University of Tennessee Center for Industrial Services Energy - PowerPoint PPT Presentation

University of Tennessee 
 Center for Industrial Services Energy Assessments “Home & Business”

Today’s Topics ➢ HVAC ➢ Insulation ➢ Chillers and Towers ➢ Renewable Energy Sources ➢ Lighting ➢ Solar Heating ➢ Pumps & Motors ➢ Photovoltaic (solar cells) ➢ Ventilation & Fans ➢ Geothermal ➢ Water Conservation

What is Energy Assessment….. • Help understand energy use – Home or Business – what’s the difference? – Heating & Cooling • Electrical power • Natural gas – Lighting systems – Windows and doors – Insulation & building envelops – Significant energy users

Why is it Important …… • Significant increases in cost – Rising fuel surcharges – Vulnerable energy supplies – Population growth / limited supply – Environmental pollution – Simply the right thing to do – Economic benefit – monetary drivers

How do you accomplish ……. • Identify energy & waste – system waste = costs (needless) – improvement opportunities – planning - current / future strategies • ID what to do, options & approaches • Plan / implement savings opportunities – Oriented to $’s, Pain, & Worry

Project Savings Quiz • Quantity: (1) 5 HP electric motor • Operations: 24 hours/day; 7 days / week • Electric rate: $ 0.095 per kWH • Annual Cost: a) $ 387 b) $ 775 $0.862 ¡ ¡ c) $ 1,550 Per ¡HP ¡-­‑ ¡Hr. d) $ 3,100 Correct ¡answer e) $ 6,200

Lighting Systems Quiz • Quantity: (100) Halogen lamps & ballast • Operation: 400 watt (50 watt ballast); ½ day; 7 days • Electric rate: $ 0.095 per kWH • Annual Cost: a) $ 3,725 b) $ 7,550 c) $ 11,575 $ ¡4.27 ¡ ¡ d) $ 15,600 per ¡Hour e) $ 18,725 Correct ¡answer

Lighting Project Example • Quantity: (100) HBF Replacements • Operation: Lower Watts; no ballast; ½ day; 7 days • Electric rate: $ 0.095 per kWH • Annual Cost: a) less than $ 1,000 b) $ 1,150 25 ¡to ¡50% ¡ ¡ LED ¡Technology ¡ c) $ 2,300 164 ¡Watts ¡/ ¡unit ¡ Saved $1.55 ¡/ ¡hour ¡ ¡ d) $ 4,680 versus ¡ Correct ¡answers e) $ 9,350 $4.27 ¡/ ¡hour Correct ¡answers f) $11,890 Correct ¡answers

Energy Consumption Integral ¡Calculus: ¡ dy ¡= ¡ ∫ ¡ (0.2345x 6 ¡+ ¡12.099x 5 ¡-­‑ ¡212.93x 4 ¡+ ¡1569.9x 3 ¡-­‑ ¡4770.2x 2 ¡+ ¡7109.7x ¡+ ¡20920) ¡dx Power ¡ConsumpDon ¡ ¡-­‑ ¡Electrical ¡Average ¡Cost $ ¡ 44,000 $ ¡ 39,111 HVAC ¡Energy ¡Consumption $ ¡ 34,222 HVAC ¡Cost $ ¡ 29,333 $90,000 ¡Annual $ ¡ 24,444 Air ¡Handlers ¡for ¡the ¡building $ ¡ 19,556 Power ¡for ¡Lights, ¡Electronics, ¡ $ ¡ 14,667 Motors, ¡and ¡other ¡Electrical ¡ Systems $ ¡ 9,778 $ ¡ 4,889 $ ¡ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Jan Jun Dec

Natural Gas - Heating ConsumpDon ¡ ¡of ¡Natural ¡Gas ¡-­‑ ¡Monthly ¡Average ¡Cost $ ¡ 17,000 y ¡= ¡-­‑0.7312x 6 ¡+ ¡30.397x 5 ¡-­‑ ¡486x 4 ¡+ ¡3745.2x 3 ¡-­‑ ¡13965x 2 ¡+ ¡20615x ¡+ ¡5194.2 R² ¡= ¡0.9724 $ ¡ 12,750 Building ¡Heat Heating ¡Cost $26,900 ¡Annual $ ¡ 8,500 Heat ¡for ¡Hot ¡Water ¡(Showers, ¡ ¡ $ ¡ 4,250 Kitchen, ¡& ¡Laundry) ¡plus ¡ ¡Heat ¡for ¡ ¡ Laundry ¡Dryers $ ¡ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Jan Jun Dec

Why are You Here? “Tree ¡Hugger” “Don’t ¡Know” “Energy ¡Strategy” $$$$$$$ “High ¡Cost ¡of ¡Energy”

Introductory Perspectives Transformations ¡are ¡generally: • 10% ¡concepts ¡ ¡ • 90% ¡practical ¡application ¡ – 20-­‑to-­‑1 ¡payback ¡ • No ¡expensive ¡& ¡advanced ¡solutions ¡ – simple, ¡effective, ¡low-­‑cost, ¡and ¡quick

Introductory Perspectives Not ¡just ¡about ¡energy ¡equations ¡and ¡numbers ¡ � • People ¡are ¡greatest ¡factor 
 in ¡saving ¡energy 
 • People ¡must ¡be ¡engaged ¡and 
 informed ¡about ¡energy 
 • People ¡must ¡be ¡involved ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡at ¡all ¡levels ¡of ¡the ¡organization

People are the Most Important 
 Factor for Saving Energy • Some people are more excited about energy efficiency than others • Even the barely-excited 
 people will contribute small 
 energy-saving ideas • When the most-excited 
 people get involved, big 
 energy savings occur Energy teams of excited 
 • people are the best way to achieve energy savings. 
 Each success occurs by doing an energy-saving event


 Heating, Ventilation & 
 Air Conditioning (HVAC) Low-­‑cost ¡energy ¡solutions ¡with ¡high ¡payback

Definition H ¡= ¡Heating ¡ V ¡= ¡Ventilating ¡ A ¡= ¡Air ¡ C ¡= ¡Conditioning � � � Air-Handling units (ventilation) are covered later

Why Care About HVAC? • HVAC ¡systems ¡provide ¡heating, ¡cooling, ¡humidity ¡ control, ¡filtration, ¡fresh ¡air ¡(indoor ¡air ¡quality), ¡ building ¡pressure ¡control, ¡and ¡comfort ¡contro l • HVAC ¡systems ¡are ¡essential ¡for ¡employee ¡productivity ¡ and ¡product ¡quality ¡ • HVAC ¡systems ¡are ¡the ¡single ¡largest ¡energy ¡ expenditures ¡in ¡an ¡energy ¡bill ¡(approx. ¡50%) ¡for ¡ buildings ¡

Why Care About HVAC? Heat ¡Transfer ¡& ¡ ¡Heat ¡ Generation ¡in ¡Buildings Monitoring, ¡adjusting, ¡and ¡controlling ¡HVAC ¡systems ¡achieve ¡significant ¡ savings ¡in ¡your ¡energy ¡bill.

Psychrometric Chart Indoor ¡ASHRAE ¡Comfort ¡ Conditions ¡ ¡ (American ¡Society ¡of ¡ 
 Heating, ¡Refrigerating, ¡and ¡ 
 Air-­‑Conditioning ¡Engineers) Note: See tighter comfort windows on next slide based on ASHRAE people survey.

Psychrometric Chart Tighter recommended conditions for indoor comfort based on survey of people per ASHRAE Standard 55 Thermal Environmental conditions for Human Occupancy Summarize as a Table of Indoor Comfort Conditions 70° winter 76° summer 
 example on next slide


 
 
 
 
 
 R 22 – Current $90 / lb. “We ¡currently ¡have ¡AC ¡that ¡uses ¡R22. ¡ ¡What ¡are ¡requirements ¡ and ¡what ¡actions ¡should ¡we ¡be ¡taking ¡to ¡change ¡over?” ¡ 
 • Requirements ¡in ¡the ¡USA ¡ (future) ¡ from ¡EPA ¡website: ¡ ¡ www.epa.gov/ozone/title6/phaseout/hcfcfaqs.html ¡ “You ¡can ¡still ¡use ¡R22 ¡for ¡servicing ¡existing ¡AC ¡and ¡refrigeration ¡ until ¡2020 ¡but ¡no ¡R22 ¡in ¡new ¡equipment ¡after ¡January ¡1,2010.”

Why Care About 
 Chillers and Cooling Towers? • Many ¡buildings ¡have ¡both ¡chillers ¡and ¡cooling ¡towers ¡ – chillers ¡and ¡cooling ¡towers ¡use ¡energy – opportunities ¡to ¡save ¡energy 
 • Chillers ¡ – Prevalent ¡in ¡office ¡buildings • largest ¡single ¡energy-­‑consumer ¡ • large ¡motors ¡typical ¡(25 ¡to ¡125 ¡HP)


 
 Typical Chiller & Cooling Tower Typical cooling tower and chiller - commercial 
 office building 
 Note: Municipal Buildings 
 chillers and cooling towers generally larger

“Air ¡Cooled ¡System” Freon ¡Boiling ¡Point ¡ ¡ Varies ¡based ¡on ¡refrigerant ¡ Heat ¡Removal (-­‑46 ¡to ¡-­‑35 ¡deg ¡C); ¡ � Water ¡freezes ¡at ¡0 ¡deg ¡C “ Condenser ” High ¡Pressure ¡ � Hot ¡Gas High ¡Pressure ¡ � Cool ¡Freon ¡ “Reservoir” Liquid Gas Liquid Motor ¡& ¡Fan 250 ¡PSI 250 ¡PSI 100 ¡PSI Low ¡ Pressure ¡ Expansion ¡Valve Liquid/Gas Motor Low ¡Pressure ¡ � Cold ¡supply Hot ¡Gas “ ¡Process” WWWWWW “Compressor” WWWWWW Hot ¡return “ Evaporator ”

Freon ¡Boiling ¡Point ¡ ¡ “Water ¡Cooled ¡System” Varies ¡based ¡on ¡refrigerant ¡ (-­‑46 ¡to ¡-­‑35 ¡deg ¡C); ¡ Hot ¡Water ¡ ¡ � “ Condenser ” Return Water ¡freezes ¡at ¡0 ¡deg ¡C High ¡Pressure ¡ � Hot ¡Freon ¡ High ¡Pressure ¡ � Gas Cool ¡Freon ¡ “Reservoir” Liquid Cool ¡Water ¡ Gas Supply Liquid 250 ¡PSI 250 ¡PSI 250 ¡PSI 100 ¡PSI 100 ¡PSI Low ¡ Pressure ¡ Expansion ¡Valve Expansion ¡Valve Liquid/Gas Motor Low ¡Pressure ¡ � Cold ¡supply Hot ¡Gas “ ¡Process” WWWWWW “Compressor” WWWWWW Hot ¡return “ Evaporator ”

Example – Efficiency Savings • Energy Efficiency (COP = 4) versus (COP = 2) Calculation Basis: • 100 ton chiller operating 8,700 hours (round the clock) • 6 cents per KWh, • electric motor • 1 KWh = 3,413 BTU’s per hour • COP = 4; annual operating cost = $45,900 • COP = 2; a nnual operating cost = $91,800 Double ¡the ¡COP; ¡cut ¡the ¡energy ¡bill ¡by ¡½ ¡