Numerisk modellering av ett värme-/kylbatteri till induktionsapparat för ventilation : Parameterstudie med fokus på batteriets kylkapacitet, med hjälp av CFD modellering

• Main Author: Persson, Andreas
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Karlstads universitet, Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap (from 2013) 2021
• Subjects: Building Technologies; Husbyggnad
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-85265

Det snabbaste växande behovet av energi inom byggnader står kylning av lokaler för. International Energy Agency (IEA) har tillkännagett att detta är en av de mest kritiska frågorna inom energipolitiken. Kylbehovet väntas ha dubblats från år 2005 till år 2030. Anledningar till detta är att jordens klimat blir varmare, storstadsområden utvidgar sig, kraven på termisk komfort ökar, byggnader är bättre isolerade och fler fönster monteras vid nybyggnation, vilket ökar solinstrålningen. För att möta kylbehovet krävs energieffektiva produkter. Induktionsenheten är en sådan produkt som både kan ventilera kyla och värma. Tilluften den skickar ut till lokalen består av både inducerad rumsluft som kyls eller värms i ett kyl-/värmebatteri i form av en korsströms plattvärmeväxlare, samt ny frisk utomhusluft/primärluft. Detta kyl-/värmebatteri är den klart dyraste komponenten i induktionsenheten och därav är det viktigt att säkerställa att den komponenten är så bra utformad och effektiv som möjligt. Studien har med hjälp av Computational Fluid Dynamics (CFD modellering) jämfört olika konfigurationer av en korsströms plattvärmeväxlare till en induktionsapparat för ventilation. Lamellernas tjocklek, slingans diameter, lamellavstånd och massflödet i slingan har ändrats för att hitta ett optimalt fall vad gäller kylkapacitet, utifrån ett bestämt yttermått som inte ändras mellan fallen. Konfigurationerna har jämförts vid ett representativt fall där de yttre förhållandena inte ändrats. Rumsluften in till batteriet har satts till 24 °C och vattnet in till kylslingan har satts till 14 °C. En konstant tryckskillnad på 0,25 Pa har applicerats på modellen för att driva luftflödet genom batteriet. Utöver kylkapaciteteten har även batteriets friktionskoefficient, volymflödet av luft genom batteriet, värmeövergångstal samt värmeväxlarens effektivitet undersökts. CFD modelleringarna kom fram till att kylkapaciteten inte påverkades av en dubblering av lamellernas tjocklek och att det inte heller hade någon betydelse om lamellavståndet var 3 mm eller 4,6 mm för kylkapaciteten. När lamellavståndet undersöktes vidare visade det sig att kylkapaciteten både missgynnades av ett lägre lamellavstånd än 3 mm och ett större lamellavstånd än 4,6 mm. Det optimala lamellavståndet ligger troligen någonstans mellan dessa avstånd men har inte kunnat undersökas vidare med den uppbyggda testmodellen, eftersom ett sådant avstånd inte är möjligt att skapa med den. Kylkapaciteten visade sig vara högre med en slinga på 6 mm i diameter jämfört med en slinga på 12 mm i diameter. Detta kan förklaras av att volymflödet genom batteriet minskar till följd av ett högre motstånd. Vilket också framställs av den beräknade friktionskoefficienten som ökade när slingans diameter ökade. Alltså har den negativa effekten av ett ökat motstånd i batteriet varit större än den positiva effekten som fås av en större överföringsarea mellan slingan och luften när slingans ytterdiameter har dubblats. En varmare temperatur har upptäckts på de tunnare lamellerna jämfört med de tjockare. Detta borde resultera i en lägre kylkapacitet eftersom temperaturskillnaden mellan luften och lameller blir mindre. Varför inte detta har påvisats kan förklaras av att modellen är uppbyggt med ett fast yttermått vilket resulterar i att lamellavståndet indirekt påverkas när lamellernas tjocklek ändras vilket i sin tur påverkar motståndet i batteriet. Samt att modellen är uppbyggd med en konstant tryckskillnad mellan inflödet och utflödet av luften, vilket innebär att flödet minskar när motståndet ändras, för att behålla samma tryckskillnad. Om batteriet tillåts att expandera när lamelltjockleken ökar är det troligt att kylkapacitet blir högre med tjockare lameller, eller om fläktarbete skulle ökas så att flödet hålls konstant när lamellavståndet ändras.