Projekti / Programi
NAPREDNA ELEKTROKALORIČNA PRETVORBA ENERGIJ
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 7.00.00 |
Interdisciplinarne raziskave |
|
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T200 |
Tehnološke vede |
Termično inženirstvo, uporabna termodinamika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
elektrokalorični efekt, hlajenje, energetska učinkovitost,
Raziskovalci (17)
Organizacije (2)
Povzetek
Cilj projekta je zasnovati, numerično in eksperimentalno verificirati ter optimizirati elektrokalorično hladilno napravo, hladilne moči do 50 W, ki se lahko uporablja za manjše hladilnike in predstavlja prednost pred ekvivalentnimi kompresorskimi in sorpcijskimi hladilniki v smislu višje energetske učinkovitosti, okoljevarstva in tihega delovanja. Napravo bo v primerjavi z obstoječimi odlikovala predvsem višja energijska učinkovitost ter okolju prijazno in tiho delovanje brez vibracij. Odločitev za zasnovo majhnega hladilnika izhaja iz dejstva, da klasični majhni hotelski hladilniki delujejo z izredno nizkimi izkoristki. Takšni hladilniki temeljijo predvsem na sorpcijski tehnologiji, ki za potrebe delovanja izkorišča toploto, ki je v primeru hotelov zagotovljena z električno energijo. Kljub dejstvu, da za takšne potrebe obstajajo tudi kompresorski hladilniki, je potrebno poudariti njihove nizke energijske izkoristke, hrupno delovanje, in uporabo okolju neprijaznih hladiv. Raziskovalni rezultati projekta lahko zato pomembno doprinesejo k bodočemu razvoju in raziskavam na področju elektrokaloričnega hlajenja, tehnologij toplotnih črpalk in klimatizacije.
S pomočjo projekta bomo rešili dosedanje znanstvene probleme elektrokaloričnega hlajenja, ki se nanašajo na pomanjkanje znanja o procesiranju elektrokaloričnih materialov z elektrodami v uporabne kompozitne elemente, pomanjkanje eksperimentalnega znanja o termodinamiki in prenosu toplote ter pomanjkanju znanja o izdelavi prototipov elektrokaloričnih naprav in njihovih komponent.
Projekt bo zajemal štiri navpične in dva horizontalna delovna sklopa (DS). V DS1 bomo preučevali in karakterizirali keramične materiale. Razvili bomo numerično orodje ter poiskali rešitve za zasnovo elektrokaloričnih regeneratorjev. Analizirali bomo vpliv delovne tekočine in črpalnega sistema ter različnih termodinamičnih procesov. V DS2 bomo izdelali elektrokalorični regenerator. Konstruirali bomo glavne elemente elektrokaloričnega hladilnika, ter jih integrirali v ohišje hladilnika. Razvili bomo sistem za nadzor in krmiljenje. V DS3 bomo na eksperimentalni progi testirali elektrokalorični hladilnik. Preverili bomo in kasneje optimizirali parametre delovanja hladilnika. Razvili bomo kontrolne algoritme za optimalno delovanje naprave. V DS4 bomo demonstrirali delovanje hladilnika in sicer pri realnih obratovalnih pogojih, ki so značilni za hotelske hladilnike. Razvili bomo tudi virtualno demonstracijsko okolje. Peti delovni sklop (DS5) se nanaša na diseminacijo, šesti sklop (DS6) se nanaša na upravljanje projekta. Oba sklopa bosta potekala horizontalno skozi celoten projekt.
Pomen za razvoj znanosti
Z raziskavami in razvojem elektrokaloričnega hladilnika bomo pridobili znanje in izkušnje na področjih karakterizacije elektrokaloričnih materialov, predelavi (procesiranju) elektrokaloričnih materialov z elektrodami, projektiranju in gradnji elektrokaloričnih regeneratorjev ter projektiranju in gradnji elektrokaloričnih naprav. Zlasti na zadnjih treh področjih je v svetu zaslediti veliko pomanjkanje znanstvenega znanja in izkušenj.
Na podlagi rezultatov projekta bo možno dokazati, da elektrokalorična pretvorba energije predstavlja zanesljivo alternativno tehnologijo prihodnosti, ki ima v primerjavi z ostalimi alternativnimi tehnologijami največji potencial za prihodnje raziskovalne dejavnosti. Menimo, da naprave za pretvorbo energije (ogrevanje, hlajenje, generacija električne energije) v prihodnosti ne bodo vsebovale premikajočih se delov, hkrati pa dosegale visoke energijske učinkovitosti in imele nizek negativen vpliv na okolico. Zaradi tega pričakujemo, da bodo rezultati projekta imeli multiplikativni efekt ter bodo predstavljali pomembno osnovo za nova raziskovalna in razvojna področja, ki se nanašajo na elektrokalorično hlajenje, zamrzovanje, klimatizacijo, tehnologijo toplotnih črpalk in razvoj elektrokaloričnih naprav za proizvodnjo električne energije. To ima lahko tudi velik vpliv na znanstveno skupnost, ki se ukvarja s konvencionalnimi sistemi na zgoraj navedenih področjih. Rezultati projekta bodo zato dobra osnova za odprtje novih področij v znanosti in tehnologiji.
Zato bo zelo pomembno, da v sklopu aktivnosti, namenjenih predstavitvi področju elektrokaloričnega hlajenja, pridobljena znanja prenesemo na naslednje generacije in širšo mednarodno znanstveno skupnost.
V projektu bomo raziskovali tudi različne termodinamične cikle. Rezultati projekta bodo dali zelo pomembno znanje o možnosti izboljšave delovnih karakteristik in energetske učinkovitosti elektrokaloričnih naprav. Zaradi analogije z ostalimi kaloričnimi tehnologijami (magnetokalorično, elastokalorično ter barokalorično hlajenje), se ponuja možnost prenosa znanja in pomembnega doprinosa znanja in izkušenj tudi v te domene.
Pomen za razvoj Slovenije
Pomen za družbo Gorenje d.d.
Raziskave in razvoj elektrokaloričnega hladilnika predstavljajo pomembno globalno konkurenčno prednost novih izdelkov z visoko dodano vrednostjo. To bo zagotovo vplivalo na ustvarjanje novih delovnih mest. Globalni trg hotelskih hladilnikov predstavlja okrog 400 milijonov Eurov. Z energetsko visoko učinkovitim produktom lahko podjetje Gorenje bistveno poseže v tovrstni trg in predstavlja enega izmed ključnih proizvajalcev.
Pomembnost za gospodarski sektor hlajenje
Gorenje je eden izmed pomembnejših in bolj uveljavljenih proizvajalcev gospodinjskih aparatov v EU, med drugim hladilnikov, zamrzovalnikov in tudi toplotnih črpalk. Izkušnje s področja elektrokaloričnega hlajenja bi zato lahko bile uspešno prenesene tudi na zgoraj navedene izdelke Gorenja. Globalni trg opreme za hlajenje je v letu 2012 znašal 29.1 milijard USD in pričakovano je, da bo do leta 2018 dosegel vrednost 46.6 milijard USD. To pomeni, da je pričakovana rast med letoma 2012 in 2018 kar 8.2 odstotna (http://www.transparencymarketresearch.com).
Pomen za družbo
S pomočjo diseminacije rezultatov projekta bomo lahko tako strokovni kot tudi širši javnosti neposredno posredovali informacije o novih možnostih zmanjšanja rabe energije ter zmanjšanja vpliva obstoječih hladiv na okolje. S pridobljenim znanjem bomo imeli bomo priložnost, da novo generacijo študentov in inženirjev seznanimo s področjem elektrokalorične pretvorbe energije. To bomo dosegli z vpeljavo novih študijskih vsebin v obstoječ izobraževalni program in z uvedbo in organizacijo poletnih šol. Zaradi multiplikativnega efekta rezultatov raziskav bomo lahko močno okrepili področje znanosti kaloričnih pretvorb energij (magnetokalorika, elastokalorika, barokalorika, ter multikalorika).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
