Vid KTH har en speciell struktur utvecklats som typiskt kan ge tre graders högre förångningstemperatur, dvs en minskad energianvändning med mellan 5 och 10% för anläggningen. Värmeövergångstalet har visats kunna ökas med en faktor tio.
I värmepumpar och kylanläggningar absorberas värme i förångaren genom att ett köldmedium kokar. Genom att förse förångarnas ytor med en porös ytstruktur kan man få vätskan att koka lättare. Det betyder att det behövs mindre temperaturdifferens mellan ytan och vätskan för att den ska börja koka. Den porösa ytan kan på det sättet ge effektivare värmepumpar och kylanläggningar. Projektet handlar om hur den porösa ytan ska utformas för att ge bäst effekt på värmepumpens värmefaktor.
I tidigare projekt har vi visat att en effektiv porös yta för förbättring av värmeövergången vid kokning kan skapas med hjälp av elektrodeposition av koppar på värmeväxlarens ytor vid hög strömstyrka. Detta görs genom att förångarytan sänks ner i en elektrolyt med kopparjoner och elektrisk ström får tvinga jonerna till ytan där de faller ut som små sammankopplade korn av metallisk koppar varpå en dendritisk, trädlik, struktur bildas. Vid högre strömstyrka utvecklas vätgas och när man tittar på processen ser det ut som om elektrolyten kokar. Vätgasen bildar, när den lämnar ytan, porer i den dendritiska kopparstrukturen. När ytan senare används som förångare kommer varje sådan por att bilda en nukleeringspunkt för bubblor.
Även om vi tidigare visat hur strukturen kan skapas återstår ytterligare forskning för att identifiera hur strukturen ska utformas för att ge bäst effekt för ett givet köldmedium och för givna förhållanden i övrigt. Hur stora ska porerna vara? Hur tjock ska den porösa strukturen vara? Hur tät ska den vara? Och hur styr man processen för att uppnå de egenskaper man vill ha? Slutligen, och viktigast ur ett vetenskapligt perspektiv, hur kan vi förstå att den porösa ytan ger så mycket bättre värmeövergång? Kan vi skapa en modell som utifrån mätbara parametrar ger en uppskattning av värmeövergångstalet?
De ytor som tidigare testats har visats kunna ge mer än tio gånger högre värmeövergångstal än en tekniskt slät yta. Detta kan typiskt betyda 2 – 4 grader högre förångningstemperatur, vilket i sin tur innebär mellan 5 och 10 procent högre värmefaktor/köldfaktor för anläggningen.
Elenergiförbrukningen för en värmepump eller kylanläggning är kraftigt beroende av temperaturdifferensen mellan förångning och kondensering. Typiskt minskar elanvändningen med 2% per grads minskning av differensen. Genom att använda speciella ytstrukturer i förångaren kan förångningstemperaturen höjas.
Vid KTH har en speciell struktur utvecklats som typiskt kan ge tre graders högre förångningstemperatur, dvs en minskad energianvändning med mellan 5 och 10% för anläggningen. Värmeövergångstalet har visats kunna ökas med en faktor tio. Ytstrukturen tillverkas genom elektrodeposition av koppar vid hög strömstyrka. Beläggningens kvalitet bestäms av flera olika parametrar, såsom strömstyrka, tid för depositionen, koncentration och typ av elektrolyt, geometri för ytan. Porositeten kan också anpassas för olika köldmedier.
I detta projekt vill vi optimera geometrin för det porösa skiktet med avsikt att ytterligare förbättra prestanda genom att systematiskt ändra olika parametrar i tillverkningsprocessen.
Porösa ytor för prestandaförbättring för värmepumpar och kylanläggningar
KTH, Inst Energiteknik, Avd Tillämpad termodynamik och kylteknik
Deltagande aktörer: Danfoss
Björn Palm
51545-1
Pågående
Projektet "Uthållig geotermisk energi för framtiden" ska utveckla maskininlärningsmodeller för akvifär termisk lagring, ATES. Målsättningen är att förbättra drift och styrning av geotermisk energi.
Pågående
I december inleds ett nytt Termoprojekt för att optimera industriella värmepumpar med naturliga köldmedier. Forskare från KTH ska ta fram värmeväxlare som minimerar köldmediefyllningen – och samtidigt bibehåller hög termisk prestanda. Projektledaren Jens Fridh hoppas att projektet kan få stor betydelse för att få bort fossila bränslen inom Europas fjärrvärmesektor.
Pågående
Projektet ska öka förståelsen för tvåfasströmning vid förångning och kondensation i platta kanalgeometrier, av liknande typ som som är vanliga i plattvärmeväxlare. Ett av de konkreta målen är att visa upp kanaler som kan öka värmefaktorn med minst 10 procent.
Avslutad
Projektet studerar hur förväntat kylbehov kommer att utvecklas hos nya och framtida stadsdelar bestående av Nära Noll Energi-Byggnader (NNEB) då den termiska prestandan hos klimatskärmen kommer att förbättras.
Avslutad
Projektet projekt fokuserar på energianvändning och energieffektiva lösningar för ett typiskt skol/campusområde i den besökta regionen i Kina. Som referensfall användes värme- och varmvattensystemet i ett studenthem på ett campusområde beläget i staden Guiyang.
Pågående
Projektets syfte är att utveckla och förbättra den kunskap som krävs för säker användning av brandfarliga köldmedier i kyl- och värmepumpsystem.
Avslutad
Projektet avser att experimentellt verifiera metoder med syfte att få hög systemeffektivitet hos CO2-baserade kyl- och värmepumpssystem då dessa system förväntas att öka de kommande åren som följd av implementering av F-gasförordningen.
Avslutad
Projektet avser att studera ett värmepumpssystem och effektivisera den ur både energi- och eleffektsynpunkt. Detta kommer att ske bl a genom att utveckla en ventilationsåtervinningsvärmeväxlare och utvärdera systemets funktionalitet och effektivitet experimentellt, samtidigt som teoretiska modeller för dess funktion utvecklas.
Pågående
Projektet ska undersöka hur optimeringen av köldbärarflödet i bergvärmeanläggningar kan leda till energibesparingar och öka prestandan med 10–40 procent. Det görs genom modellering, studier av statistiska parametrar samt validering genom experiment i KTH:s Live-in Lab ihop med data från befintliga anläggningar.
Pågående
Projektet syftar till att bygga internationell kunskap om resurseffektiv torkning med värmepumpsteknik. I projektet kommer man att samla in svenska fallstudier med fokus på industriell torkning, främst inom skog, massa/papper och jordbruk/livsmedel.
Termoprogrammets nya etapp 2 gick som en röd tråd genom konferensen Värme- och kyladagen som arrangerades i Stockholm den 13 november. Den öppnades av Energimyndigheten, som påminde om värme och kylas viktiga roll i energiomställningen. Omkring 120 personer var på plats, klart fler än Termoprogrammets tidigare konferenser.
Energimyndigheten vill påskynda omställningen till ett hållbart och robust energisystem. Myndigheten har utlyst 45 miljoner kronor för etablering av innovationskluster.
– 3D-printing är en fantastisk tillverkningsmetod, den öppnar för geometrier som inte varit möjliga att skapa på ett vettigt sätt tidigare. Det säger professor Björn Palm på KTH, som är mitt uppe i ett Termoprojekt för att utveckla kompakta och effektivare värmeväxlare.
Kemi och materialstruktur på nanometernivå minskar frostbildningen och ökar effektiviteten i luftvärmepumpar, enligt ett Termoprojekt från Rise. Resultatet öppnar för att luftvärmepumpar kan användas i kalla klimat i större utsträckning.
En investering i energieffektivisering på 15 miljarder kronor kan spara elkonsumenterna närmare 100 miljarder kronor per år, genom minskad och flyttad elförbrukning. Flexibel drift av vattenburna värmepumpar kan tillgängliggöra mer än 10 procent av Sveriges maximala effektbehov en kall vinterdag. Den uppskattningen gör Björn Berg, vd på Ngenic.
85 procent mindre fel för ett beräkna det dimensionerande effektbehovet i ett fjärrvärmenät, det uppger Johan Kensby på Utilifeed att de kan uppnå. Med deras metod vill de hjälpa energiföretag att fatta klokare investeringsbeslut.
I år fyller uppvärmningsbranschens Färdplan för fossilfri konkurrenskraft fem år. De lägst hängande frukterna är genomförda inom värmebranschen, det som återstår är både svårt och dyrt. Det säger Kjerstin Ludvig från Profu som på nästa Termowebbinarium presenterar de största utmaningarna för branschen att bli fossilfri.
Digitaliseringen öppnar för nya affärsmodeller och energidelning. Utmaningarna ligger i regelverk som hindrar effektivt utnyttjande av data från värmepumpar. Det anser Davide Rolando från KTH, som presenterar ett Termoprojekt om internet of things på nästa Termowebbinarium den 5 december.
Med maskininlärning har Qian Wang och hans kollegor på KTH skapat en modell för att prognosticera efterfrågan av värme i bostadsområden. Men han vill se mer samarbete mellan forskare och fjärrvärmebolag för att kunna förstå hur nya affärsmodeller kan integreras i branschen.
Energimyndigheten siktar på att förlänga Termoprogrammet med minst fyra år, beslut kommer sannolikt före årsskiftet. Det framkom under Termodagen den 19 oktober. Hitta alla presentationer från dagen här.
Den 13 november arrangerar forskningsprogrammet Termo en heldagskonferens om värme och kylas roll i energiomställningen i Stockholm. Under dagen kommer resultat från forskningsprojekt både inom och utom Termo att presenteras, liksom nya projekt från Termos programförlängning varvat med externa talare. Anmälan är nu stängd.
Ta del av resultat från projekt som utvecklar luftvärmepumpstekniken genom att minska frostuppbyggnaden och utnyttja 3D-utskrift för att skapa innovativa värmeväxlare.
Kom och lyssna på hur fjärrvärmeföretag kan optimera sina investeringar respektive potentialen för flexibilitet i befintliga värmepumpar.
Webbinarium där internet of things för värmepumpar och maskininlärning för fjärrvärme presenteras.
Den 19 oktober kommer Termodagen 2023. Forskare inom värme och kyla har stor betydelse för att sprida kunskap till politiska beslutsfattare och samhället i stort. Kunskapen som kommer fram inom Termo ska bidra till att utforma framtidens energisystem. Under den här dagen vill vi öka engagemanget och möjligheten till samverkan.
Digital workshop där Energimyndigheten informerar om sina tankar kring strategin för framtidens värme och kyla.
Ett webbinarium som presenterar hur olika tekniker för energilagring bättre kan utnyttja förnybara energikällor
Ett webbinarium som presenterar värme, kyla och flexibilitet som en del av framtidens energisystem.
Flera av Termoprogrammets projekt anknyter till teknologier som främjar sektorkoppling och flexibilitet i systemet – till exempel värmepumpar. Det belystes under det här webbinariet.
