The transition from fluorinated gases to natural refrigerants could be key to reducing the impacts of climate change. Ice rinks are energy-intensive buildings, with large heating and cooling demands. The pumping power required to move the secondary refrigerant typically accounts for a sizable amount of the energy use of the refrigeration system. The use of aqua ammonia as a secondary fluid shows promising results, with pumping power use of about half that required of ethylene glycol, environmental friendliness, and low corrosivity to steel components. Aquaammonia is still novel but is currently in usein 34 Swedish ice rinks. This thesis addresses questions regarding evaporation rates, performance, material compatibility, safety, and regulations of aqua ammonia in ice rink systems. Laboratory tests were performed to assess aqua ammonia evaporation rates during storage and operations. Long-duration concentration change, in well-sealed and well-stored containers, indicated low levels of evaporation for all tested concentrations samples. Short-term concentration in open-air conditions, indicated rapid rates of evaporation, with nearly full evaporation of all ammonia concentration occurring within only 90seconds of open-air exposure. Testing of sample-mixtures containing contamination by substances aquaammonia was likely to encounter during retrofit replacement situations determined that aquaammonia and calcium chloride produce flakey sedimentation. Additionally, lower concentrations of aquaammonia are slightly more prone to becoming basic when mixed with the tested substances, such as calcium chloride. Historical data of systems operating with aquaammonia were analyzed for energy performance. While pumping requirements typically account for 10-20% of the energy for refrigeration, the pumps of the rinks studied with aqua ammonia accounted for only 1.2 to 4.2%. However, data availability and system configuration anomalies suggest additional analyses are required. Furthermore, best operating, maintenance, and safety practices were analyzed and global regulatory restrictions were examined. Surveying of manufacturer material compatibility information found copper and brass to be incompatible with aqua ammonia, while steel and carbon steel are recommended. Various plastics were addressed by the manufacturers, notably PVC was found to be acceptable for use with aqua ammonia. A cost comparison between aqua ammonia and calcium chloride found aqua ammonia to require less expensive equipment. Finally, aqua ammoniawas determined to fall outside of the classification of refrigerants in several international refrigeration codes. Various additional safety regulations guiding personal protective equipment, exposure times, transportation, storage, and disposal regulations were catalogued as part of this work. In summary, aqua ammoniawas found to be a safe substance with performance that matches theoretical energy savings. Pumping requirements were reduced from 10-20% to approximately 1-5% of overall refrigeration system energy use. Necessary safety precautions were found to be much less stringent than high concentrations of ammonia and aqua ammonia was ascertained to fall outside of refrigeration codes in Europe, Canada, and the United States of America. / Övergången från fluorerade gaser till naturliga köldmedier kan vara nyckeln till att minska effekterna av klimatförändringen. Isbanor är energikrävande byggnader med stora värme-och kylbehov. Den pumpeffekt som krävs för att pumpa köldbärare står vanligtvis för en stor mängd energianvändning i kylsystemet. Användningen av ammoniakvatten som köldbärare visar lovande resultat, med användning av pumpeffekt på ungefär hälften som krävs av etylenglykol, miljövänlighet och låg korrosion för stålkomponenter. Ammoniakvattenär fortfarande ny men används för närvarande i 34 svenska isbanor. Detta exjobb behandlar frågor om avdunstningshastigheter, energiprestanda, materialkompatibilitet, säkerhet och föreskrifter för ammoniakvatten i isbanasystem. Laboratorietester utfördes för att bedöma avdunstningshastigheter för ammoniakvatten under lagring och drift. Långvarig koncentrationsförändring, i väl tillslutna och välförvarade behållare, indikerade låga nivåer av avdunstning för alla testade koncentrationsprover. En kortvarig koncentration under friluftsförhållanden indikerade snabba avdunstningshastigheter, med nästan full avdunstning av all ammoniakkoncentration inom endast 90 sekunder efter exponering. Testning av olika ammoniakvatten lösningar som innehåller föroreningar skulle sannolikt påträffas vid byte av köldbärare. Dessutom är lägre koncentrationer av ammoniakvatten lite mer benägna att bli basiska när de blandas med de testade ämnena. Historiska data för system som arbetar med ammoniakvatten analyserades med avseende på energiprestanda. Medan pumpeffekten vanligtvis står för 10-20% av kylenergin, pumparna för de studerade isbanorna med ammoniakvatten behövde bara för 1,2 till 4,2%av kylenergi. Datatillgänglighet och systemkonfigurationsavvikelser föreslår dock att ytterligare analyser krävs. Dessutom analyserades bästa metoder för drift, underhållning och säkerhet och globala regleringsbegränsningar. Kartläggning av tillverkarens materialkompatibilitetsinformation visade att koppar och mässing var oförenliga med ammoniakvatten, medan stål och kolstål rekommenderas. Olika plast och packning materialbehandlades, särskilt PVC var acceptabelt för användning med ammoniakvatten. En kostnadsjämförelse mellan ammoniakvatten och kalciumklorid köldbärare visade att ammoniakvatten krävde billigare utrustning. Slutligen visades det att ammoniakvatten faller utanför klassificeringen av köldmedier i flera internationella kylnormer. Olika ytterligare säkerhetsreglersom styr personlig skyddsutrustning, exponeringstider, transport, lagring och bortskaffande föreskrifter katalogiserades som en del av detta arbete. Sammanfattningsvis visade ammoniakvatten vara ett säkert ämne med prestanda som matchar teoretiska energibesparingar. Pumpeffekten minskade mellan 10-20% och 1-5% av den totala energianvändningen i kylsystemet. Nödvändiga säkerhetsåtgärder visade sig vara mycket mindre stränga än att höga koncentrationer av ammoniak och ammoniakvatten konstaterades falla utanför kylnormeri Europa, Kanada och USA.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-289392 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Pierri, Jacqueline |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:10 |
Page generated in 0.0029 seconds