Modelling of a refrigeration plant for an establishment of a load forecast and optimisation of the plant

  • Breweries employ numerous heat-giving processes, especially during brewing and fermentation, so most breweries have industrial ammonia refrigeration plants, which work like classic refrigeration units. There, the gaseous ammonia gets compressed, condensed, and distributed to the applications where heat has to be taken out off. Here an expansion valve reduces pressure so the liquid ammonia can absorb the heat from the process fluid to be cooled, evaporating the liquid ammonia. At this point, the ammonia, carrying latent and sensible heat, is sucked back to the compressors, and the cycle begins again. This thesis analyses the ammonia refrigeration plant of the brewery Göss, one of the largest breweries in Austria, which requires about 20% of electrical energy and consumes nearly one quarter of the brewery’s water usage. Currently, rising energy costs necessitate making the refrigeration plant more efficient. Hence, research should investigate the future cooling capacity load of the plant to discover how to make the cooling process operate more efficient. To discover how the system operates, this thesis elaborates on the basic theoretical foundation of refrigeration plants and their thermodynamic fundamental principle. To create the mentioned forecast, this study examines process recordings and evaluations of the main consumers cooling demand. These selected apparatuses are the external beer cooler, the brew water cooler for cooling the hot wort, which is the beer mixture before the fermentation and the fermentation process itself in two different types of tanks. Using these data, the researcher creates abstracted load forecasts for these consumers to control the delivering pumps of liquid ammonia to the right amount of mass flow. Subsequently, the process recordings of the fermentation tanks are divided into four different process phases. These stages need various quantities of cooling fluid, and the last stage, the main cooling and draining phase, requires the largest amount of liquid ammonia delivered. Finally, the external beer cooler and brew water cooler are investigated as recurring and evenly ongoing processes so that they are predictable in the cooling load. In closing, the researched recordings provide an overview and abstracted view of the cooling load required by the selected consumers. Additionally, further investigation could investigate the possibility of controlling distributing pumps to deliver the sufficient amount of refrigerant medium, at the right time, in a more efficient way.
  • Brauereien besitzen viele wärmeabgebenden Prozesse, vor allem während des Brauvorganges und der Gärung, sodass die meisten Brauereien industrielle Ammoniak Kälteanlagen, gleich funktionierend wie konventionelle Kälteanlagen, im Einsatz hat. Der Vorgang dabei ist, dass das gasförmige Ammoniak verdichtet, kondensiert und flüssig zu Anwendungen mit notwendiger Kühlung verteilt wird. An der Anwendungsstelle wird das Ammoniak über ein Expansionsventil druckreduziert, sodass dieses die thermische Energie von einem anderen Prozessmedium aufnehmen kann. Durch diesen Wärmeübertragungsprozess verdampft das Kühlmedium und wird wieder über die Saugleitung in die Kompressoren eingesaugt. Diese Arbeit analysiert die Kälteanlage der Brauerei Göss, eine der größten Brauereien Österreichs, welche über 20 % der elektrischen Energie und fast ein Viertel des Wasserverbrauchs der Brauerei benötigt. In diesen Zeiten ringen steigende Energiekosten dazu, die Kälteanlage effizienter zu machen. Daher sollte diese Untersuchung die zukünftige Kühlungskapazität und -last der Anlage ermitteln, um den Kühlungsprozess zu optimieren. Um zu verstehen, wie das System generell funktioniert, geht diese Arbeit auf das grundlegende Basiswissen von Kälteanlagen und thermodynamischen Hintergrund ein. Um diese Prognose der Kältelast zu erstellen, werden Daten und Prozessaufnahmen der Hauptkältemittelverbraucher generiert. Diese Aggregate und Prozesse umfassen den externen Bierkühler, den Brauwasserkühler, welcher kaltes Wasser zur Kühlung der Heißwürze bereitet, und den Gärungsprozess selbst in den beiden unterschiedlichen Gärtanktypen. Mit diesen Daten werden abstrahierte Kältelastprognosen für diese Verbraucher erstellt, um die Verteilpumpen des flüssigen Ammoniaks für die richtige Menge am richtigen Ort zu steuern und zu regeln. Die Aufnahmen der Gärtanks werden dabei in vier Prozessphasen unterteilt. Diese unterscheiden sich im Aufwand der Kältelast, wobei der letzte Schritt – das eigentliche Kühlen und Entleeren des Tanks – am meisten Ammoniak zur Kühlung benötigt. Der externe Bierkühler, sowie der Brauwasserkühler sind als wiederkehrende gleichmäßige Prozesse erkennbar, sodass diese vorhersehbar und prognostizierbar in ihrem Einsatz und der Kältelast sind. Zusammenfassend bieten die erstellten Prognosen einen Überblick und abstrahierten Ansichtspunkt der notwendigen Kühllasten der gewählten Aggregate. Zusätzlich sollen zukünftige Untersuchungen die Verteilung von flüssigem Ammoniak untersuchen, um die Anlage damit effizienter zu gestalten.

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Metadaten
Author(s):Wolfgang Jast
DOI:https://doi.org/10.58023/145
Referee:Markus Kleinhappl
Advisor:Markus Kleinhappl
Document Type:Master's Thesis
Language:English
Year of Publication:2023
Publishing Institution:FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Granting Institution:FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Release Date:2024/05/10
GND Keyword:Kältetechnik
Page Number:ii, 87
Institutes:Automatisierungstechnik-Wirtschaft
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 621 Angewandte Physik
BKL-Classification:52 Maschinenbau, Energietechnik, Fertigungstechnik / 52.43 Kältetechnik
Open Access:ja
Licence (German):License LogoBundesgesetz über das Urheberrecht an Werken der Literatur und der Kunst und über verwandte Schutzrechte (Urheberrechtsgesetz)