Moderniserat förbränningsmotorlab

Lunds universitet förnyar sin motortestanläggning. När testcellerna står klara kommer man att kunna återvinna värme ur frånluften, samtidigt som man skapar ett bättre arbetsklimat för forskarna.

En trappa ner, under Avdelningen för Förbränningsmotorer vid Lund Universitet, känns det i luften att man mekar med motorer. Luften doftar olja. Inte precis olivolja, utan olja som används för att driva förbränningsmotorer. I lokalerna arbetar doktorander och forskarstuderande med att testa olika typer av förbränningsmotorer, i första hand lastbilsmotorer. Dessa körs i en mängd driftförhållanden, en del som kanske inte ens motortillverkarna själva tänkt på.

En del utrymmen i källaren är trånga, där motorer och generatorer samsas med mätutrustning, sladdar och ventilationskanaler. Där har det sedan 1970-talet testats olika motorer, från början gasturbiner. Sedan drygt 20 år testas bilmotorer, och avdelningen kan i dag stoltsera med att vara en av de världsledande inom området. Under årens lopp har man testat fram nya förbränningscykler och utvecklat förbränningstekniker som kraftigt minskar utsläpp och ökar motorernas verkningsgrad.

En trappa upp
Från och med årsskiftet ska stora delar av verksamheten – som hittills bedrivits i källaren – flytta en trappa upp in i helt nya lokaler. Där slipper man trängas – det blir en motortestanläggning per rum (testcell) i vilken luften kan hållas ren och arbetet underlättas väsentligt.

Slutmålet är att ha sex nya och fem ombyggda testceller, vilket innebär att det in princip blir en motor per motortestcell.

Ombyggnaden omfattar förbättring av isoleringen mot buller och vibrationer samt ny ventilation, både för motortester och allmänventilation i cellerna. Ombyggnaden har skett med befintliga testceller i drift och kan slutföras först när de nya cellerna tagits i drift.

Hela om- och tillbyggnaden omfattar 1 500 kvadratmeter och omfattar även ett helt nytt fläktrum på taket, enkom för testcellerna. Fläkten har en kapacitet på 50 000 kubikmeter per timme. Det gör att alla motortestceller kan köras med fullflödesdrift samtidigt. Värmeåtervinning från denna frånluft sker med vätskekopplat batteri. Anledningen att man inte använder roterande växlare är enligt Mats Lindén, Lunds universitets byggnadsavdelning, att man vill undvika luktöverföring, minska underhållsbehoven samt att man har dåliga erfarenheter av roterande växlare.

Total ombyggnadskostnad är 54 miljoner kronor.

Separata system
Testcellerna får två separata ventilationssystem. Ett för förbränningsluft och avkylning av motorerna och ett för allmänventilation och ventilation av det skåp i vilket man förvarara bränsle. Till varje cell finns bränsleledningar indragna – de olika bränslen man använder vid testerna förvaras i ett nybyggt hus utanför laboratoriebyggnaden.

Enligt Fredrik Sundberg, vvs-konstruktör hos Bengt Dahlgren i Helsingborg, kommer tilluften vid motordrift att spä ut avgaserna så att det inte blir några höga halter av föroreningar som går genom ventilationssystemet. Rumsluften kommer dock att bli något försmutsad, vilket gör att man inte kan använda gasdetektorer, utan värmedetektorer för att larma vid brand. Dessa börjar larma när temperaturen överstiger + 70 °C.

Temperaturen i motortestcellerna kommer att vara maximalt + 50 °C vid drift av motorerna (inga personer ska då vistas i motortestcellerna). För de fall då personal arbetar i testcellerna med forcerad ventilation sörjer en förvärmning av tilluften för rimlig temperatur i cellen. Temperaturkrav finns också för bränsleförråd, bränsleblandningsrum och personsluss som alla finns i en separat byggnad.

Motortestcellerna ska alltid ha ett undertryck i förhållande till omgivande lokaler, för att undvika att avgaser läcker ut.

Undertryck stängde in forskarna
Professor Bengt Johansson, avdelningsföreståndare för avdelningen, konstaterar att den tidigare ventilationen fungerade i två lägen – av och på – och då med maximalt flöde i alla celler samtidigt och bristfällig tilluftskompensation.
– Det fanns inga mellanlägen, drogs frånluftsventilationen igång uppstod betydande svårigheter att öppna dörrarna till testceller och till laboratoriet som helhet. Det hände att forskarstuderande fick hjälp att öppna dörrarna utifrån.
– Motorventilationen fungerade på så sätt som en gigantisk centraldammsugare för resten av byggnaden. Man hade betydande problem att med en hand öppna en dörr när ventilationen var igång och samtidigt balansera en kaffekopp i den andra, konstaterar Mats Lindén.

Det nya systemet är dock bättre styrt och ger möjlighet att reglera från noll till fullflöde, med flera steg i varje testcell, eftersom den nya fläkten är varvtalsstyrd.

Till- och frånluften för motordrift leds via kanaler på utsidan av fasaden till taket, där det finns samlingskanaler för motortesternas till-och frånluft. De utvändiga kanalerna ger tillsammans med metallblänkande tillbyggnader för kontrollrum och fläktar motorlab ett påfallande futuristiskt arkitektoniskt uttryck. Allmänventilationen kommer dock fortfarande från det äldre ventilationssystemet och syftar till att hålla nere temperaturen i rummet samt eventuella luftföroreningar från motorerna.

Varje motortestcell är en egen brandcell, med brandspjäll för att förhindra brand och rökgasspridning.
– Sprinkler hade blivit för dyrt och bökigt. Vi hade fått sprinkla mer än själva motortestcellerna, och i de äldre delarna i källaren är det väldigt trångt och bökigt att komma åt, säger Mats Lindén.

Elmotor
De motorer som används i forskningen byts ut vartannat, vart tredje år enligt Bengt Johansson.
– I princip används motorerna en tiondel av tiden, resten går åt till att förbereda försöken.
I motortestcellerna finns elmotorer som har till syfte att bromsa förbränningsmotorerna och bland annat simulera upp- eller nedförslutningar och liknande. De fungerar också som något överdimensionerade startmotorer.
– Tidigare har man använt sig av så kallade vattenbromsar, som består av ett hjul i ett vattenbad som bromsar motorn. Men något sådant har vi inte haft de senaste 15 åren.

Den el bromsmotorerna ger återvinns i byggnaden, men man räknar inte med några jättemängder elenergi. Alla avdelningar som ingår i M-huset (där avdelningen är inrymd) utnyttjar denna el.

Förutom de nya motortestcellerna finns ett för alla gemensamt kontrollrum, där man kan styra vad som händer i provcellen.
– Studenterna testar motorerna på en mängd okonventionella sätt, vilket naturligtvis gör att motorerna ibland går sönder. Men vi har ett samarbete med både Scania och Volvo om att få deras senaste motorer att forska på, säger Bengt Johansson.

Mark Kretz, Energi & Miljö nr 11/2013 sidan 22-25

 

• FAKTA
  Byggherre: Akademiska Hus
  Beställare: Lunds Universitet
  Projektledning: JRB – Jörgen Rydberg byggadministration AB
  Byggentreprenör: Byggsystem i Skåne AB
  VVS-konsult: Bengt Dahlgren AB
  VVS-entreprenör: Imtech VS-teknik AB
  Ventilationsentreprenör: Skanska Installationer AB

 

• FAKTA
  Forskningen vid Avdelningen för Förbränningsmotorer är inriktad mot studier av hastigheter och turbulens i motorers förbränningsrum samt studier av förbränningsprocesserna inuti motorer, i första hand på HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition). HCCI är en blandform av bensin- och dieselmotor som ger en högre verkningsgrad, lägre bränsleförbrukning och renare avgaser. Man forskar även på efterföljaren PPC (Partially premixed combustion), en kombination av HCCI och dieselmotor. Man har under åren också forskat kring ottomotorer, dieselmotorer och stirlingmotorer.