Diagnostiikkateollisuuden tuotantotilan ilmankuivauksen ja hukkalämmön hyödyntämisen toteutusvaihtoehdot

Abstract

Diagnostiikkateollisuudessa sisäilmastolle asetetut vaatimukset, kuten hiukkaspitoisuusrajat, sisälämpötila ja suhteellinen kosteus, lisäävät kiinteistön energiakustannuksia. Hiukkaspitoisuuden hallitsemiseksi tilan tai alueen ilmanvaihtokerroin on suuri. Suuren ilmanvaihtokertoimen vuoksi suhteellisen kosteuden hallinnan edellyttämä ilmankuivaus tai kostutus kuluttaa runsaasti energiaa.

Tässä diplomityössä käsitellään ilmankuivauksen toteutusvaihtoehtoja, joilla ilman kastepistelämpötila saadaan alle veden jäätymislämpötilan, ja hukkalämmön hyödyntämistä. Ilmankuivauksen vaihtoehdoista käsitellään tarkemmin absorptio-, adsorptio-, ja kondenssikuivausta. Kondenssikuivauksessa käytettävän kylmäliuoksen tuottamisen yhteydessä muodostuva lauhde on hukkalämpöä, jolle esitetään hyödyntämisvaihtoehtoja. Ilmankuivausta ja sen vuotuista energiankulutusta kustannuksineen tarkastellaan Insinööritoimisto LeVIA Oy:n Radiometer Turku Oy:lle tekemän projektin toimiessa Case Study -tapaustutkimuksena.

Tapaustutkimuksessa vertaillaan uuden rakennettavan tuotantotilan ilmankuivausta. Tilan tavoiteltava olosuhdepiste on +21 °C:tta suhteellisen kosteuden ollessa 15 %. Vaihtoehtoina on pyörivä adsorptiokuivain ja kondenssikuivaus. Kondenssikuivauksen tarvitsema kylmäliuos tuotetaan kokonaisuudessaan nestelauhdutteisella nestejäähdytyskojeikolla. Laskennassa hyödynnetään olemassa olevan tilan adsorptiokuivaimen sähkötehon kulutustietoja sekä TRY2020 mitoitussäädataa. Tutkimuksen tuloksena kondenssikuivauksen ostoenergian kulutus jää pyörivää adsorptiokuivainta vähäisemmäksi ja vuotuisissa energiakustannuksissa voidaan säästää energian hinnoittelusta riippuen useita kymmeniätuhansia euroja. Säästö edellyttää lauhteen hyödyntämistä jälkilämmityksessä ja huurteen sulatuksessa.

In the diagnostic industry, indoor climate requirements, such as particle content limits, indoor temperature, and relative humidity, increase the energy costs of the property. In order to control the particle content, the air change rate of the space or area is high. Due to the high air change rate, the dehumidification or humidification required to control relative humidity consumes a considerable amount of energy.

This master’s thesis deals with the alternatives for dehumidification to achieve a dew point temperature below the freezing temperature of the water and the recovery of waste heat. The dehumidification options will be further examined regarding absorption, adsorption, and condensation dehumidification. The condensation formed in the production of coolant solution is waste heat for which utilization options are presented. Dehumidification and its annual energy costs will be examined in the context of a project carried out by the Engineering Office LeVIA Ltd for Radiometer Turku Ltd as a case study.

The case study compares the dehumidification of the new production space to be built. The desired condition point of the space is +21 °C with a relative humidity of 15 %. A rotary wheel adsorption dehumidifier and condensation dehumidifier are compared. The coolant solution required for condensation dehumidification is produced by a liquid-cooled liquid chiller. The calculation draws on the consumption data of the electric power of the existing space adsorption dehumidifier and the TRY2020 weather data. As a result of the study, the consumption of energy of the condensation dehumidifier will be lower than the rotary wheel adsorption dehumidifier. The annual energy costs are also several tens of thousands of euros lower depending on energy pricing. The utilization of waste heat for after-heating and defrosting is required.