Højeffektiv og forenklet termodynamisk kredsproces med isoleret opvarmning og køling – omkostningsoptimeret (ISECOP)

Projektstart november 2017. Projektet blev afsluttet i 2020.

Formål med projektet
I nærværende projekt – ISECOP – skal der udvikles et nyt kombineret varme- og kølesystem, som effektivt og kontinuerligt producerer varmt og/eller koldt vand. Systemet vil få en op til 30 % bedre virkningsgrad i forhold til konventionelle systemer og vil muliggøre akkumulering af både varme og/eller kulde.

ISECOP-konceptet er en videreudvikling og forbedring af det koncept, der blev udviklet i det afsluttede EUDP-projekt kaldet ISEC. Her blev der påvist en effektivitetsforbedring på 10-50 % alt afhængigt af driftsbetingelserne. I det nye ISECOP-projekt vil der opnås en tilsvarende effektivitetsforbedring, men med færre omkostninger.

ISEC-konceptet
I ISECOP-projektet skal de løsninger, der blev udviklet i ISEC-projektet, forbedres.

ISEC-konceptet består af et system, der indeholder to eller flere beholdere. Én beholder bliver opvarmet (opladet) gradvist, samtidig med at den anden beholder, som tidligere er opladet, tappes for varme (aflades). Når beholder nummer to er blevet afladet, er den første beholder fuldt opladet med varme, og systemet skifter til at aflade den første beholder, samtidig med at beholder nummer to oplades.

Ved opvarmning af én beholder ad gangen kan varmepumpens kondenseringstemperatur bringes til at variere således, at der i opvarmningsforløbet opnås en gennemsnitlig kondenseringstemperatur, der kun er lidt højere end væskens gennemsnitlige temperatur under opvarmningsforløbet. Ved en traditionel kontinuerlig væskeopvarmning er dette ikke umiddelbart muligt, da kondenseringstemperaturen skal være højere end temperaturen af den opvarmede væske, der har passeret kondensatoren. Men denne opvarmningsmetode kan realiseres ved brug af ISEC-konceptet.

ISECOP-konceptet
Hovedudfordringerne i ISECOP-projektet er opbygningen af tanksystemet og styringen heraf – både mht. et nyt ét-tank system og en samtidig produktion af varme og kulde. Der skal således ikke anvendes to relativt store ens beholdere, men én lille beholder til brug ved opladning og én større lagerbeholder. Udfordringerne strækker sig også over i varmepumpedelen, hvor varmevekslerkoblingen til varmepumpen skal optimeres. Endvidere skal varmepumpekredsen revurderes med fokus på at opnå en relativt enkel opbygning.

Det forventes, at der vil opnås en yderligere stigning af effektiviteten på 15 % ved samtidig at anvende tanksystemet til køling. En anden fordel ved ISECOP-konceptet er, at det er muligt at akkumulere både varmt og koldt vand.

I det tidligere projekt blev det påvist, at ISEC-konceptet fungerer, og at det er muligt at opnå en stor effektivitetsforøgelse. Det blev dog også påvist, at systemets samlede omkostninger giver anledning til nogle udfordringer.

I ISECOP-projektet skal driftsøkonomien forbedres signifikant. Derfor er fokus i ISECOP-projektet rettet mod at udvikle komponenter og styring for at opnå optimal interaktion mellem varmepumpe, varmelager og varmeforbrug. Derudover vil der være fokus på en mere enkel konstruktion af vigtige komponenter – såsom kompressoren.

Mål for projektet
I ISECOP-projektet skal der udvikles på tre områder:

1. Tanksystemet skal opbygges mere enkelt således, at der ikke anvendes to relativt store ens beholdere, men én lille beholder til brug ved opladning og én større lagerbeholder. Dette har den store fordel, at effektiviteten stort set bibeholdes, samtidig med at beholdersystem, rørføring og styring vil være enklere og dermed mindre omkostningskrævende. Der kan også anvendes en væsentligt mindre varmepumpe end ved traditionelle systemer, da ydelsen kan forøges med op til 75 % grundet en større gennemsnitstemperatur i fordamperen.

    

2. Der vil blive arbejdet med et kombineret system med både opvarmning og køling. Et eksempel på dette er køling af mælk i et mejeri/mælkeproducent kombineret med produktion af varmt vand til rengøringsformål. ISECOP-systemet består af en varmepumpe, som tilsluttes et beholdersystem. Beholdersystemet tillader varmepumpen at producere både varme og kulde med en hhv. gradvist stigende og faldende kondenserings- og fordampningstemperatur. Dermed minimeres den gennemsnittelige temperaturdifferens, hvilket forøger effektfaktoren med ca. 30 % i forhold til en traditionel varmepumpe. Endvidere er det muligt at udvide arbejdsområdet sammenlignet med et traditionelt ét-trins anlæg i forhold til temperaturforskellen mellem det varme vand ud og det kolde vand ind. Det er nemlig muligt at opnå større fleksibilitet, da indløbstemperaturen i fordamper og kondensator kan forskydes i forhold til hinanden. Disse temperaturer er ”låst” i et traditionelt ét-trins anlæg.
    
3. Endelig skal ISECOP-konceptet introduceres i forbindelse med en to-trins varmepumpe, hvis temperaturdifferensen mellem varmeafgiver og varmeoptager (fx fra 20 til 90 K) er høj. Her kan en et-trins varmepumpe ikke anvendes. I stedet kan der benyttes en to-trins varmepumpe eller to serieforbundne varmepumper. Konfigurationen anvendt i ISECOP-konceptet gør det muligt at anvende systemet under forhold, hvor varmekilden har en relativt lav temperatur – fx grundvand – og hvor varmeoptageren har en relativt høj temperatur – fx fjernvarme.

Aktiviteter
Projektet er opdelt i følgende faser:

• Analyse
• Simulering
• Regulering og styring
• Beregningsværktøjer
• Design af nyt ét-tank system
• Konvertering af eksisterende system
• Funktionel analyse af konceptet bag et ét-tank system (1 trins system)
• Konvertering af eksisterende analysesetup (2 trins system)
• Demonstration
• Videnspredning og afrapportering.

Deltagere

• Teknologisk Institut – Lars Olsen (projektleder)
• DTU Mekanik og Byggeri
• Arla Foods
• Egå Smede- og Maskinværksted
• Vengcon
• Metro Therm
• Chr. Møller
• Alfa Laval
• SVEDAN Industri Køleanlæg.

Bevilligede midler
Projektet er støttet af EUDP.

Dokumenter