I denne studien er en forsøksrigg konstruert for å undersøke en ejektorkrets med CO2 som kuldemedie. Disse forsøksdataene blir videre benyttet for å beregne energieffektiviseringspotensialet ved å implementere et ejektorsystem sammen med et kuldeanlegg. Underkjøling av kuldemediet (NH3) ut av kondensatoren til kuldeanlegget, viste seg å være den systemløsningen som gir best energieffektivisering. I dette tilfellet ble COP økt med 2,5% og kompressorarbeidet redusert med 2,6%. Ejektorsystemets begrensende parameter er trykkforholdet Π. Det største trykkforholdet ble målt til 1,23 noe som tilsvarte et temperaturløft på 8,11 °C. Når temperaturdifferansene i varmevekslerene blir medregnet vil dette temperaturløftet reduseres raskt. Det nevnte temperaturløftet ble målt ved lav kuldeytelse i ejektorsystemet (lavt massestrømforhold Φm). Når massestrømforholdet og dermed kuldefaktoren økes, vil temperaturløftet reduseres ytterligere. Dette begrenser i stor grad hvor stor energieffektivisering som kan oppnås med et CO2-ejektorsystem. To datamodeller ble forsøkt verifisert opp mot forsøksresultatene. En enkel en-dimensjonal modell viste seg å være dårlig egnet for å benyttes med CO2 som kuldemedie. En mer omfattende modell utviklet av SINTEF Energi AS ble med små avvik i massestrøm inn på drivdysen, verifisert opp mot forsøksresultatene.

An experimental investigation is presented of unsteady N2-H2 jet flames in a co-flow of hot combustion products of lean premixed hydrogen combustion. The unsteady jet flame is characterized by rapid ignition followed by a gradually blowout of the flame. Audio recordings and Schlieren imaging high speed videos are used to investigate the unsteady flame. The frequency of the blowout-re-ignition event is investigated as a function of nitrogen dilution mole fraction (YN2=0.180-0.566), co-flow equivalence ratio (Phi=0.20-0.27) and jet velocity (Vjet=300-500 m/s). The results from the audio recordings and Schlieren imaging high speed videos indicate that re-ignition of the flame occurs as a result of autoignition. The ignition frequency increases with increasing nitrogen dilution mole fraction until a maximum frequency is reached of about 20-27 Hz. After the maximum frequency is reached the frequency decreases with a further increase of the nitrogen dilution mole fraction until the flame is completely blown out. By increasing the co-flow equivalence ratio the flame becomes unsteady and blown out at increasing nitrogen dilution mole fractions. The range of nitrogen dilution mole fractions over which the flame is unsteady is decreasing with increasing co-flow equivalence ratio. By increasing the jet velocity the flame with low co-flow equivalence ratios (Phi=0.20-0.22) becomes unsteady and blown out for decreasing nitrogen dilution mole fractions. For higher co-flow equivalence ratios (Phi=0.24-0.27) the range of nitrogen dilution mole fractions over which the flame is unsteady increases with increasing velocity. An increase in the velocity at higher co-flow equivalence ratios leads to an unsteady flame for lower nitrogen dilution mole fractions and a blown out flame for higher nitrogen dilution mole fractions. These results suggests that the autoignition phenomena of the N2-H2 jet flame issued into a vitiated co-flow is controlled by both chemistry and turbulent mixing. The results from the audio recordings and the Schlieren imaging high speed videos correspond well. This gives confidence to using audio recordings as a method of diagnostics of unsteady hydrogen jet flames.

Since early the early 20th century the electrical tumble dryer became an appliance to dry clothes. During many years of improvements different configurations to solve issues on decreased drying time and more energy efficient solutions has been performed. Several different configurations have been developed; air vented dryers, condensing dryers and the most recent heat pump dryers. The heat pumps in drying technology became the next solution based on improved drying time and decreased energy consumption. With today’s focus on energy consumption, with energy demanding appliance such as the clothes dryer; new technology that satisfy the customers need must be available. By introducing the heat pump to the drying technology, a suitable refrigerant must be chosen. The choice should be based on several factors; the performance of the heat pump and the refrigerants GWP and ODP values, its toxicity and safety for the consumer. This report is based on a heat pump dryer made for an R134a system. R134a has a global warming potential (GWP) 1300 times the value of R744 (carbon dioxide). This report will present the feasibility of replacing the R134a system with a system designed for carbon dioxide as refrigerant. Carbon dioxide or R744 is a natural refrigerant, and it is in contrast to other commonly used refrigerants operating in the transcritical region. This implies that the heat rejection is performed with gliding temperature exchange, not by condensation as for the R134a. This is due to the low critical temperature of carbon dioxide; a critical pressure of 73.8 Bara and a critical temperature of 31.1˚C. Despite the required high pressures, the heat exchange properties of carbon dioxide in the critical region are very good, and new technology can take advantage of this. By SINTEF developed simulation tool HX SIM Basic 2007, based on results from the R134a cycle, heat exchangers have been designed to reach the optimal solution. The capacity of the heat changers and the compressor will be the same as the R134a system. The system is built with a manual throttling valve in parallel to a capillary tube, during the experiments the system will be tested to find the most optimal set point. Evaporating pressures from 40 to 50 Bara and gas cooler pressures from critical pressures to 120 Bara have been applied in the experiments. The main purpose of the experiments is to find a system design that will fulfil both energy saving requirements and have a simple enough construction for it to be a market product. Based on the experiments on this first prototype and the results obtained; a conclusion is that the dryer with CO2 as refrigerant is using marginally more energy than the R134a system. However this is a first prototype and its potential should be investigated further.

Sorption Enhanced Steam Methane Reforming (SE-SMR) is a novel way of reforming natural gas to high purity hydrogen gas with in-situ CO2 capture by the introduction of a CO2 sorbent. The process is carried out in two steps. In the first step, hydrogen is produced and CO2 is absorbed by the sorbent. In the second step, the sorbent is exposed to high temperature heat and the CO2 is released. For the reforming to run continuously, two bubbling fluidized beds(BFB), can be coupled, one working as a reformer and the other one as a regenerator of the CO2 sorbent. The reformer works at a temperature around 500˚C and the regenerator at around 900˚C. Once the reactions in the reformer are being carried out the reformer works at a near autothermal state due to the exothermic reaction between CO2 and the sorbent. The regenerator however needs to be continuously supplied with heat to maintain at least 900˚C and for the endothermic calcination reaction of the sorbent to be carried out. One of the ways of providing heat to the process is by internal heat exchanger tubes. The advantage of using heat exchanger tubes is that no extra gas is added to the gas already in the bed (used interchangeably with reactor), thus not disturbing the volumetric flow and gas composition of the bed. For sequestration purposes, if the gases within the bed are not disturbed by for example nitrogen, N2, they will be easier to separate and sequester. An analytical calculation of the energy balance of a calcination reactor with horizontal heat transfer tubes was carried out, and the necessary effect was found to be 14.02kW, which equates to a heat exchanger with 96 tubes in 8 rows, taking up 26cm height in the reactor. Transferring heat via exhaust gas through metal tubes does however not yield a high thermal efficiency. One way of improving the efficiency of the calcinator is burning fuel gas directly in the reactor. This will lead to a direct heat exchange between the exhaust gas and the sorbent. On the other hand will the direct burning with air as an oxidizer lead to high fractions of N2 in the reactor. Considering that the gas in question in this work is biogas, the release of CO2 from the combustion is technically carbon neutral. Calculations for the necessary heat exchanger surface area and combustion rate of methane for the in-reactor combustion alternative have been carried out analytically, and a model of the in-reactor combustion has been established. At first, a fully fluidized bed model with integrated methane combustion was planned. Due to limitations of the modeling program and conversations with experts on the scope of the work in relation to the time-frame of the thesis, which is more closely discussed in Appendix H, the problem was reduced to a fixed bed approximation with “black box” combustion of methane outside the reactor. A heat balance, dependent on the rate of calcination was applied in the finite element modeling program COMSOL Multiphysics, and the resulting temperatures in the reactor were examined on the basis of what kind of fuel gas was used. In the first case, upgraded biogas, or SNG(Sustainable Natural Gas) was used as fuel gas. SNG is ~100% CH4, and the biogas has a CH4 content of ~48%. From the model it was seen that the mean temperature of the bed with SNG was 1218K, or 945˚C, and with the biogas the temperature of the bed was 1248K, or 975˚C. The calcination rate was found to be from 72.5 to 86.3% of the optimum. The lower results might be due to the adiabatic flame temperature of the gas and/or the relatively low heat capacity of the gas.

SammendragFor tørking av klippfisk, ble det i litteraturstudiet funnet at fiskens tørkehastighet påvirkes av temperatur, relativ luftfuktighet og lufthastighet. Dannelse av tørkeskorpe kommer som et resultat av at det fjernes vann fra fisken, og i mindre grad av hard tørking. Det er to hovedtyper av varmepumpetørker for klippfisk. Kontinuerlige, langsblåste tørker vil innstille seg til stabil drift, og har høy oppfukting av tørkeluft og god energiutnyttelse gjennom hele tørkeforløpet. I tverrblåste batchtørker vil oppfukting av tørkeluft og energiutnyttelse avta utover i tørkeforløpet, og de er derfor generelt mindre energieffektive enn førstnevnte type.På ei tverrblåst batchtørke ble det gjort målinger av det følgende:•Temperaturer og relativ luftfuktighet i tørkeluft. •Temperaturer på en fordamper og en kondensator i varmepumpeanlegget. •Elektrisk effekt tilført kompressorer og vifter.•Stigning i statisk trykk over sirkulasjonsvifter.Målingene på fordamper og kondensator ble brukt til å vurdere anleggets regulering. Fra målingene på fordamperen, ble det funnet en verdi for fordampningstemperatur. Sammen med effektmålinger og tidligere temperaturmålinger (fordypningsprosjekt), ble fordampningstemperaturen brukt til beregninger på varmepumpeanlegget. Det ble funnet lave virkningsgrader for kompressorer og motorer. I kombinasjon med målingene i tørkeluft, ble det gjort beregninger på fordamper og kondensator med Hxsim. Det ble funnet en verdi for kuldeytelse som sammen med målt elektrisk effekt til kompressorene, ga en lav verdi for kuldefaktor. Kondensatorytelsen var betydelig lavere enn kuldeytelsen, noe som kan forklares med at det er flere andre kilder til oppvarming i tørka.Lufthastighetsmålingene ble gjort på luft som strømmet ut fra vognene, da sirkulasjonsviftene og aggregatviftene blåste i samme retning. De viste ganske jevn hastighet for luft som strømmer ut fra brettene, og høye hastigheter over og under vognene. Lufthastighetsmålingene ble brukt til å beregne volumstrøm i tørketunnelen, som sammen med måling av stigning i statisk trykk, ble brukt til beregninger på sirkulasjonsviftene. Beregningene viste at viftene hadde lav virkningsgrad, og at effektforbruket ser ut til å kunne bli mye lavere med reduksjon av turtall.Det var store temperatursvingninger i kondensatorene i tørka, noe som også ga temperatursvingninger i tørkelufta. Beregningene på tørkeluft viste at oppfuktinga faller raskt til en lav verdi under tørkeforløpet. Spesielt tidlig i tørkeforløpet, ble det mye lavere oppfukting da sirkulasjonsviftene og aggregatviftene blåste mot hverandre, enn da de blåste i samme retning. Liten oppfukting gir stort energibehov til avfukting. Tørkas totale effektforbruk er tilnærmet konstant gjennom hele tørkeforløpet, og energiutnyttelsen blir derfor dårlig.For simulering av luftstrømning i tørketunnelen, ble det bygd opp flere todimensjonale modeller med programmet Comsol Multiphysics. Modellen av den eksisterende tunnelen viste de samme tendensene i strømningen som hastighetsmålingene, men andre verdier for hastighet og trykk enn det målingene skulle tilsi. Det ble også laget modeller for å se på virkningene av ulike typer stengsler og redusert lufthastighet.

I denne oppgaven er det sett på hybride prosedyrer og prosjektering av mekanisk balansert ventilasjon, samspillet mellom bygning og ventilasjonsløsning, samt tilstedeværelse og reguleringsfunksjonalitet for et behovsstyrt bygg. Til slutt er det gjort forenklede energisimuleringer for å finne potensialet ved konvertering fra ventilasjon med konstant luftmengde til behovsstyrt ventilasjon. Integrert planlegging synes å kunne påvirke energiforbruket til behovsstyrte ventilasjonsanlegg. Dette vil være viktig for behovsstyrte anlegg med stor grad av termisk kontroll. Potensialet ved behovsstyrt ventilasjon er avhengig av tilstedeværelsen og bruksmønsteret på bygget. Tilstedeværelse på et kontorbygg ble derfor analysert over en periode på cirka 45 dager. Tilstedeværelsesdata fra 86 cellekontor og 8 møterom ble logget sammen med ulike reguleringsparametere fra utvalgte rom. Gjennomsnittlig tilstedeværelse for rommene var rundt 70 % mellom klokken 09:00 og 16:00. Loggdataene viste at man kunne ha tilfeller med opptil 30 % tilstedeværelse klokken 20:00, men gjennomsnittlig tilstedeværelse på dette tidspunktet lå rett under 10 %. Som følge av høy tilstedeværelse på kvelden antas det at et sammenlignbart CAV-anlegg måtte hatt en driftstid fra 07:00 til 21:00. Forenklede simuleringer av et enkelt cellekontor med nevnt tilstedeværelsesprofil antydet at DCV-installasjon på cellekontor vil være lønnsomt, sammenlignet med et CAV-anlegg uten nattsenkning. Simuleringen antydet en besparelse på 30-50 % av viftebruken for cellekontor og 45 % besparelse av energiforbruk til lys. Programmet har imidlertid store begrensninger og vurderes som lite egnet til simulering av behovsstyrt ventilasjon.

Capture and storage from fossil fuel fired power plants is drawing increasing interest as a potential method for the control of greenhouse gas emissions. An optimization and technical parameter study for a CO2 capture process of the flue gas of a commercial gas power plant, based on absorption/desorption process with MEA solutions, using HYSYS with the Amine Property Package fluid package, has been performed. The optimization has aimed to reduce the energy requirement for solvent regeneration, by investigating the effects of circulation rate, cross-flow heat exchanger minimum approach, desorber operating pressure and the absorber diameter. In addition, an economic evaluation including investment cost has been performed for the first three parameters.Major energy savings can be realized by optimizing the desorber pressure and the solvent circulation rate. The circulation rate will have a clearly defined optimal point, while for the desorber pressure the temperature will be a limiting factor. A too high temperature may lead to amine degradation and corrosion problems. The cross-flow heat exchanger minimum temperature approach will not affect the energy consumption significantly. An optimum absorber column diameter was not found, but the column should be designed with a diameter large enough to prevent flooding through the column. A too large diameter will not favour the energy consumption very much, and other factors will be more decisive when the column diameter is chosen.

Denne oppgaven tar for seg hvilke målinger som er nødvendig for å bestemme SFP-faktoren for et typisk nyere kontorbygg med mekanisk ventilasjon. Den tar for seg hvordan disse målingene kan utføres, hva slags måleutstyr som kan benyttes, og hvordan nøyaktigheten til målingene kan bestemmes.Oppgaven tar så for seg gjennomføring av målinger for å bestemme SFP-faktoren for to bygninger. Disse to bygningene er Høyskolen i Oslo (HiO) og PricewaterhouseCoopers-, eller PWC-bygget i Bjørvika i Oslo. Det gis en innføring i de to bygningenes ventilasjonsanlegg og oppbyggingen av disse samt en gjennomgang av styresystemene for ventilasjonsanleggene. Det måles på ett aggregat i hver bygning. For HiO velges aggregat 36.13 som betjener et auditorium med VAV-styring. For PWC-bygget velges aggregat 36.09 som betjener hovedsakelig cellekontorer og styres som CAV. Alle målinger blir utført ved hjelp av differansetrykkmåling over viftene. Aggregatet ved HiO klarer akkurat å komme seg ned på kravet i teknisk forskrift om 2,0 kW/m3/s ved bruk av gjennomsnittlig SFP over driftstiden, men ved personbelastning i lokalet er SFP-verdien 2,66 kW/m3/s. Aggregatet ved PWC-bygget ligger på 2,0 kW/m3/s ved full innregulert drift og klarer dermed fint forskriftskravet. Målingene viser likevel at det ville være mye energi å spare på VAV-styring av anlegget fremfor CAV.Forbedring av ventilasjonsdesign er også en del av oppgaven, og det beregnes hvordan strengere krav til maksimal lufthastighet og alternativ utforming av fordelingskammer kan redusere strømningsmotstanden i et anlegg. Dette viste seg å kunne redusere SFP-faktoren for aggregat 36.09 ved PWC-bygget til 1,52 kW/m3/s ved å ikke tillate hastigheter over 3 m/s samt å benytte en alternativ utforming av fordelingskammeret.Det presenteres forslag til forbedringer i rutiner og programvare for ventilasjonsdesign som kan redusere SFP-fakoren i fremtidige kontorbygninger, og det diskuteres hvorvidt de løsninger som fremkommer i denne oppgaven vil være økonomisk lønnsomme.Til slutt kommer anbefalinger for videre arbeid med problemstillingen.

Føremålet med denne oppgåva har vore å setje seg inn i modellering av turbulent forbrenning og nytte teori i praksis ved simulering med dataprogrammet SPIDER. Rett modellering er viktig sidan både turbulens og forbrenning har innverknad på danninga av NOx.Saman utgjer dei eit komplisert fagfelt. Det har lenge voreforska på desse emna, og i dag eksisterer det fleire modellar.Turbulensen påverkar forbrenninga sidan den står for mykjeav blandinga.Det vert presentert fleire grunnlikningar som er nytta i modelleringa. Teorien presentert omhandlar hovudsakleg k-e-modellen og Magnussen sin EDC-modell for turbulent forbrenning.Likningane som inngår i modellane er diskretisert ogimplementert i programmet SPIDER, som vert presentert i oppgåva. CFD-koda nyttar kurvelineære, ikkje-ortogonale koordinatar og kan rekne på komplekse geometriar. Dei viktigaste NOx-mekanismane er presentert, og nokre metodar for å redusere utslepp er nemnde i rapporten.Det er gjort simuleringar av to turbulente diffusjonsflammer, og resultata er samanlikna med måledata. Den eine er omtala som ``H3-flamma'', og har ei brenselblanding med 50-50% hydrogen og nitrogen. Den andre har ei blanding med CH4, H2 og N2 i brenslet. Fleire variantar av k-e-modellen er samanlikna. Magnussen sin EDC-modell er nytta som forbrenningsmodell. Det ertesta ulike grid for å få ei tilnærma nettverk-uavhengig løysing. Målingar, og metodar på korleis dette har vorte gjort for metan-flamma, er og snakka om i siste kapitlet.For begge flammane er det gjort simuleringar med detaljert kjemi. Dette er naudsynt for å få informasjon om danninga av NOx. Resultata synte at metan-flamma ga større avvik frå målingar.Det vart freista å betre modellen ved å justere blandingsraten iEDC-modellen. Resultat synte at simulering med detaljert kjemi stiller høgare krav til oppløysing på nettverket.NO-verdiar frå simuleringane er samanlikna med måledata formetan-flamma. Resultata er utførleg drøfta.

This master thesis is investigating environmental performance of different alternatives for Combined Heat and Power (CHP) production from Natural Gas (NG) at Mongstad oil refinery. An important objective is to evaluate CHP plants with Carbon Capture and Storage (CCS), and the performance of these compared to a conventional CHP without such application. Life Cycle Assessment (LCA) is the applied methodology for environmental assessment. The LCA results are used to inspect changes in eco-efficiency at the refinery with introduction of a CHP plant.Three CHP configurations have been assessed: 1.Conventional CHP2.Conventional CHP with Post-Combustion (PC) CCS3.Autothermal Reforming (ATR) plant; CHP with pre-combustion CCSThe three alternatives are denoted Conventional, PC and ATR in the following.Global Warming Potential (GWP) emissions per MWh exergy produced from the three CHP’s are 56, 100 and 337 kg CO2-equvivalents for the PC, ATR and Conventional respectively. It is concluded that up-and downstream emissions do not undermine the environmental benefit of applying CCS regarding GWP impacts.The CCS systems have significantly higher impacts of Human Toxicity (HTP), Acidification (AP) and Eutrophication Potentials (EP). HTP impacts are over 50% higher for CCS systems compared to Conventional. Increased NH3 and NOx emissions make up much of the 100-150% rise in AP and EP impacts. It is considered possible that flue gas handling can mitigate a substantial fraction of the increased AP and EP impacts. The system expansion reveal that building a Conventional CHP at Mongstad will not lead to global CO2 reductions if it substitutes renewable electricity production. The CCS systems unreservedly give net global CO2 reductions, disregarding alternative electricity production technology.The GWP eco-efficiency at Mongstad is defined as total LCA emissions from refinery output products divided by the economic value of the products. Introducing a CHP with CCS would significantly improve the eco-efficiency. Installing a Conventional plant, however, would deteriorate eco-efficiency. Installing a CHP with CCS is hence considered a significant step towards a sustainable development at Mongstad refinery. Given improved flue gas handling of NOx and NH3, additional environmental effects are not considered to have potential of jeopardizing this conclusion.