Høytemperatur varmepumper for industrielle anvendelser

Abstract

Industrielle varmepumper er effektivt integrert i varmegjenvinningssystemer ved lav temperatur, men tas sjelden i bruk når varmebehovet i gjenvinningsprosessene overstiger 100°C. Dersom industrielle varmepumper kan utnyttes ved høyere temperaturer, vil man kunne oppnå en betydelig positiv effekt på den samlede energieffektiviteten i en produksjonsprosess. Denne oppgaven sikter følgelig på å identifisere teknologiske utviklinger som støtter bruk av industrielle varmepumper ved økte temperaturnivåer, samt å vurdere deres egnethet og energieffektivitet i to utvalgte industrielle scenarier.Effektiv varmegjenvinning med et varmepumpesystem avhenger av pumpens arbeidsprinsipp, arbeidsmedium og komponentene den bruker. Et bredt utvalg av tilgjengelige pumper og pumpekomponenter kompliserer prestasjonsanalysene, og understreker viktigheten av å knytte relevante teoretiske aspekter opp mot virkelige industrielle prosesser for å oppnå meningsfulle resultater. Produksjon av varmluft til bruk i tørkeprosesser er høyaktuelt for utnyttelse av varmepumper, og de identifiserte temperaturkravene strekker seg fra 110°C til 185°C.Et analyseverktøy er utviklet for å undersøke ulike varmepumpers energieffektivitet i de valgte industrielle prosessene. En innledende analyse peker ut fremtredende varmepumpetyper, basert på arbeidsprinsippets match med det identifiserte scenarioet, og en estimert energieffektivitet. En detaljert systembeskrivelse gis av de fremtredende varmepumpetypene, før systemytelsen beregnes påny (med økt presisjon). Arbeidsmediets termodynamiske parametere identifiseres, for å undersøke anvendbarheten og begrensende faktorer knyttet til markedstilgjengelige komponenter.Resultatene tilsier at mekanisk drevne varmepumper er best egnet i de identifiserte scenarioene. Et rent ammoniakksystem, og et kaskadesystem med vann og ammoniakk i hver sin termodynamiske syklus, undersøkes, og begge er forventet å øke energieffektiviteten i varmluftsproduksjonen. Fordeler ved bruk av hybride varmepumper er også omtalt i den samme analysen.Kompressorer er forventet å begrense varmepumpens arbeidsområde. Undersøkelser viser at markedstilgjengelige kompressorer tåler det estimerte systemtrykket, men analysene indikerer også at de bringes tett opp mot den øvre temperaturgrensen. Videre studier er følgelig nødvendig for å validere/ forkaste bruk av disse komponentene.En vitenskapelig artikkel (High Temperature Heat Pumps for Industrial Applications: A Review) er skrevet for presentere oppgavens tilnærming til problemet, samt de oppnådde resultatene.