlaufstrecke > 10…15 x Ø > 15…40 x Ø keine
Genauigkeit (typisch)
0,5…1,6% flüssig0,5…3% gasförmig
0,1…0,5% flüssig0,5…2% gasförmig
0,05…0,15% flüssig0,2…0,5% gasförmig
Druckverlust Keiner Niedrig (Volllast 94 mbar) Niedrig (Volllast 147 mbar)Druckverlust Keiner Niedrig (Volllast 94 mbar)Kompromiss mit Größe & damit Lastbereich
Niedrig (Volllast 147 mbar)Kompromiss mit Größe & damit Investkosten
Dampfblasen / Fl T ö f h
< 1 Vol-%t Si l l t*
Nur wenige Vol-%, sonst h h G i k it l t
Nur wenige Vol-%, sonst h h G i k it l t*Fl.-Tröpfchen sonst Signalverlust* hoher Genauigkeitsverlust hoher Genauigkeitsverlust*
Investkosten 8.000…10.000 €(kaum Einfluss Ø), kein Stillstand/Umbau
DN100: 3.500…4.500 €(mäßiger Einfluss ØDN80: ca. -20%)
DN100: 25.000…30.000 €(sehr großer Einfluss Ø;DN80: ca. -50%)
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) )*Es sind Systeme mit höherer Toleranz durch intelligentere Signalverarbeitung verfügbar.
4. Messtechnik: Erfassung des Massenstroms
Bild : Vortex-Durchflussmessung in der ND-Druckleitung
Bild : Ultraschall-Durchflussmessung an einer der beiden HD-Druckleitungen.
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5. Anwendung Messdaten: Das Energiecontrollingsystem
ÜberwachungAb V b h
Beispiel EFT:> 1.600
D t kt Abnorme Verbrauchs-situationen feststellenZählerüberwachung
Umrechnung, Zeitnormierung, Verbrauchsrechnung
Datenpunkte
EffizienzanalyseZusammenhänge aufdeckenEffizienz sichern
KundeninformationVerbrauchswerte und
AufbereiteteDaten
Ü Verbrauchswerte und Kennzahlen bereitstellen
Abrechnung
Über-mittlung
Abrechnung Energiekosten
BilanzierungA f andsberechn ng
Berechnung,Aggregation
Aufwandsberechnung
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5. Anwendung Messdaten: Kontinuierliche Effizienzkontrolle
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 12
6. Zusammenfassung
ErfahrungenSowohl Ultraschall- als auch Vortexgeräte sind für die Volumenstrommessung auf der Druckgasseite geeignet.Ultraschall-Messung funktioniert allerdings nur im HD-Kreis.Funktionalität der Datenaufbereitung ist entscheidend für den Nutzwert
M d E i t lli tvon Messungen und Energiecontrollingsystemen.Aha-Effekte können (nahezu) garantiert werden.Der Aufwand für die Inbetriebnahme ist nicht zu unterschätzen.
FazitMessung und Datenaufbereitung sind nicht trivial und u. U. kostenintensiv.Ei t f b t E i t lliEin gut aufgebautes Energiecontrolling
schafft Transparenzliefert eine solide Basis für die Kostenrechnung
kü t R kti itverkürzt Reaktionszeitenerleichtert die Fehleranalyse erheblich
Sorgfältige Anforderungsanalyse, Systemauswahl und Konzepterstellung sind notwendigsind notwendig.
perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 13
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Ihr Ansprechpartner für weitere Fragen:
Jens Lücke
perpendo GmbH ▪ Am Viadukt 3 ▪ 52066 Aachenperpendo GmbH ▪ Am Viadukt 3 ▪ 52066 AachenTel. 0241/412 500 08 ▪ Fax 0241/412 500 19 ▪ j.luecke@perpendo.de
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