Avslutad

Porösa ytor för bättre förångare i värmepumpar och kylanläggningar

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.

Sammanfattning

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.

Sammanfattning

Projektnamn

Porösa ytor för prestandaförbättring för värmepumpar och kylanläggningar

Organisation

KTH, Inst Energiteknik, Avd Tillämpad termodynamik och kylteknik
Deltagande aktörer: Danfoss

Projektledare

Björn Palm

Energimyndighetens projektnummer

51545-1

Relaterade projekt

Se alla projekt

Pågående

Nytt projekt ska optimera industriella värmepumpar: ”Stor exportpotential”

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.

Avslutad

Propac Control

Projektet Propac Control adresserar utmaningarna med system för luftkonditionering med mycket liten köldmediemängd i förhållandet till köldmedieflödet. En felfördelning av köldmedium riskerar att skada komponenterna, försätta systemet i ett svängningstillstånd och minska verkningsgraden. Projektet ska utveckla och utvärdera strategier för kontrollsystem som hanterar dessa problem.

Avslutad

Ekopack

EkoPack-projektet har visat på möjligheterna att kraftigt reducera köldmediemängden i kyl- och värmepumpssystem och samtidigt upprätthålla energieffektiviteten. Därmed öppnas möjligheten att använda naturliga köldmedier i fler applikationer som tidigare har varit begränsade utifrån riskbedömningar i gällande säkerhetsstandarder.

Avslutad

3D-printing av värmeväxlare

Genom att tillverka värmeväxlare i 3D-printing kan man släppa de flesta restriktionerna relaterade till tillverkningen och tillåtas att tänka helt fritt. Det innebär helt nya möjligheter och initierar nya tankar om hur en värmeväxlare bör utformas. Vi kommer att utforma nya geometrier och optimera dem med hjälp av datorsimuleringar.

Pågående

Cirkulär teknisk-ekonomisk analys av energilagring

Projektet är ett delprojekt för den svenska delen i annexet “Economics of Energy Storage – EcoEneSto” inom IEA TCP Energy Storage. Målet är att ta fram modell för utvärdering av den tekniska prestandan tillsammans med ekonomisk genomförbarhet i dem integrerade energilagrings tillämpningarna, som uppvärmning, kylning, integrering av förnybar energi, med fokus på att förbättra systemeffektiviteten.

Avslutad

Framtidens köldbärare

I det här projektet söker vi nya förbättrade lösningar för framtidens köldbärare som ger en hög energieffektivitet för systemen de används i, och en liten miljöpåverkan. Projektet är en fortsättning på tidigare forskning som resulterat i referenslitteratur om köldbärare som nu används internationellt.

Pågående

Högupplöst mappning av fjärrvärmekällor

Med denna studie vill vi utveckla ett högupplöst geografiskt informationssystem, som kan kartlägga potentialen för de förnybara och återvinningsbara värmekällorna, och analysera kostnadseffektiva sätt att matcha källorna och möjligheter till säsongslagring med byggnadernas värmebehov.

Pågående

Hybrid control for next-generation heating and cooling

This project aims to develop novel approaches technically to the design and evaluation of advanced controls for such heating and cooling systems and contribute to standard guidelines for their implementation.

Avslutad

Köldmedier för högtemperaturvärmepumpar med låga växthuseffekter

De senaste tio åren har forskningen på värmepumpar och kylmedier intensifierats och nya möjligheter för att höja kvaliteten på spillvärme till industriellt och kommersiellt intressanta temperaturer har öppnats upp. Här finns det stora möjligheter att kunna knyta den forskningen till praktiska tillämpningar som är av betydelse för en stor del av fastighetssektorn, process-, papper, cement och mejeriindustrin i Sverige.

Avslutad

Miljövänliga köldmedier

Projekt handlar om att utreda för- och nackdelar med köldmedier med låg växthuseffekt, både naturliga och syntetiska. En del av arbetet innebär att delta i ett internationellt samarbete inom ramen för IEA Heat pump technology, Annex 54, där erfarenheter av dessa köldmedier samlas in och systematiseras.

Avslutad

Lantbrukseffekten

Jordbrukens värme- och kylanläggningar har möjlighet att leverera överskottsel genom reglerbar elproduktion och därmed vara med och lösa de regionala och lokala effektbrister som flera tillväxtregioner upplever. Målet är att analysera den tekniska och ekonomiska potentialen för lantbrukssektorn i Skåne att bidra som flexibilitetsresurs och stötta elnätet.

Relaterade Nyheter

Se alla nyheter

22
dec

Fel val av smörjmedel kan korta värmepumpars livslängd

Valet av smörjmedel spelar en avgörande roll för hur hållbara och effektiva framtidens högtemperaturvärmepumpar blir. Tester visar att vid höga temperaturer kan kemiska reaktioner leda till att köldmediet och smörjmedlet i värmepumpen bryts ner och kan förkorta värmepumpens livslängd, enligt en ny rapport från KTH. Det gäller till exempel industriella värmepumpar och klimatanläggningar i bilar.

10
mar
Från vänster: Willem Mazzotti Pallard, Alberto Lazzarotto, Adrien Vautrin

Optimerat flöde i bergvärmepumpar kan ge kraftigt ökad prestanda

Genom att optimera flödet i borrhålskretsen kan bergvärmepumpar prestera upp till 40 procent bättre. Ett Termoprojekt undersöker hur faktorer som borrhålsdjup och temperaturvariationer påverkar det optimala flödet. Resultaten kan leda till betydande kapacitetsbesparingar i elnätet och ge värdefull kunskap för värmepumpstillverkare, konsulter, installatörer och fastighetsförvaltare som vill optimera framtida eller befintliga installationer.

15
nov

Deltagarrekord på Värme- och kyladagen

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.

11
apr

”Energieffektivisering behöver bli sexigt”

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.

01
feb

Fossilfri värmesektor – det svåraste och dyraste återstår

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.

20
nov

”Regelverken hänger inte med teknikutvecklingen”

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.

28
mar
Markus Lindahl, Rise.

Värmepumpar kan stabilisera elnätet via molnlösningar

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.

29
nov
Värmepump

Flyttad förbrukning kan spara pengar med framtidens värmepumpar

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.

11
maj

Ny rapport ger det senaste inom värmepumpsteknik

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.

06
maj

Kan flexibla värmepumpar minska flaskhalsar i elnätet?

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.

Relaterade Event

Se alla event

Effektivare värmepumpsystem för framtiden

Termo välkomnar dig till ett webbinarium om utvecklingen av innovativa värmepumpsystem och hur optimering kan förbättra energieffektiviteten markant. Viktor Ölén från Svenska kyl- och värmepumpföreningen och Willem Mazzotti Pallard från Bengt Dahlgren delar med sig av insikter från sina pågående projekt och hur resultaten kan bidra till hållbara energilösningar.

Webbinarium – Tema IEA HPT

Termo välkomnar till ett webbinarium med smakprov på vad som sker inom Internationella energirådets program för värmepumpsteknologier, IEA HPT. Caroline Haglund Stignor och Metkel Yebiyo, bägge från Rise, och Björn Palm från KTH kommer presentera.

Välkommen till Värme- och kyladagen 2024

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.