Velkommen til min Master-presentasjon Øystein Soteland 15.12.2009

Kombinert varmetransport i et system for soloppvarming og strålingskjøling Øystein Soteland Veiledere: John B. Rekstad og Michaela G. Meir Fysisk Institutt - Gruppe for kjerne- og energifysikk 15.12.2009

Studert et tanksystem for bolighus Hva har jeg gjort? Studert et tanksystem for bolighus 15.12.2009

Disposision Motivasjon Mål Teori Eksperimentelt oppsett Metoder Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Disposision Motivasjon Mål Teori Eksperimentelt oppsett Metoder Resultater Konklusjon 15.12.2009

Sol til oppvarming Norges kontor under klimaforhandlingene i København Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sol til oppvarming Norges kontor under klimaforhandlingene i København varmes med fossilt brensel. (Kilde: tu.no) 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sol til kjøling Journalistene på klimakonferansen på Bali i 2007 blir kjølt ned av 21 klimaanlagg som samlet yter over 100kW. (Kilde: Cicero) 15.12.2009

Sol til kjøling (Mis)bruk av klimaanlegg Singapore Malaysia Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sol til kjøling Singapore Malaysia (Mis)bruk av klimaanlegg Buenos Aires Singapore 15.12.2009

Motivasjon Bruke ett system til to formål Studere et nytt system Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Motivasjon Bruke ett system til to formål Studere et nytt system Minst mulig strøm Mest mulig gratis energi Kjøling er både utstråling og konveksjon. 15.12.2009

Mål Tjent kjøleenergi Utnyttelse Intern varmetransport Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Mål Tjent kjøleenergi Utnyttelse Intern varmetransport Overensstemmelse med modellering Utpeke forbedringer Hvor mye energi tjenes til kjøling? Hvor bra utnytter systemet kjøling? Hvordan og hvorfor vandrer varme internt i tankene? Hvordan passer eksperimentene med teoretisk modellering? Hva kan gjøres for å forbedre systemet? 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon 15.12.2009

Solfangeranlegg Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Solfangeranlegg Sol inn Tanker varmes Man får varmtvann og gulvvarme Åpent system Soltank 15.12.2009

Utsnitt av en polymersolfanger Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Solfanger Utsnitt av en polymersolfanger Ingen dekkplate ved strålingskjøling 2 sett med plater Dekkplate Vannførende polymersolfanger Isolering 15.12.2009

Teori Kjøling Radiativ kjøling: Konvektiv kjøling: Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Teori Kjøling Radiativ kjøling: Konvektiv kjøling: Stefan-Boltzmanns lov Dette er noe som Henning Degnes-Ødemark har utdypet i sin masteroppgave. 15.12.2009

Teori Varmebevegelse: Simuleringer Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Teori Varmebevegelse: Simuleringer Kopper, vann, stål 15.12.2009

Teori Varmekapasitet: Spesifikk varmekapasitet: Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Teori Varmekapasitet: Spesifikk varmekapasitet: Regne på energi i vann: Simuleringer Kopper, vann, stål 15.12.2009

Teori Lineær termisk ekspansjon: Volumetrisk: Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Teori Lineær termisk ekspansjon: Volumetrisk: Varmt vann er tyngre enn kaldt vann Lagdeling - sjiktning 500 liter vann ekspanderer ca 20 liter fra +4 til +100 grader C! 15.12.2009

Teori Jetstrøm Turbulens Vanskelig eller umulig å regne på Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Teori Jetstrøm Turbulens Vanskelig eller umulig å regne på Må bruke empiriske formler Formelverk er laget for spesifikke systemer 15.12.2009

Eksperimentelt oppsett Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Eksperimentelt oppsett 15.12.2009

Eksperimentelt oppsett Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Eksperimentelt oppsett DHW = domestic hot water Åpent system 15.12.2009

Eksperimentelt oppsett Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Eksperimentelt oppsett 15.12.2009

Eksperimentelt oppsett Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Eksperimentelt oppsett 15.12.2009

Eksperimentelt oppsett Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Eksperimentelt oppsett 36 centimeter Viderutviknling av tidligere masterstudenters arbeid. Bla Svetlana Heian. 15.12.2009

Eksperimentelt oppsett Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Eksperimentelt oppsett 1: Varmt vann ut, etterfulgt av tilleggsoppvarming. 2: Kaldt vann inn 1 2 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Tanksystem Dette er labben Inni den grå innkapslingen ligger tankene isolert 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Tanksystem 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Tanksystem 15.12.2009

Tanksystem med detaljer Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Tanksystem med detaljer Ikke tenk på alle detaljene nå Systemet kan her sees med alle designutførelser 1: rør inn 2: rør ut 3: topp volum 4: bunnvolum / aktivt volum 15.12.2009

Tanksystem med detaljer Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Tanksystem med detaljer 15.12.2009

Tanksystem med detaljer Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Tanksystem med detaljer 5: skilleplate 6: DHW går gjennom platen 7: skilleplate 8: interessant 9: permiabel, liter, 15.12.2009

Solfanger i aksjon Sommer Vinter Dag Henter varme Varmtvann Kjøling Oppvarming Natt Henter kjøling Små dimensjoner -> må ha tilleggsoppvarming. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Oppvarming Sommer 15.12.2009

Oppvarming Vinter Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Oppvarming Vinter Alle pumper bruker ikke Soltank 15.12.2009

Oppvarming Vinter Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Oppvarming Vinter Soltank 15.12.2009

Oppvarming Vinter Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Oppvarming Vinter Soltank 15.12.2009

Oppvarming Vinter Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Oppvarming Vinter Fortsetter å bruke opplagret varme om natten. Soltank 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer 15.12.2009

Kjøling Sommer Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer Natt: dissiperer varme fra kjølerne vha strålingskjøling Utnytter Stefan-Boltzmann loven om strålingsbalanse. Varmt legeme stråler mer enn kaldt legeme. Himmelen er kjøligere enn solfangeren. Soltank 15.12.2009

Kjøling Sommer Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer Soltank 15.12.2009

Kjøling Sommer Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer Nevner for ordens skyld at sjiktningen i gulvtanken er sterkt overdrevet. Temperaturen i gulvtanken ligger mellom 12 og 30 grader mens varmtvannstanken ligger mellom 30 og 70 grader. Soltank 15.12.2009

Kjøling Sommer Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer På dagtid henter man varme til varmtvann Samtidig brukes gulvtanken til kjøling. Soltank 15.12.2009

Kjøling Sommer Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer Soltank 15.12.2009

Kjøling Sommer Soltank Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Kjøling Sommer Begge tankene vil i denne modusen varmes opp. Bakdel med systemet. Varmtvann har man hele tiden. Soltank 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Gulvtank Soltank DHW 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Gulvtank Soltank DHW 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Gulvtank Soltank DHW 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Gulvtank Soltank DHW 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Gulvtank Soltank DHW 15.12.2009

Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Sensorplasseringer Thermocouple temperatursensorer nedsenket i vann Gulvtank Soltank DHW 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon LabVIEW 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Datainnsamling 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon 15.12.2009

Gjennomføring De tre tankene varmes til ønsket temperatur Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Gjennomføring De tre tankene varmes til ønsket temperatur Oppvarming av Kjøling på Internpumpe på Avslutt eksperiment 15.12.2009

Gjennomføring De tre tankene varmes til ønsket temperatur Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Gjennomføring De tre tankene varmes til ønsket temperatur Oppvarming av Kjøling på Internpumpe på Avslutt eksperiment PÅ AV 15.12.2009

Gjennomføring De tre tankene varmes til ønsket temperatur Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Gjennomføring De tre tankene varmes til ønsket temperatur Oppvarming av Kjøling på Internpumpe på Avslutt eksperiment PÅ AV PÅ 15.12.2009

Målinger har oppløsning på 30 sekunder Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Varmtvannstanken Målinger har oppløsning på 30 sekunder 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Soltanken Gulvtanken 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. Venstre = ned Høyre = opp 1: Bunn DHW 2: Skilleplate 3: Topp av DHW 1 2 3 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. Venstre = ned Høyre = opp 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Lagdeling Temperaturutviklingen ettersom natten går. Paralellt med dette kjøles gulvtanken ned. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Simulering 15.12.2009

Simulering Python-script Varmeoverføring Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Simulering Python-script Varmeoverføring Forenklet tank (soltank inkl DHW-tank) Optimalisert steglengde og tidssteg Sammenligne med eksperimenter 15.12.2009

Simulering Bunnen av tanken Toppen av tanken Tidssteg: 60 s Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Simulering Tidssteg: 60 s Lengdesteg: 1cm Kjøretid: 5 timer Skilleplate: 36 cm Starttemperatur: Topp: 75 grader Bunn: 20 grader Bunnen av tanken Toppen av tanken Forenkling: Vann under skilleplate på 36cm settes til konstant 20 grader Vann over skilleplate settes initielt til 73 grader. 15.12.2009

Simuleringer og eksperimenter Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Simuleringer og eksperimenter Eksperiment 15.12.2009

Forskjellige kjørelengder gir samme resultat Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Forskjellige kjørelengder gir samme resultat 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Energigevinst Kjølegevinst: varme ført bort fra gulvtanken Varmetap: varme ført bort fra soltanken Eksperiment Kjølegevinst (kWh) Varmetap Netto gevinst 21.10.2008 6.2 13.9 -7.7 27.10.2008 5.6 7.0 -1.3 28.10.2008 5.4 7.7 -2.3 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Energigevinst Kjølegevinst: varme ført bort fra gulvtanken Varmetap: varme ført bort fra soltanken Eksperiment Kjølegevinst (kWh) Varmetap Netto gevinst 21.10.2008 6.2 13.9 -7.7 27.10.2008 5.6 7.0 -1.3 28.10.2008 5.4 7.7 -2.3 Presiserer igjen at et hus trenger mindre nedkjøling enn oppvarming. I hvert fall her i Norge. (Jo varmere strøk, jo bedre passer systemet.) Selv lange netter konvergerer kjøleeffekten mot null. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Energigevinst Kjølegevinst: varme ført bort fra gulvtanken Varmetap: varme ført bort fra soltanken Eksperiment Kjølegevinst (kWh) Varmetap Netto gevinst 21.10.2008 6.2 13.9 -7.7 27.10.2008 5.6 7.0 -1.3 28.10.2008 5.4 7.7 -2.3 Presiserer igjen at et hus trenger mindre nedkjøling enn oppvarming. I hvert fall her i Norge. (Jo varmere strøk, jo bedre passer systemet.) Selv lange netter konvergerer kjøleeffekten mot null. 15.12.2009

Forbedringer på denne oppgaven Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Konklusjon Forbedringer på denne oppgaven Flere eksperimenter og gjentagelser Flere forskjellige pumpehastigheter Endre pumpehastighetsforhold Sikre nær perfekte initialbetingelser Forbedre sensorplasseringer 15.12.2009

Konklusjon Varmtvannsforbruk Bedre simuleringer Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Konklusjon Videre arbeid Varmtvannsforbruk Bedre simuleringer Skilleplatens gjennomstrømning Skilleplatens høyde Vann fra springen = 4-10 grader Dette gir økt kjøleeffekt 15.12.2009

Konklusjon Systemet har potensial som kombinert varme- og kjølesystem Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Konklusjon Systemet har potensial som kombinert varme- og kjølesystem Kjølegevinst: 5-6 kWh/natt Bedre forståelse for hvordan varmen beveger seg rundt separasjonsplaten Svakheter funnet til å være at separasjonsplaten lar kaldt vann blande seg med varmt vann mer enn ønskelig Kjølegevinst er mer et tilleggsresultat av oppgaven enn et resultat. Det må tas med i regningen at et system som blir optimalisert og dimensjonert for oppdraget vil gi høyere energigevinst. 15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Spørsmål? 15.12.2009

Takk for oppmerksomheten Øystein Soteland Masteroppgaven og presentajonen kan lastes ned fra: folk.uio.no/oystsot 15.12.2009

Takk for oppmerksomheten Øystein Soteland Masteroppgaven og presentajonen min kan lastes ned og leses fra: folk.uio.no/oystsot 15.12.2009

Takk for oppmerksomheten Øystein Soteland Masteroppgaven og presentajonen min kan lastes ned og leses fra: folk.uio.no/oystsot 15.12.2009

15.12.2009

Motivasjon | Mål | Teori | Eksperimentelt oppsett | Metoder | Resultater | Konklusjon Simulering 15.12.2009