The diploma thesis is consisting of theoretic part, which deal with used ventilating systems, ways of waste heat recovery and describe basic types of air-conditioning systems. Following part attend to design of ventilating system and multi-split air-conditioning system for flat. Part of design of ventilation system is calculation of noise levels in rooms. Air-conditioner design is based on calculation of thermal stress. Annual demand of cold and heat demand are calculated using TRANSYS software. Design documentation is part of the diploma thesis.

This master’s thesis deals with heating and HVAC in production plant ELMET, spol. s r.o. The first part of the thesis concerns reconstruction of the central heating system, which is outdated and unreliable in the time of the writing of the thesis. The second part deals with cooling of mounting of electronics, where technological requirements are not met due to summer overheating. The third part of the thesis concerns ventilation of metalworking hall using waste heat from production machines.

Main target of this master´s thesis is a projection of a thermal circuit of a heating plant, which uses waste heat of a cogeneration unit with power of 1600 kWe. Electric power of a cogeneration unit is supplemented with an electric power produced from a waste heat. All heat is further used for heating in a warm water heating system. Within this thesis are executed projections of a thermal circuit of a heating plant, choice of particular devices, determination of a thermal power of devices and also determination of conditions of particular heat – transferring substances. Furthermore, design of particular devices is made, mainly for basic dimensions and heat transfer.

This thesis deals with waste heat boiler for turbines burning natural gas. According to the given parameters of flue gas and vapor are carried out thermal balance and design of the boiler heating surfaces and calculated the dimensions and arrangement of heat transfer surfaces in the boiler followed by treatment with a drawing of the boiler.

Methods of utilization waste heat are increasingly on the rise and can be applied in many technologies. One of the technologies is the manufacture of cement, which is focused issue of work. Within the solution, and for understanding the problem is outlined cement production process and the analysis of the waste heat from the process, on this basis are selected a suitable method using waste heat with a closer focus on ORC units. After following evaluation and selection of the most suitable unit is made design, calculation and construction of heat exchangers. The result is the evaluation of the entire proposal.

This project was performed to evaluate if waste heat from hotel kitchens is enough to heat outdoor swimming pools in southern Europe or if it can be used as a compliment to another heat source. Another aim was to analyze the simulations and calculations of the pools and the heat recovery system. Then estimate how much annual costs would be reduced when using the exhaust air in the heat recovery system, in comparison with the original heating system. If the project showed positive results the purpose was to select a waste heat recovery system that can integrate with Ozonetech’s ozone generator, keep a high temperature in the pool and reduce emissions of greenhouse gas by using waste heat. Ozonetech would also conduct a pilot study in Stockholm and eventually develop their own product. A simulation model of three different outdoor pool sizes were conducted. The models were constructed and meshed in COMSOL Multiphysics. Average weather conditions for Malaga, Spain, were implemented in the model. The models were simulated by integrating each physical phenomenon in COMSOL, by using the Multiphysics interface. This created convection, emitted radiation and evaporation as thermal heat losses from the pool models. The pools were simulated to determine heating demand, heating period and required inlet temperature to make up for thermal heat losses. A mathematical model of the thermal heat losses and gains were conducted to easily receive a result for the heat demand each month of the year. A mathematical model of the possible heat recovery from hotel kitchens were performed to determine heat recovery for various kitchen sizes. By knowing the heat demand and possible heat recovery from different kitchens, a heat exchanger was selected. The heat exchanger was selected based on literature review, requirements and discussions with manufacturers. A life cycle cost analysis and calculated payback time compared original heating systems with new heat recovery system. A sensitivity analysis using Gauss error propagation concluded the project. The simulations showed that all investigated outdoor pools require additional heat during the night, due to extensive heating periods. Since the kitchen is only active during the day, the pool requires an additional heat source during the night. This conclude that the new heat exchanger only can replace the original heating system during the day. The mathematical model of the heat transfer from the kitchen determined that the maximum heat capacity approximately is 350 kW ± 10.5 kW. The waste heat can only be used to heat small and medium sized pools, since the heat loss is too great for a large pool. Selected air to water heat exchanger that meets the requirements is an air cooler with finned tubes from Alfa Laval. The fins and the coil should be treated to form an e-coat. After calculating the life cycle cost it was determined not profitable to replace a heat pump for a small pool, since the life cycle cost was greater for the new heating system. However, it is profitable to replace an electric heater with the new heat exchanger together with three of the smallest ozone generators during the day, for a small pool. Costs will be reduced by 44 600 – 202 000 kr ± 5%. Payback time will be 2.4 – 3.2 years ± 9%. It is also profitable to replace a water to water heat exchanger heated with either electricity or oil, during the day, with the new heat exchanger combined with either of the ozone generators for a small pool. Costs will be reduced by 310 000 – 698 000 kr ± 5%. Payback time will be 1.8 – 2.5 years ± 9%. It is profitable to replace all original heating systems during the day with the new heat exchanger combined with either of the ozone generators for medium sized pools. Costs will be reduced by 689 000 – 12 600 000 kr ± 5%. Payback time will be 2.2 – 22 months ± 7%.

Städerna växer och samtidigt ökar efterfrågan på närodlade och ekologiska grödor. För att klara av att producera närodlat och mer hållbart skulle ett alternativ vara att odla i så kallade vertikala växthus. I Kiruna finns Sveriges största malmgruva som drivs av företaget LKAB vars olika processer leder till spillvärme. I Kiruna är klimatet kallt jämfört med större delen av Sverige och därför erfordras uppvärmning om odling ska kunna ske året runt i ett växthus. Examensarbetets uppgift är därför att undersöka hur man kan utnyttja spillvärme till ett vertikalt växthus i samband med en ny kontorsbyggnad på LKABs gruvområde. LKABs nya kontorsbyggnad har ett kvadratiskt avtryck på marken med ett hörn i sydlig riktning. Fördelningen mellan växthus och kontor kan förenklas genom att kvadraten delas på diagonalen där den södra halvan är växthus och den norra halvan kontor. Eftersom solförhållandena för odling är speciella i Kiruna har växthusets väggar en lutning som är anpassad efter solens låga infallsvinkel vilket gör att växthusets area minskar med varje våningsplan. Som yttermaterial till växthuset används glas och som stommaterial används stål. Ett hydroponiskt odlingssystem används där plantorna sätts direkt i en cirkulerande näringslösning och på så sätt kan systemet utformas med horisontella odlingsrör i flera vertikala odlingsplan. För uppvärmning av växthuset kommer spillvärme från LKABs verksamhet att utnyttjas, i examensarbetet undersöks två olika alternativ av spillvärmekällor och resultatet är att båda de alternativ som undersökts kan utnyttjas för uppvärmning av hela växthusdelens volym. / While the cities are expanding the demand for locally grown and organic crops is increasing. To be able to produce locally and more sustainable crops, one option could be to grow in a so-called vertical greenhouse. In Kiruna the largest ore mine in Sweden is operated by the company LKAB. Various processes in the mining industry lead to waste heat. In Kiruna, the climate is cold compared to most parts of Sweden, and therefore requires heating for the cultivation to be able to take place all year round in a greenhouse. The project’s task is to explore how to utilize waste heat from the mine to a vertical greenhouse in the context of a new office building at LKAB's mining area. LKAB's new office building has a square footprint on the ground with one of the corners in the south direction. The division between the greenhouse and the office can be simplified by the square divided diagonally where the southern half is the greenhouse and the northern half the office. Since the sunlight is limited in Kiruna the greenhouse walls has been design to adjust to the sun’s low position. The sun’s low position requires a sloped facade in the south direction. The greenhouse’s floor area decreases with each floor. As the external material for the greenhouse glass is used and as framing material steel is used. A hydroponically system is used where the seedlings are put directly in a circulating nutrient solution and in this way the system can be designed with horizontal pipes in several vertical cultivated floors. The greenhouse will be heated with waste heat from LKAB's industry, the project examines two alternatives of waste heat sources, and the result is that both of the alternatives studied can be used to heat the entire volume of the greenhouse.

The industrial sector accounts for a large share of greenhouse gas emissions. To reduce its negative impact on the environment is crucial in the quest for a sustainable future. In discussions of the industrial sector's impact on the environment guidelines have been highlighted as a tool to assist the industries in their efforts to change the relationship between the consumption of energy and production. This by improving energy efficiency and a shift to the best available technology. During the past 30 years the steel industry has reduced its energy consumption per ton of steel produced by 50 percent. However, due to this dramatic improvement in energy efficiency, it is estimated there is now only room for a marginal further improvement on the basis of existing technology. More innovative solutions are therefore required to further improve energy efficiency and achieve a more sustainable use of resources. In a description of the program Efficiency of Energy Use in Industry – Research and Development undertaken by the Swedish Energy Agency the interaction between industry and society is accentuated as an important factor in energy efficiency efforts. Today, there are already several examples of where the industry and the community work together to achieve a better utilization of resources. The steel industry SSAB EMEA has a manufacturing plant in Borlänge, Sweden, where they have been recycling waste heat from the industrial processes for a long period of time. In 1991 SSAB initiated collaboration with the local energy company regarding recovery of waste heat within the industrial enterprise. Since then, SSAB has contributed to the heating of the residences that are connected to the local district heating network. The present study aims to examine the values that the utilization of waste heat add to the industrial company and the community, and to explore how the use of industrial waste heat can be developed ahead. The examination consists of a case study and is mainly based on qualitative interviews with people from SSAB, the local energy company Borlänge Energi, Borlänge Municipality and the Swedish Energy Agency. Some quantitative data, such as measurements of heat deliveries, have also been used for the analysis. In addition a literature review with a focus on district heating in Sweden, industrial waste heat and instruments in energy and climate policy has been conducted. Through varied system levels the waste heat collaboration in Borlänge has been analyzed from a business, social and sustainable perspective. The result of the case study proves that the waste heat collaboration has added value in all perspectives. Business values that have been identified are reduced purchases of oil, compensation for delivered waste heat, exchange from vapour to in-house district heating within the steel factory site, reduced emissions of carbon dioxide, media attention and an improved brand and that the waste heat collaboration possibly made SSAB a more desirable employer. The use of industrial waste heat for district heating in Borlänge has also generated a range of social benefits, which consist of low operating costs for heat, low price of district heating, good energy mix and better air quality and less acidity. From a sustainability perspective, the waste heat utilization resulted in reduced emissions of carbon dioxide and other air pollutants and has been contributive to a sustainable use of raw materials and energy resources. The results also demonstrate that there are both opportunities and threats to a continued use of industrial waste heat. The opportunities identified are regional district heating networks, which can improve the conditions for effective use of waste heat, district cooling, which may increase the need for waste heat in the summer and in-house electricity production, which can accommodate some of the steel company's electricity need. A few threats to a continued use of waste heat have also been identified, which the first consists of co-generation and waste incineration, which can adversely affect energy companies incentives to enter into and renew agreements on waste heat deliveries since the companies do not want to be afflicted with reduced revenues from sales of electricity and electricity certificates or from the reception of waste. Furthermore has changes in energy policy been identified as a threat since for example a new tax on waste heat could worsen the conditions for both continuing and new waste heat collaborations. / Industrisektorn står för en stor andel av växthusgasutsläppen. Att minska dess negativa inverkan på klimatet är således grundläggande i strävan efter ett hållbart samhälle. I diskussioner kring industrisektorns påverkan på miljön har riktlinjer lyfts fram som ett instrument för att bistå industrin i arbetet med att förändra förhållandet mellan konsumtion av energi och produktion. Detta genom en förbättring av energieffektiviteten och en förskjutning till bästa möjliga teknik. Under de senaste 30 åren har stålindustrin reducerat sin energikonsumtion per ton producerat stål med 50 procent. Det sägs dock att dessa dramatiska framsteg i energieffektivitet har lett till att det nu endast finns rum för en marginell fortsatt förbättring förutsatt befintlig teknik. Om så är fallet måste våra vyer vidgas för att vi ska kunna hitta lösningar som innebär större effektivitetsvinster och ett bättre nyttjande av resurser. I en beskrivning av programmet Effektivisering av industrins energianvändning – forskning och utveckling som drivs av Energimyndigheten betonas samspelet mellan industri och samhälle som en viktig faktor i energieffektiviseringsarbetet. Idag finns det redan flera exempel på där industrin och samhället samarbetar för att uppnå ett bättre nyttjande av resurser. I Borlänge har stålföretaget SSAB EMEA en produktionsanläggning där de sedan länge återvinner restenergier från verksamhetens processer. År 1991 ingick SSAB avtal med det lokala energibolaget avseende tillvaratagande av restvärme vid industriföretaget. Sedan dess har SSAB bidragit till uppvärmningen av de bostäder som är anslutna till ortens fjärrvärmenät. Föreliggande studie har som syfte att undersöka vilka värden som tillvaratagandet av restvärmen tillför industriföretaget och samhället, samt ta reda på hur användandet av industriell restvärme kan komma att utvecklas framåt. Undersökningen består av en fallstudie och bygger i huvudsak på kvalitativa intervjuer med personer från SSAB, det lokala energibolaget Borlänge Energi, Borlänge kommun och Energimyndigheten men också på kvantitativ data, såsom mätningar av värmeleveranser. Sedan har även en litteraturstudie genomförts med fokus på fjärrvärme i Sverige, industriell restvärme och styrmedel i energi- och klimatpolitiken. Genom varierade systemnivåer har restvärmesamarbetet i Borlänge analyserats ur företagsekonomiskt, samhällsekonomiskt och hållbart perspektiv. Resultatet av fallstudien visar att restvärmesamarbetet tillfört värden inom samtliga perspektiv. De företagsekonomiska vinster som har identifierats är minskade inköp av olja, ersättning för levererad restvärme, byte från ånga till intern fjärrvärme inom stålföretagets verksområde, minskade utsläpp av koldioxid, medial uppmärksamhet och stärkt varumärke och att restvärmesamarbetet eventuellt gjort SSAB till en mer attraktiv arbetsgivare. Användandet av industriell restvärme som fjärrvärme i Borlänges lokala fjärrvärmenät har även genererat en rad samhällsekonomiska vinster, vilka utgörs av låg driftskostnad för värmeproduktion, lågt pris på fjärrvärme, bra miljömix samt bättre luftkvalitet och mindre försurning. Ur ett hållbarhetsperspektiv har restvärmenyttjandet resulterat i minskade utsläpp av koldioxid och andra luftföroreningar och varit bidragande till ett hållbart nyttjande av råvaror och energiresurser. Resultatet visar också att det finns både möjligheter och hot för ett fortsatt användande av industriell restvärme. De möjligheter som identifierats är regionala fjärrvärmenät, som genom omfattande värmeunderlag kan förbättra förutsättningarna för effektiv användning av restvärmen, fjärrkyla, som kan öka behovet av restvärmen under sommarhalvåret och egen elproduktion, som kan tillgodose en del av industriföretagets elbehov. Sedan har även hot för ett fortsatt användande av restvärme identifierats, vilken den första utgörs av kraftvärme och avfallsförbränning, som kan inverka negativt på energibolags incitament till att ingå och förnya avtal om restvärmeleveranser då bolagen inte vill riskera att drabbas av minskade intäkter från försäljning av el och elcertifikat eller från mottagande av avfall. Även förändringar i energipolitiken har identifierats som ett hot då exempelvis en ny beskattning på restvärme kan försämra förutsättningarna för både fortsatta och nya restvärmesamarbeten.

This report is a thesis for BTH in collaboration with the company Saab Kockums AB. In order to meet future environmental and economical demands, a vessel must reduce its fuel consumption to have a smaller climate impact and save money. Waste heat recovery systems (WHRS) captures the thermal energy generated from a process that is not used but dumped into the environment and transfers it back to the system. Thermal energy storage (TES) is the method of storing thermal energy which allows heat to be used whenever necessary. Some applications of TES are seasonal storage, where summer heat is stored for use in the winter or when ice is produced during off-peak periods and used for cooling later. The purpose of this study is to investigate the possibilities of utilising a vessel’s waste heat by converting thermal energy into electrical energy. This thesis also aims to investigate conditions for SaltX Technology’s nano-coated salt as a potential solution for thermal energy storage. Initially, the expectations and requirements a future WHRS were investigated in a function analysis. Continuously, the method consisted of a combination of a literature review and dialogue with stakeholders. The literature review was used as a tool to identify, select and study concepts of interest built on scientifically proven facts. Dialogues with stake holders were held as a complement to the literature study to find information. The study showed that an organic Rankine cycle has the highest efficiency for low-medium temperature heat and is therefore most suitable to recover thermal energy from the cooling water. The concept of a steam Rankine cycle is most suitable for recovering thermal energy from the exhaust gases for direct use.The study obtained conditions and important properties for storing thermal energy in salt for later use. Finally, the result showed that a Stirling engine is the most efficient concept for conversion of stored energy into electrical energy. The conclusions are that there are great possibilities for waste heat recovery on marine defence platforms. A Stirling engine for energy conversion in combinations with thermal energy storage shows most promise as a future waste heat recovery system on this type of marine platform. / Denna rapport är ett examensarbete för BTH i samarbete med företaget Saab Kockums AB. Arbetet utforskar möjligheterna att möta framtida miljömässiga och ekonomiska krav genom att låta fartyg minska sin bränsleförbrukning. System för återvinning av spillvärme (WHRS) fångar upp värmeenergi som vanligtvis kyls ner eller släpps ut i naturen och för den tillbaka till systemet. Termisk energilagring (TES) är metoder för lagring av värme som gör det möjligt att använda termisk energi när det behövs. Vissa applikationer av TES är säsongslagring, där sommarvärme lagras för användning på vintern eller när is produceras under vintern och används för kylning senare. Syftet med denna studie är att undersöka möjligheterna att utnyttja ett fartygs spillvärme genom att omvandla termisk energi till elektrisk energi. Detta examensarbete syftar också till att undersöka förhållandena för hur SaltX Technology’s nanobelagda salt kan användas som en potentiell lösning för lagring av termisk energi. Inledningsvis undersöktes WHRS:s förväntningar och krav i en funktionsanalys. Fortsättningsvis bestod metoden av en kombination av en litteraturstudie och dialoger med intressenter. Litteraturstudien användes som ett verktyg för att identifiera, välja och studera intressanta koncept baserade på vetenskapligt beprövade fakta. Dialoger hölls som ett komplement till litteraturstudien för att hitta information. Studien visade att en organisk Rankine-cykel har den högsta verkningsgraden för låg-medelhög temperatur och därför är bäst lämpad för att återvinna energi buren i kylvattnet samt att en ång-Rankine-cykel är bäst lämpad för att utnyttja energin från avgaserna för direkt användning. Studien erhöll förhållanden för termisk energilagring i salt samt viktiga parametrar för systemet. Slutligen visade resultatet att en Stirlingmotor är det mest effektiva konceptet för omvandling av lagrad energi till elektrisk energi. Slutsatserna är att det finns stora möjligheter för återvinning av restvärme på marina försvarsplattformar. En Stirlingmotor för energiomvandling i kombination med termisk energilagring visar störst potential som ett framtida system för återvinning av spillvärme på denna typen av plattformar.

Aus Thermalwässern mit Temperaturen nur wenig über der Kühltemperatur ist die Stromgewinnung bisher nicht wirtschaftlich. Ein neuartiger Konvektionsgenerator soll das ändern. Er lässt sich auch für insustrielle Rest- oder Abwärme einsetzen.