Til hovedinnhold
Utskjelt klimagass gir varm bil på 1-2-3
Relaterte tema

Publisert 31. mai 2005

De fleste bileiere har irritert seg over det: Å starte dagen med vindusskraping i 15 minusgrader, for så å hutre seg gjennom bilturen til jobben. Varmeanlegget virker ikke før man er fremme. Men om få år kan dette være historie. Forskere ved SINTEF-NTNU har utviklet et anlegg som sørger for glovarm bil på få minutter. Dermed slipper du også å skrape vinduet. Hemmeligheten er å bruke CO2 som arbeidsmedium i kjøleanlegget.

Den utskjelte klimagassen skaper hodebry for miljøekspertene verden over, men hos SINTEF Energiforskning applauderes det for CO2. Den har egenskaper som gjør den svært god til å sørge for både varme og kulde. Derfor har forskerne laget et system de kaller for reversibel varmepumpe. Det er to systemer i ett. Både varmepumpe og aircondition.

Liten, men hissig
Opp til 6000 Watt kan ei bil-varmepumpe produsere. Det tilsvarer effekten av ca fem hårfønere. Etter et par minutter kan varmepumpa pøse ut 80-100 °C luft i kupeen eller mot frontruta, som raskt blir isfri. Til tross for den kraftige effekten bruker varmepumpa kun 25 prosent energi i forhold til et elektrisk varmeapparat. Grunnen er at CO2 effektivt henter varme fra omgivelsene og transporterer det til en høyere temperatur på kort tid. En kompressor sørger for å heve temperaturen og trykket.

Enormt marked
- Fremtidas bil vil ha CO2-varmepumpe, sier Armin Hafner. Han er forsker ved SINTEF Energiforskning og har jobbet med denne teknologien sammen med NTNU og Shecco Technology i mange år.
- I nær framtid selges det 50 millioner biler hvert år, markedet er enormt. Spesielt for el-biler og hybridbiler er dette effektivt, sier han. På grunn av lite energiforbruk blir det mindre belastning på batteriet når kupeen i el-bilen eller hybridbilen skal varmes opp. Hafner forventer at de første varmepumpe-bilene ruller på veiene om 3 år. Det fins allerede testbiler hos det fleste bilfabrikanter.

Sparer miljøet ved å bruke CO2
Hvis et aircondition-anlegg lekker i dag, spys det ut kjemikalier som har sterk innvirkning på drivhuseffekten (rundt 1300 ganger høyre enn med CO2). Paradoksalt nok er det drivhus-verstingen CO2 som kan redde oss. Gassen hentes fra industrien, som uansett har tenkt å slippe den ut. I varmepumpesystemet fungerer den i en lukket krets. Skulle gassen likevel lekke ut, så blir ikke det en ekstra påkjenning for miljøet, slik det er med dagens utslipp fra aircondition-anlegg.

Hvordan virker en (CO2) varmepumpe?
En varmepumpe har den egenskap at den kan transportere varme fra lav til høyere temperatur. For å klare det må vi tilføre høyverdi energi i form av arbeid eller elektrisitet. Den elektrisiteten vi må bruke er imidlertid mindre enn den nyttige varmen vi får levert. Resten tas fra varmekilden hvor den er gratis tilgjengelig. Dermed sparer vi energi.
 
Typiske varmekilder vil være:

  • Omgivelsesvarme (fornybar energi) - sjøvann, grunnvann, fjell, jord, uteluft osv.
  • Overskuddsvarme fra bygninger (ventilasjonsluft, avløpsvann), eller industrielle prosesser, (ventilasjonsluft, kjølevann, avløpsvann og prosess-vann/-damp)

En varmepumpe består prinsipielt av fire hovedkomponenter – fordamper, kompressor, kondensator (gasskjøler for CO2) og strupeventil – bundet sammen i en lukket rørkrets og som danner et hermetisk lukket prosessanlegg. I rørkretsen sirkulerer et arbeidsmedium, som har som oppgave å ta opp varme ved lav temperatur fra varmekilden, og avgi denne varmemengden ved en høyere temperatur til varmeforbruker.     

Virkemåte

Oppbygging

CO2 varmepumpe virker slik at varmen avgies med glidende temperaturer i gasskjøleren. Høytrykket kontrolleres med ekspansjonsventilen. Videre at væske som fordamper, tar opp (binder) varme.

I den kontinuerlige kretsprosessen gjennomgår arbeidsmediet fire tilstandsforandringer:

  • Ved innløpet til fordamperen (varmeveksler) er arbeidsmediet i væskefase, og trykket holdes så lavt at mediet har lavere temperatur enn varmekilden. Temperaturforskjellen fører til at varme strømmer fra varmekilden til arbeidsmediet, som dermed fordamper. Ved utløpet av fordamperen har all væsken fordampet (kun gassfase), og varmemengden som er overført fra varmekilden er bundet som fordampningsvarme i arbeidsmediet (væske => damp).
  • Det lave trykket i fordamperen opprettholdes av en kompressor, som til enhver tid suger av det arbeidsmediet som fordamper. Kompressoren øker trykket og dermed metningstemperaturen på arbeidsmediet så mye at den blir høyere enn temperaturen på det mediet som skal varmes opp. For å få til denne kompresjonen må vi tilføre høyverdi energi i form av mekanisk arbeid, som vanligvis skaffes til veie med en elektromotor. Det er altså her vi må
    tilføre den energien (elektrisiteten) som driver varmepumpen.
  • Arbeidsmediet trykkes over i en gasskjøler (varmeveksler), og ettersom arbeidsmediet holder en høyere temperatur enn det mediet som skal varmes opp (f eks vann i en radiatorkrets), kan varme avgis til radiatorvannet som varmes opp. Ved varme-avgivelsen synker temperaturen av CO2 i gasskjøleren mens trykket blir uforandret (tettfase ~ væske).
  • Arbeidsmediet i tettfase ved høyt trykk og lav temperatur sendes så tilbake til fordamperen gjennom en strupeventil (trykkreduksjonsventil). Der senkes trykk og temperatur til hhv. fordampningstrykk og -temperatur. Arbeidsmediet i væskefase strømmer til fordamperen, og kretsløpet kan gjentas på nytt. Strupeventilen regulerer samtidig riktig høytrykksnivå slik at systemet går mest effektivt.

Ettersom varmepumpen i realiteten flytter varme mellom to temperaturnivå, kan den med fordel brukes til å produsere samtidig varme og kjøling. Dette utnyttes nå i økende grad i yrkesbygg, hvor det trengs klima- og dataromskjøling hele året samtidig som det er behov for romoppvarming, ettervarming av ventilasjonsluft og eventuelt beredning av varmt tappevann. Overskuddsvarmen fra kjølekretsen i bygningene utnyttes da som varmekilde for varmepumpen.


Demonstrasjon av hva som i prinsippet skjer når CO2 varmepumpe brukes til å ise av vinduet.

Armin Hafner viser en CO2 varmeveksler, som er utarbeidet hos SINTEF Energiforskning.

Kontakt

Armin Hafner

Tekst og foto: NRK