SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Utveckling av effektiva indirekta värmepumpar P05 - Effsys Expand Forskardagar - 160517 Utveckling av effektiva indirekta värmepumpar

Finansiärer och deltagande företag Huvudfinansiär: Energimyndigheten Medfinansiärer och deltagande företag Airec Danfoss värmepumpar Projektledare SP: Ola Gustafsson

Disposition Bakgrund Syfte och mål med projektet Genomgång av projektets olika delar Preliminära resultat

Indirekt värmepump Uteenhet Inneenhet   Värme- system Uteluft Expansionsventil Filter Värmebärare/köldmedium värmeväxlare Kompressor Inneenhet Uteenhet Köldbärarkrets Tank för värmebärare till avfrostning Uteluft-värmeväxlare

Bakgrund Indirekta värmepumpar har flera fördelar kontra direktexpanderande, men också nackdelar Mindre utomhusbuller Mera driftsäkra vid strömavbrott Behöver ett extra värmeöverföringssteg Val av värmeväxlare bestäms i stort av pris och ”energiprestanda”. I dagsläget används konventionella värmeväxlare med runda tuber som inte till fullo utnyttjar potentialen. Indirekt värmepump medför enfasflöde och potential för vx med laminärströmning  låga tryckfall. Värmeväxlaren i en uteenhet hos en värmepump bestämmer i stort driften för fläkten och därmed också ljudnivån.

Bakgrund Indirekta värmepumpar har flera fördelar kontra direktexpanderande, men också nackdelar Mindre utomhusbuller Mera driftsäkra vid strömavbrott Behöver ett extra värmeöverföringssteg Val av värmeväxlare bestäms i stort av pris och ”energiprestanda”. I dagsläget används konventionella värmeväxlare med runda tuber som inte till fullo utnyttjar potentialen. Indirekt värmepump medför enfasflöde och potential för laminärströmning  låga tryckfall. Värmeväxlaren i en uteenhet hos en värmepump bestämmer i stort driften för fläkten och därmed också ljudnivån.

Bakgrund Indirekta värmepumpar har flera fördelar kontra direktexpanderande, men också nackdelar Mindre utomhusbuller Mera driftsäkra vid strömavbrott Behöver ett extra värmeöverföringssteg Val av värmeväxlare bestäms i stort av pris och ”energiprestanda”. I dagsläget används konventionella värmeväxlare med runda tuber som inte till fullo utnyttjar potentialen. Indirekt värmepump medför enfasflöde och potential för laminärströmning  låga tryckfall. Värmeväxlaren i en uteenhet hos en värmepump bestämmer i stort driften för fläkten och därmed också ljudnivån.

Bakgrund Indirekta värmepumpar har flera fördelar kontra direktexpanderande, men också nackdelar Mindre utomhusbuller Mera driftsäkra vid strömavbrott Behöver ett extra värmeöverföringssteg Val av värmeväxlare bestäms i stort av pris och ”energiprestanda”. I dagsläget används konventionella värmeväxlare med runda tuber som inte till fullo utnyttjar potentialen. Indirekt värmepump medför enfasflöde och potential för laminärströmning  låga tryckfall. Värmeväxlaren i en uteenhet hos en värmepump bestämmer i stort driften för fläkten och därmed också ljudnivån.

Syfte Det övergripande syftet med projektet är att hitta och utvärdera en design på en värmeväxlare som möjliggör en energieffektiv och tyst indirekt värmepump vilken värmepumpstillverkare kan vidareutveckla för hemma- och exportmarknaden.

Mål Framtagande av en pålitlig modell för utedelen hos indirekta värmepumpar som kan användas i projektet samt vid vidare undersökningar och vid design av värmepumpssystem. Bestämning av en väl fungerande geometri hos en värmeväxlare som gör ett indirekt värmepumpssystem konkurrenskraftigt på marknaden. Framtagande av en energieffektiv avfrostningsstrategi för den valda värmeväxlaren.

Mål Framtagande av en pålitlig modell för utedelen hos indirekta värmepumpar som kan användas i projektet samt vid vidare undersökningar och vid design av värmepumpssystem. Bestämning av en väl fungerande geometri hos en värmeväxlare som gör ett indirekt värmepumpssystem konkurrenskraftigt på marknaden. Framtagande av en energieffektiv avfrostningsstrategi för den valda värmeväxlaren.

Mål Framtagande av en pålitlig modell för utedelen hos indirekta värmepumpar som kan användas i projektet samt vid vidare undersökningar och vid design av värmepumpssystem. Bestämning av en väl fungerande geometri hos en värmeväxlare som gör ett indirekt värmepumpssystem konkurrenskraftigt på marknaden. Framtagande av en energieffektiv avfrostningsstrategi för den valda värmeväxlaren.

Genomförande Arbetspaket 1 – modellering Arbetspaket 2 – prototyp och mätningar Arbetspaket 3 – modellvalidering samt optimering Slutrapportering: 2017-06-30 Kommentar till projektstatus

Genomförande Arbetspaket 1 – modellering – 2015/2016 Utvärdera flera värmeväxlartyper med hjälp av en modell baserad på empiriska korrelationer samt värmeväxlarteori. Kravspecifikation samt optimeringsvillkor har tagits fram tillsammans med de deltagande företagen. Värmeväxlare med platta tuber samt plattvärmeväxlare med vätska i vartannat mellanrum och luft i vartannat jämförs mot konventionella värmeväxlare med runda tuber. CFD modellering används av ett av de deltagande företagen i de fall det är nödvändigt för att undersöka egenskaper hos värmeväxlarna. Energieffektivitet samt bullernivåer utvärderas. Leverabler: Modell för utvärdering av värmeväxlare. Resultat i form av en eller flera värmeväxlare med goda egenskaper som ska utvärderas vidare.

Genomförande Arbetspaket 1 – modellering – 2015/2016 Utvärdera flera värmeväxlartyper med hjälp av en modell baserad på empiriska korrelationer samt värmeväxlarteori. Kravspecifikation samt optimeringsvillkor har tagits fram tillsammans med de deltagande företagen. Värmeväxlare med platta tuber samt plattvärmeväxlare med vätska i vartannat mellanrum och luft i vartannat jämförs mot konventionella värmeväxlare med runda tuber. CFD modellering används av ett av de deltagande företagen i de fall det är nödvändigt för att undersöka egenskaper hos värmeväxlarna. Energieffektivitet samt bullernivåer utvärderas. Leverabler: Modell för utvärdering av värmeväxlare. Resultat i form av en eller flera värmeväxlare med goda egenskaper som ska utvärderas vidare.

Genomförande Arbetspaket 1 – modellering – 2015/2016 Utvärdera flera värmeväxlartyper med hjälp av en modell baserad på empiriska korrelationer samt värmeväxlarteori. Kravspecifikation samt optimeringsvillkor har tagits fram tillsammans med de deltagande företagen. Värmeväxlare med platta tuber samt plattvärmeväxlare med vätska i vartannat mellanrum och luft i vartannat jämförs mot konventionella värmeväxlare med runda tuber. CFD modellering används av ett av de deltagande företagen i de fall det är nödvändigt för att undersöka egenskaper hos värmeväxlarna. Energieffektivitet samt bullernivåer utvärderas. Leverabler: Modell för utvärdering av värmeväxlare. Resultat i form av en eller flera värmeväxlare med goda egenskaper som ska utvärderas vidare.

Modellering – olika värmeväxlartyper Tp,t Tp,l b D Krav på geometri och effekt

Modellering – olika värmeväxlartyper Tp,t Tp,l b D Utvärderar nödvändigt deltaT (påverkar behov av avfrostning) samt bullernivå (ASHRAE): 𝐿 𝑊 = 𝐾 𝑊 +10 𝑙𝑜𝑔 𝑉 𝑎 +20 𝑙𝑜𝑔∆𝑝

Designparametrar som utvärderas Maximum number of parallel circuits Number of parallel circuits divided by 2 Number of parallel circuits divided by 3   4 6 Brineflöde Värmeväxlardjup Matning av brineflöde

Beroende av designparametrar Brineflöde

Beroende av designparametrar 4 6 Krav: 7kW

Genomförande Arbetspaket 2 – experiment - 2016 Utvärdering av de värmeväxlare som valdes i arbetspaket 1 experimentellt. Bygga prototypvärmepumpar för att utvärdera värmeväxlarna. Experimentell utvärdering kommer att ske i SPs regi i samverkan med de deltagande företagen. Energieffektivitet, bullernivå, påfrysning samt avfrostningsegenskaper kommer att studeras. Leverabler: Mätresultat för de valda värmeväxlarna i värmepumpsapplikation.

Genomförande Arbetspaket 3 – modellvalidering samt optimering – 2017 Jämförelse mellan mätresultat och modell. Anpassning av modell samt undersökning av några ytterligare design- och/eller driftsparametrar med hjälp av den uppdaterade modellen. Eventuellt test med uppdaterad vx-prototyp. En energieffektiv avfrostningsstrategi kommer att tas fram vilken baseras på resultat från mätningarna och modelleringen. Leverabler: En modell som är validerad mot mätresultat, föreslagen design på värmeväxlare samt avfrostningsstrategi.

Tidigare relaterade projekt Doktorandprojekt Ola Gustafsson – indirekta värmepumpar Design av vx för att minimera buller Undersökning av olika vx-geometrier Doktorandprojekt Caroline Haglund Stignor – Vx för kyldiskar Optimal design på vx för kyldiskar Utvärdering av ny vx-design i kyldisk med Airec