Udvikling af dessicant dugpunktskøler (DDC 1) - Fase 1 forskningsspor
Skematisk illustration af systemet.
Projektet medfinansierer et Ph.D.-studie, der fokuserer på modellering af affugterhjul og dugpunktskøler, der skal indgå som komponenter i et nyudviklet ventilationssystem Dessicant Dewpoint Cooling (DDC).
Projektet medfinansierer et Ph.D.-studie, der fokuserer på modellering af affugterhjul og dugpunktskøler, der skal indgå som komponenter i et nyudviklet ventilationssystem Dessicant Dewpoint Cooling (DDC). DDC bliver et varmedrevet ventilationsanlæg, der kan erstatte elforbrug med varme fra fjernvarme, spildvarme, solvarme eller biomasse. Ph.D.-studiet bygger videre på resultaterne fra et speciale, hvor der er opnået gode resultater fra et luftkonditioneringsanlæg, der udnytter overskudsvarme fra et transkritisk CO2-køleanlæg. Projektgruppen planlægger at koordinere denne forskningsdel af den samlede teknologiudvikling med en udviklingsdel, der efterfølgende søges bevilget af ELFORSK, for hurtigt at kunne udnytte det store markedspotentiale, som dette energieffektive system vil have, både i Danmark, men især i Sydeuropa, USA og Sydøstasien.
Projektet præsenterer resultater af en numerisk analyse af et desiccantkølesystem, der implementerer indirekte fordampningskøleprocesser og drives af lave regenereringstemperaturer. Systemet inkluderer et silicagel-desiccanthjul og en indirekte fordampningskøler med modstrømsprincip samt en luft-til-luft-varmeveksler til forbedring af kølekapacitet og termisk ydelse.
En klar forståelse af indvirkningen af komponentdimensioner og driftsforhold på systemets ydeevne er nødvendig for at understøtte systemudviklingen og gøre den mere effektiv end chillerbaserede affugtningsklimaanlæg.
Projektet er opdelt i to dele. Først udvikledes detaljerede steady state-modeller af kernekomponenterne, og egenskaberne ved drift af enkeltkomponenter blev undersøgt. Siden blev modellerne kombineret for at analysere energi og exergi i det komplette desiccantkølesystem med hensyn til varme-, el- og vandforbrug samt ydelser. En ny løsning til fremstilling af desiccantkølesystemer uafhængig af eksterne vandkilder er også præsenteret og undersøgt.
- Anvendelse af indirekte fordampningskøling med sekundær luft fra afkastet i det konditionerede rum fører til termisk COP over 1 og elektrisk COP over 20. Disse resultater indikerer, at systemet er mere effektivt end termisk drevne absorptions- og adsorptionsmaskiner og energi- og emissionsbesparelser kan opnås i sammenligning med kompressionsmaskiner ved anvendelse af vedvarende varmekilder med lav temperatur.
- Anvendelsen af indirekte fordampningskøling i stedet for dugpunktskøling fordobler næsten den termiske COP og tredobler den elektriske COP for de samme komponentdimensioner og luftstrøm. Ydelsen forbedres også, især med hensyn til fremløbstemperatur. Dette skyldes hovedsageligt en 40 % stigning i lufthastighederne i systemet med dugpunktskøling.
- Systemets kølekapacitet kan let styres, når der anvendes indirekte fordampningskøling ved hjælp af den sekundære andel uden at påvirke andre komponenter. Desuden skal den sekundære andel holdes på den optimale værdi på 30 % med dugpunktskøling for at maksimere den nettokølekapaciteten og give den laveste fremløbstemperatur.
- Virkningen af luftfiltrering på systemets elektriske COP er betydelig. Brug af fine posefiltre reducerer den elektriske COP med ca. 40 % ved typiske tilstopningsforhold.
- Regenereringsbetingelser har næsten ingen indflydelse på fremløbstemperaturen, især på grund af brugen af for køling. Tilgangstemperaturen har dog en stærk indflydelse på den termiske ydelse og bør reduceres, hvis det er muligt. Regenereringsandele over 0,7 forbedrer ikke den termiske ydelse markant, samtidig med at den elektriske ydelse sænkes.
- Systemet findes egnet til varme klimaer. Systemets affugtningskapacitet er dog begrænset til moderate latente belastninger. Der skal anvendes store hjulstørrelser og optimale rotationshastigheder. Anvendelsen af tyndere desiccantlag kan føre til en markant forøgelse af affugtningskapaciteten. En stigning på 20 % kan opnås, hvilket reducerer silicagelagtykkelsen fra 0,2 mm til 0,1 mm med øget optimal rotationshastighed. Alternativt bør kombinationen af totrins affugtning og indirekte fordampningskøling overvejes.
- Systemet er stort, og den indirekte fordampningskøler er langt den største komponent og tegner sig for mere end 50 % af hele systemvolumenet.
- Den foreslåede tekniske løsning til genvinding af desorberet vand gør det muligt for systemet at køre uafhængigt af eksterne vandkilder.
Det videre arbejde
Anvendelsen af indirekte fordampningskøling er en effektiv løsning til at sænke energianvendelsen og emissionsniveauer sammenlignet med konventionelle klimaanlæg.
En komplet økonomisk analyse skal dog udføres for at vurdere desiccantkølesystemets konkurrenceevne på markedet. Den økonomiske analyse bør pege på forskellene mellem investeringsomkostninger og driftsomkostninger, som er stærkt påvirket af valg af varmekilde.
Desiccant-assisteret strålingskølesystemer og systemer med totrins affugtning og indirekte fordampningskøling bør også undersøges for at evaluere muligheden for at dække højere belastninger med øgede energibesparelser. Validering af resultater ved hjælp af eksperimentelle målinger er nødvendige. Målinger på en systemprototype skal udføres som en del af den industrielle systemudvikling i samarbejde med de industrielle partnere. Eksperimentelle data bør også bruges til yderligere validering af komponentmodellerne.
Der bør udføres mere detaljerede undersøgelser af den foreslåede vanduafhængige systemløsning, herunder estimering af elforbrug og optimering af systemets drift med hensyn til kontrol og anvendelse af overskydende vandproduktion.
Deltagere i projektet:
- DTU Mekanik: Brian Elmegaard, Lorenzo Bellemo, Martin Kærn, Wiebke Brix Markussen
- DTU Byg
- Teknologisk Institut
- COTES
- OBH Gruppen
- E. Klink
Rapport og afhandling
Slutrapporten beskriver projektets organisering og indeholder en opsummering af væsentlige resultater fra ph.d.-afhandlingen. Afhandlingen er dermed den væsentligste del af rapporteringen af projektet og uddyber de emner i detaljer.
Projektet er primært udført i ph.d.-afhandlingen "Analysis of a solid desiccant cooling system with indirect evaporative cooling" af Lorenzo Bellemo.
Emner
Mere information
344-026