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
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.
Pågående
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.
Pågående
Projektet tar fram värmepumpsteknik anpassad till nya temperaturintervaller, installationslösningar för enklare och flexiblare installation och övervakningssystem för effektiv drift av storskaliga system. Projektresultatet medför att takten för utfasning av gas i Europa kan öka.
Pågående
Projektet avser sammanställning av kunskapsläget i Sverige rörande kylanläggningar och värmepumpar med köldmedium med låg växthuseffekt.
Pågående
Ecopack 2 syftar till att kunna hantera verkliga driftsfall med dynamiska förlopp och utveckla nödvändiga mät och styrmetoder för systemet.
En 3D-printad värmeväxlare i aluminium fylld med fasändringsmaterial, det har professor Viktoria Martin och kollegor från KTH provat fram i labbmiljö. Resultatet är en prototyp med både hög energitäthet och hög effekt. Nästa steg är att göra en installation på försök i ett riktigt ventilationssystem.
Hur stora är möjligheterna för flexibilitet i bostäder och hur ser husägare på att förändra sin komfort? Det undersöker Morgan Willis från Rise i projektet Bostäder för flexibilitet.
Värmepumpar skulle kunna bidra med efterfrågeflexibilitet till elnätet. Ett sätt kan vara med hjälp av en styrning via värmepumpstillverkarnas molnlösningar som kopplar ihop aggregatorer med enskilda värmepumpar. Men det finns flera utmaningar kvar att lösa, enligt Markus Lindahl från Rise, som leder studien Storskalig laststyrning av värmepumpar i elnätet.
Termoprojektet “Comfort and climate box” undersökte möjligheterna för småhusägare med värmepumpar i kombination med solpaneler att spara pengar genom att flytta energiförbrukningen i tid. Resultatet: Med 2019 års elpriser var förutsättningarna för detta begränsade – men med dagens elpriser och variationer finns nu helt andra möjligheter.
Värmepumpar är en av nyckellösningarna för att nå klimatmålet globalt. IEA HPT är ett internationellt forskningssamarbete kring värmepumpsteknik där Sverige deltar tillsammans med 16 andra länder för att utveckla nya lösningar. Inom samarbetet har en årsrapport tagits fram som ger en överblick över höjdpunkter under 2021 och pågående aktiviteter inom samarbetet.
När andelen el från förnybara källor ökar leder det till att tillgången på el varierar alltmer. Den varierande tillgången kombinerat med nytillkomna flaskhalsar i näten ökar behovet av flexibilitet i energisystemet. Med hjälp av värmepumpar och kylmaskiner kopplade till termiska nät som fjärrvärme, fjärrkyla och framtidens lågtempererade nät kan flexibiliteten i elnätet öka.
Ett webbinarium som presenterar hur olika teknik för energilagring kan bättre utnyttja förnybara energikällor
Ett webbinarium som presenterar värme, kyla och el 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.
