Datorn hittar bästa värmeåtervinningen

Ett Effsys 2-projekt har undersökt olika lösningar för värmeåtervinning från kylsystem i butiksmiljöer med miljövänliga köldmedier, som koldioxid. Ett resultat är en datorsimuleringsmodell.

Kylindustrin söker sig allt mer till köldmedier med liten miljöpåverkan, framför allt koldioxid. Men dessa köldmedier ger annorlunda egenskaper hos kylanläggningarna, vilket kräver nya kunskaper för att använda överskottsvärmen till uppvärmning av butiker.
Ett Effsys 2-projekt som avslutades i somras har under ledning av Samer Sawalha, Institutionen för energiteknik vid KTH, tittat på olika systemlösningar för värmeåtervinning.
Man har analyserat temperaturnivåer, kyleffekter och mängden avgiven kyla från de olika systemen, samt undersökt hur dessa kan svara upp mot butikers värmebehov. Genom olika praktiska tester och simuleringar har man fastställt vilka systemlösningar som har bäst energiprestanda för både kyla och värmeåtervinning.

Fältmätningar och testrigg
Med stöd av datorsimulering har man genomfört teoretiska analyser av olika systemlösningar. Man har även gjort fältmätningar i två butiker med transkritiska koldioxidsystem, med olika metoder för värmeåtervinning.
Samer Sawalha har även byggt en testrigg vid ett KTH-laboratorium, för att kunna utvärdera datorsimuleringar och enskilda komponenter som värmeväxlare, kompressorer, expansionsventiler med mera.
Fältmätningarna visade prestanda i systemen och gav bättre förståelse för systemens beteende och styrning. Effsys-projektet har sökt komma förbi svårigheten att uppskatta värmebehovet i verkliga installationer. Man har därför tagit fram datorsimuleringsmodeller för att utvärdera och jämföra olika systemlösningar.
Dagligvarubranschen välkomnar dessa modeller:
– De kan användas för att jämföra olika systemlösningar i butikerna. Vi behöver teoretiskt kunna utvärdera vilka system som fungerar bra, kommenterar Per-Erik Jansson vid Ica IMS, som även ingått i Effsys-projektets referensgrupp.

Datamodellen ett stöd
Han konstaterar att det varit stora svårigheter att ordna värmeåtervinning som fungerar utan att öka elanvändningen. Den framtagna datamodellen ska underlätta att bygga optimalt fungerande system.
I de experimentella utvärderingarna testades nyckelkomponenter och styrning av koldioxidsystemet i värmepumpsdrift. Metoderna som används för att exempelvis beräkna massflöde av köldmediet vid fältmätningarna har kontrollerats. Kompressorer är en nyckelkomponent som genomgått en omfattande analys. Det visade på god överensstämmelse mellan mätningar av massflöde och de uppskattade data som tillverkarna lämnat.

De bästa resultaten
Vid datorsimuleringen visade det sig att den lägsta energianvändningen för kyla och värme i en normalstor butik, uppnåddes i system som återvinner värmen från hetgasväxlare, eller en värmepump som utnyttjar underkylningsvärmen. Dessa system har likvärdig eller lägre energianvändning än kylsystem som arbetar enligt principen flytande kondensering med en separat värmepump, skriver man i projektets slutsatser.
Studiens slutsatser visar att de koldioxidbaserade system som undersökts erbjuder effektiva lösningar för både kyla och värme i dagligvarubutiker.
Rapporten finns att ladda ned på www.effsys2.se/
 

Björn Åslund, Energi & Miljö nr 10/10 sid 43

Fakta:
De simulerade systemlösningarna:

• Transkritisk CO2
• NH3/CO2 i kaskad
• R404A/CO2 i kaskad
• konventionell R404A.