Monitoimilämpöpumppu jäteveden lämmöntalteenottojärjestelmässä : kannattavuuden todentaminen ja optimointi

Abstract

Tämän insinöörityön tarkoitus oli tutkia ja kehittää Finess Energyn toteuttaman teollisuuspesulan jäteveden lämmöntalteenottojärjestelmän osana olevan monitoimilämpöpumpun toimintaa ja kannattavuutta.

Tutkimusongelman selvittämiseksi yritykselle hankittiin kannettava mittauslaitteisto, joka soveltuu myös jätevesien lämpövirtojen mittaamiseen. Lämpöpumpun teknis-taloudellista toimintaa kuvataan COP-arvolla. Kyseinen lämpöpumppuinvestointi toteutettiin ESCO-palvelun avulla, joten COP-luvun suuruudella on suora vaikutus Finess Energyn liikevaihtoon.

Tutkimusta varten Finess Energylle vuokrattiin lämpövirtojen mittaamiseen soveltuva kannettava clamp on -antureilla varustettu Fluxus F601E. Jatkotutkimuksia varten hankittiin lämpötiladatalogger-mittauslaitteet. Tutkimus suoritettiin kahtena erillisenä ajankohtana vuoden 2016 aikana.

Mittauslaite mittasi monitoimilämpöpumpun tuottaman lämpöenergian määrän sekä hetkellisten lämpövirtojen suuruuden. Mittausjaksojen aikana kerättiin myös lämpöpumpun sähkönkulutuslukemat COP-arvon laskemista varten.

Tämän työn aikana suoritettujen mittausten perusteella monitoimilämpöpumpun ei voida varmasti olettaa toimivan valmistajan ilmoittamalla COP-arvolla. Luotettavan COP-arvon selvittämiseksi, järjestelmää tulee mitata pidemmän ajanjakson ajan. Lämpöenergia- ja sähkömittarit on hyvä varustaa dataloggereille, jotta monitoimilämpöpumpun toimintaa on helpompi arvioida ja seurata.

Kannettava clamp on -mittauslaitteisto soveltuu hyvin varsinkin alle 1 % kiintoainetta sisältävien jätevesijärjestelmien mitoittamiseen ja toiminnan todentamiseen. Mittalaitteistoa valittaessa tulee ensisijaisesti huomioida laitteiston helppokäyttöisyys sekä korkeat hankintakustannukset. Mittausepävarmuuden pienentämiseksi tulee suosia laitetta, jolla voidaan mitata sekä virtaus- että lämpömäärä. Varsinkin pienissä yrityksissä clamp on -virtaus ja lämpövirtamittarien korkea hinta saattaa estää mittauslaitteiston hankinnan.

The purpose of the Bachelor’s thesis was to study and optimize cost-effective operation of a multifunctional heat pump, which is a part of a wastewater heat recovery system, supplied by Finess Energy to an industrial laundry facility. To determine the research problem a portable thermal energy meter suitable for wastewater systems was purchased. The technical and economical operation of the heat pump is represented by COP value. The heat pump investment was carried out by ESCO service, which means that the heat pump COP value affects directly the company turnover.

For this measurement Finess Energy rented a Fluxus F601E thermal energy meter. For further studies the company purchased temperature-measuring data loggers.

The study was carried out in two separate periods during the year 2016. On both occasions the system was measured approximately for three days. During these measurements electrical power consumed by the heat pumps was collected and used to calculate the COP value of the heat pump.

Based on the results of the study it is difficult to estimate the COP value and economical operation of a multifunctional heat pump. The heat pump should be under monitoring and evaluation for a longer period of time in order to verify the optimal performance of the heat pump. Also, the thermal energy meter and electricity meter should be equipped with a data logger; this would facilitate the follow-up study on the heat pump operation.

The study proved, though that the portable clamp-on measuring equipment is suitable for measuring wastewater systems which contain less than 1 % of solid matter. High costs of investment and a user-friendly system should be top priority when choosing the equipment. One system which measures, both volume flow and heat flow rate, makes the measurement more user-friendly and it reduces the inaccuracy of measurement. Especially for small companies one of the greatest barriers of purchase is the high price of the clamp-on measuring equipment.