Laminar-flow Liquid-to-air Heat Exchangers - Energy-efficient Display Cabinet Applications

University dissertation from Faculty of Engineering, Department of Energy Sciences, Division of Heat Transfer

Abstract: Popular Abstract in Swedish Resultaten som presenteras i denna doktorsavhandling visar att det går att spara stora mängder energi genom att använda samma typ av värmeväxlare, som normalt används i bilar och lastbilar, i livsmedelsbutikernas kyldiskar. För att hålla maten kall när den ligger ute i butiken cirkuleras en kyld luftström runt i kyldiskarna. Denna kyls i en så kallad värmeväxlare som ofta finns i botten på kyldiskarna under den nedersta hyllan. Bakgrunden till forskningsprojektet är att det i Sverige under 90-talet infördes en anvisning som inte tillät att luften i kyldiskarna kyldes direkt med hjälp av konstgjorda köldmedier. Anvisningen gällde vid nybyggen av butikernas kylsystem. Istället skulle en vätska kylas i kylmaskinerna och denna vätska, den så kallade köldbäraren, skulle sedan pumpas ut till kyldiskarna. Dessa system kallas indirekta kylsystem. Anledningen var att de konstgjorda köldmedierna bidrar till växthuseffekten om de släpps ut i luften. Genom att använda indirekta system behöver systemen inte fyllas med lika mycket köldmedium och det blir då lättare att hålla läckagen låga. Köldbärarvätskorna är ofta ganska trögflytande vid låga temperaturer vilket gör att värme inte överförs så bra från luften till vätskan när luften kyls. Detta leder i sin tur till att det måste vara stora temperaturskillnader mellan luft och vätska när luften ska kylas. Ju större temperaturskillnad, desto mer elenergi måste användas. De värmeväxlare, så kallade kylbatterier, som normalt finns i kyldiskar har runda rör och var från början konstruerade för att ett köldmedium skulle koka vid låg temperatur inne i rören. När luften istället ska kylas med en trögflytande köldbärarvätska skulle kylbatterierna behöva byggas på ett annat sätt för att vara mer energieffektiva. I bilar och lastbilar används ofta värmeväxlare med platta tuber istället för runda rör, eftersom värmeväxlarna då kan göras mindre och lättare. I detta forskningsprojekt har vi undersökt hur en värmeväxlare med platta tuber ska se ut för att fungera optimalt i en kyldisk. I bilar är luften torr och dess hastighet genom värmeväxlaren hög. I en kyldisk är hastigheten låg och dessutom bildas kondens av vattenånga när luften kyls. Dessa annorlunda förutsättningar gör att värmeväxlarna behöver se lite annorlunda ut, t.ex. vara glesare, för att fungera bra. För att komma fram till förslag på hur värmeväxlare med platta tuber bör se ut när de ska användas i kyldiskar har experiment varvats med beräkningar i många omgångar. Resultaten visar att åtminstone 15 % elenergi kan sparas med hjälp av dessa ”nya” värmeväxlare och det kan bli stora mängder eftersom 5 meter kyldisk i en affär använder ungefär lika mycket energi per år som en eluppvärmd villa. Dessa ”nya” värmeväxlare kan eventuellt bli dyrare att producera. Hur mycket dyrare är svårt att säga eftersom det till stor del beror på tillverkningsvolym. Den anvisning som inte tillät direkt kylning med ett konstgjort köldmedium som infördes i Sverige på 90-talet har nu tagits bort och ersatts med EU-lagstiftning. Enligt denna finns det inte längre någon motsvarande anvisning, men ju mer konstgjort köldmedium som en kylanläggning fylls med, desto oftare måste man kontrollera att den inte läcker. Svenska butiker har många positiva erfarenheter av de indirekta kylsystemen – de är något dyrare att bygga, men billigare att sköta och de underlättar en jämn temperaturhållning av matvarorna. Dessutom har intresset för indirekta kylsystem ökat i resten av världen, eftersom de är miljövänliga alternativ till system med konstgjorda köldmedium. Därför är sannolikheten stor att de indirekta kylsystemen kommer att fortsätta att användas i stor utsträckning och att användningen till och med kommer att öka i framtiden. Detta forskningsprojekt utfördes på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, i samarbete med Lunds Tekniska Högskola, LTH, där avhandlingen publiceras. Chalmers Tekniska Högskola och ett antal företag som arbetar med livsmedelskyla eller värmeväxlare har också deltagit och bidragit till projektet. Projektet har huvudsakligen finansierats av Energimyndigheten, Svensk Fjärrvärme, SP och LTH.

  CLICK HERE TO DOWNLOAD THE WHOLE DISSERTATION. (in PDF format)