Velkommen til min Master-presentasjon

Presentasjon om: "Velkommen til min Master-presentasjon"— Utskrift av presentasjonen:

1 Velkommen til min Master-presentasjon
Øystein Soteland

2 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

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

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

5 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)

6 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)

7 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

8 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.

9 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?

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

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

12 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

13 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.

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

15 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

16 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!

17 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

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

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

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

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

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

23 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

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

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

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

27 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

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

29 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,

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

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

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

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

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

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

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

37 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

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

39 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

40 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

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

42 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

54 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

55 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

56 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

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

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

59 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

69 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

70 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.

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

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

73 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 6.2 13.9 -7.7 5.6 7.0 -1.3 5.4 7.7 -2.3

74 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 6.2 13.9 -7.7 5.6 7.0 -1.3 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.

75 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 6.2 13.9 -7.7 5.6 7.0 -1.3 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.

76 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

77 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

78 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.

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

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

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

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

83

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