Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Prenos toplote in snovi

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.13.00  Tehnika  Procesno strojništvo   
2.03.00  Tehnika  Energetika   

Koda Veda Področje
2.03  Tehniške in tehnološke vede  Mehanika 
Ključne besede
prenos toplote in snovi; procesno strojništvo; upravljanje toplotnih procesov; HVAC; toplotne črpalke; solarni in ozelenjeni gradniki ovoja stavb; nič energijske stavbe; shranjevanje energije; notranja kakovost zraka; pretok plina; udarni valovi; primarni etalon; vrenje; funkcionalizacija površin
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Upoš. tč.
1.511,78
A''
286,71
A'
815,01
A1/2
950,69
CI10
980
CImax
97
h10
17
A1
5,36
A3
10
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan 03. december 2022; A3 za obdobje 2016-2020
Podatki za razpise ARRS ( 04.04.2019 - Programski razpis , arhiv )
Baza Povezani zapisi Citati Čisti citati Povprečje čistih citatov
WoS  70  1.161  931  13,3 
Scopus  74  1.364  1.097  14,82 
Raziskovalci (1)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  05566  dr. Iztok Golobič  Procesno strojništvo  Vodja projekta/programa  2022  697 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0782  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo  Ljubljana  1627031  27.549 
Povzetek
Programska skupina napoveduje raziskave usmerjene v učinkovito izrabo energije, pretvorbi in shranjevanju obnovljivih virov energije in učinkovitemu prenosu toplote in snovi. Raziskovalne tematike sovpadajo s smernicami Evropskega zelenega dogovora (EU Green Deal), strategijo financiranja (Horizon Europe) in dolgoročnim ciljem razogljičenja družbe EU. Raziskovali bomo novo področje upravljanja toplotnega toka s pomočjo toplotnih kontrolnih elementov kot analogijo električnim tokokrogom in razvili prvo odprtokodno orodje za simulacijo in optimizacijo njihovega delovanja. Nadaljevali bomo z raziskavami novih konceptov kaloričnih in termoelektričnih hladilnih naprav in toplotnih črpalk, s ciljem izločitve okolju neprijaznih hladiv, zvišanja eksergijske učinkovitosti in optimizacije delovanja z implementacijo predikativnega (AI) upravljanja. Raziskave bodo potekale tudi na področju solarnih tehnologij za energetsko samooskrbo stavb, z namenom zagotovitve vsaj 85% potrebne toplote, 100% energije za hlajenje in vsaj 60% električne energije z nizkim faktorjem obremenitve infrastruktirnih omrežij. Raziskani bodo mehanizmi evapotranspiracije ozelenjenih ekstenzivnih gradnikov pri stresnih padavinskih pogojih in razviti novi modeli za napoved vpliva takih gradnikov na rabo energije. Posebna pozornost bo namenjena oblikovanju smernic za tehnologije ogrevanja, hlajenja in klimatizacije pri načrtovanju nacionalnih akcijskih načrtov, LEK-ov za doseganje nacionalnih in EU ciljev. Na področju latentnega shranjevanja se bomo usmerili tudi na banke ledu in FSS v ovoju ter raziskovali, kako take sisteme povezati z OVE in jih narediti okolju prijaznejše. Razvijali bomo tehnologije in metode modeliranja sistemov ogrevanja in hlajenja z naprednimi hranilniki in raziskovali notranje ugodje (IAQ) v stavbah za razvoj novih klimatizacijskih sistemov. Na področju meroslovja pretokov plina bomo razvili primarni merilni sistem s spodnjo mejo pretokov do 0,12 ml/min in z negotovostjo nekaj desetink odstotkov. Dodatno bomo analizirali merilno negotovost hitrosti v vetrovniku, ki bo podlaga za širitev akreditacije laboratorija LMPS. Na področju meritev tlaka je cilj razviti sistem za visokofrekvenčno tlačno dinamično umerjanje, ki temelji na lastnem konceptu brezmembranske udarne cevi za generacijo vhodnega tlačnega skoka v območju do nekaj 10 kHz z merilno negotovostjo 1 % oziroma 5°. Na področju prenosa toplote se bomo osredotočali na proces vrenja in razvoja naprednih površin za doseganje visokih gostot toplotnih tokov, razvoja metod za merjenje temperature s submikronsko krajevno ločljivostjo in naprednimi analizami za pojasnjevanje mehanizmov prenosa toplote. S tem bomo pripomogli pri napredku razvoja toplotnih cevi, prenosnikov toplote uporabljenih v nuklearni tehniki in celo za hlajenje komponent v mikrogravitacijskih pogojih. Razvite metode in površine bodo aplicirane tudi na probleme v okoljsko-procesni tehniki pri obvladovanju interakcije med kapljevino in trdnino.
Pomen za razvoj znanosti
Nove tehnologije hlajenja in toplotnih črpalk Temeljne in aplikativne raziskave bomo usmerili v prebojne rešitve novih, okolju prijaznih, energetsko učinkovitih tehnologij hlajenja in toplotnih črpalk brez gibljivih delov, ki temeljijo na kaloričnih tehnologijah, prav tako bomo raziskovali nove koncepte termoelektrike. Raziskave bodo usmerjene v bistveno izboljšanje eksergijske učinkovitosti glede na obstoječe tehnlogije, izločitev okolju neprijaznih hladiv, njihovo delovanje pa bo optimizirano z modelno predikativnim (AI) upravljanjem. Toplotni kontrolni elementi in toplotni tokokrogi Vodili bomo temeljne raziskave na novem področju upravljanja s toploto: področju toplotnih kontrolnih elementov, ki analogno električnim tokokrogom predstavljajo toplotne diode, stikala, tranzistorje, vodnike, kondenzatorje, in združeni tudi toplotne tokokroge. Razvili bomo prvo odprtokodno orodje za simulacijo toplotnih kontrolnih elementov in toplotnih tokokrogov na svetu, raziskali popolnoma nove principe trdinskih toplotnih diod in toplotnih stikal, ter le te implementirali in preizkusili v realnih tehnologijah mikro in močnostne elektronike, ter v tehnologijah pretvorbe in shranjevanja energije. Energetska učinkovitost gradnikov ovoja stavb Razviti bodo večparametrični modeli energijske učinkovitosti solarnih gradnikov ovoja stavb za naravno ogrevanje, hlajenje, prezračevanje in osvetlitev, prilagojeni vgradnji v BIM orodja za modeliranje. Z modeli bo mogoče optimirati on-site solarne generatorje energentov za prehod iz skoraj nič na nič energijske stavbe. Razviti bodo napredni algoritmi optimizacije delovanja solarnih gradnikov ovoja stavb na osnovi obnovljive in neobnovljive primarne energije, s ciljem doseganja razmernika obnovljive primarne energije (ROVE) nad 80%. Eden od kriterijev optimizacije bo indeks pripravljenosti stavbe na pametne tehnologije (SRI). Z novo metodo in-situ raziskav bo parametriziran proces evapotranspiracije (ET) ozelenjenih gradnikov z upoštevanjem realnih robnih pogojev mikro vodnega kroga, vključno z napovedjo ekstremnih dogodkov, opredeljenimi s podnebnimi scenariji. Razviti bodo empirični modeli procesov prenosa toplote in vode v ozelenjenih gradnikih, prilagojeni povezavi z BIM in CFD orodji za napoved potrebne primarne energije za delovanje stavb in vrednotenje mikroklimatskih razmer v mestih, vključno z interakcijo med solarnimi in ozelenjenimi gradniki stavb. Notranja kakovost zraka (IAQ) Raziskave na področju IAQ ter naprednejših sistemov na področju ogrevanja, hlajenja in klimatizacije so ključne za reševanje izzivov sedanjih časov, ko se soočamo tudi z epidemijami. Raziskali bomo »pametne metode nadzora« sistemov za shranjevanje energije v stavbi in oblikovali operativne smernice za nadzorno strategijo. Ker sistemi za shranjevanje energije ločujejo proizvodnjo ogrevanja in hlajenja od njegove uporabe, je potrebno nadzor nad vsako od teh funkcij obravnavati posebej. Upoštevati je tudi potrebno, da je nadzor, katerega cilj je zmanjšanje celotnih stroškov, običajno naslovljen kot optimalen nadzor. Strategije optimalnega nadzora so globalni problem, zato se je pri iskanju rešitve potrebno posluževati matematičnega programiranja in umetne inteligence. Meroslovje Uporaba obstoječih primarnih sistemov za mikro pretoke plina zahteva dolge čase merjenja, naše raziskave pa bodo omogočile razvoj merilnega sistema z merilno zmogljivostjo desetink odstotka in kratkimi merilnimi časi (nekaj minut). S študijo merjenja pretokov različnih plinov bomo omogočili zagotavljanje meroslovne sledljivosti pri uvajanju novih tehnologij (npr. gorivne celice). ). Sistematične analize merilne negotovosti ter zastojnih vplivov bodo zagotovile večjo kakovost merilnih rezultatov v manjših vetrovnikih. Zaradi povečane potrebe po točnem merjenju hitro spreminjajočih tlakov v različnih industrijskih in znanstvenih aplikacijah, ki zahteva uporabo merilnikov tlaka z ustreznimi dinamičnimi lastnostmi, bo potrebno razviti napredni sistem za visokofrekvenčno tlačno dinamično umerjanje, ki bo omogočal razvoj nove primarne merilne metode in etalonskega sistema na področju merjenj časovno spreminjajočih tlakov. Izboljšan prenos toplote in snovi Pojasnjevanje mehanizmov prenosa toplote in snovi zahteva razvoj visoko resolucijskih merilnih metod v sklopu česar bomo razvili temperaturno občutljivo fluorescenčno mikroskopijo za brezdotikalno merjenje temperature na površini ali znotraj kapljevine s krajevno ločljivostjo pod 500 nm. S hkratnim doseganjem visoke časovne ločljivosti bomo omogočili nove raziskave o zaenkrat še slabo poznanih tranzientnih fizikalnih procesih na kapljevito-plinasto-trdni medfazni meji pri faznih spremembah. Z razvojem funkcionaliziranih površin za izboljšan prenos toplote pri vrenju bomo prispevali k povečanju učinkovitosti hlajenja in razumevanju pristopov pri dvigu dopustne (tj. kritične) gostote toplotnega toka. Raziskave na področju staranja in onesnaženja površin pri dolgotrajni izpostavljenosti procesu vrenja bodo prispevale k razumevanju dogajanja na vrelni površini na daljši časovni skali. S tem bomo poenotili tudi metodologijo eksperimentalnega ovrednotenja dolgotrajnih testov in pripomogli k napredku implementacije tovrstnih površin v realne sisteme: na primer v toplote cevi za hlajenje elektronskih naprav, v nuklearno tehniko in kompaktne prenosnike toplote, ki se lahko uporabljajo celo za hlajenje komponent v vesoljki tehniki. Znanja iz razvitih merilnih tehnik prenosa toplote in razvoja naprednih funkcionaliziranih površin bodo uporabljena tudi pri raziskavah na področju okoljsko-procesnih tehnologij, predvsem pri analizi in intezifikaciji katalitičnih kemičnih reakcij (npr. metanacija pri proizvodnji obnovljivega metana), v separacijskih tehnikah (npr. razvoj novih membran), pri zaščiti površin (npr. razvoj samočistilnih nanosov) in nenazadnje za pridobivanje temeljnega znanja s spremljanjem pojavov prenosa toplote in snovi na mikro- in nanoskali.
Pomen za razvoj Slovenije
Programska skupina je prioritetno usmerjena v doseganje strateških ciljev razvoja inovativnega in na znanju temelječega gospodarstva, ki zmanjšuje rabo energije in emisije CO2 ter tako prispeva k večji konkurenčnosti in trajnostnemu razvoju Slovenije in EU. Rezultati dosedanjih raziskav so dokazano pomembno vplivali tudi na zanesljivo in kakovostno energijsko oskrbo. Zaradi družbeno-ekonomske in tudi kulturne povezanosti z evropskim prostorom, se mora Slovenija na področju oskrbe in učinkovite rabe energije še naprej prilagajati evropskim zavezam. Zato smo vsebino našega raziskovalnega programa zasnovali tako, da sovpada s smernicami znanstvenega in tehnološkega razvoja Evropske unije na področju procesnega strojništva in energetike. Osrednja usmeritev razvoja in raziskav sovpada z najnovejšimi smernicami EU (Green Deal 2019-2024 in Direktive energijske učinkovitosti), zavezo o razogličenju EU do leta 2050, kot tudi svetovnimi smernicami trajnostnega razvoja (UN Sustainable Development). Nove tehnologije hlajenja in toplotnih črpalk Hlajenje, toplotne črpalke in klimatizacija predstavljajo 17% svetovne rabe električne energije. Če se energetska učinkovitost teh sistemov, še posebej manjših enot ne izboljša, ali se ne uvedejo nove tehnologije, se bo raba električne energije lahko potrojila do leta 2050. Z raziskavami in razvojem energijsko učinkovitejših novih tehnologij hlajenja in toplotnih črpalk ciljamo na 20% izboljšanje eksergijske učinkovitosti in popolno izločitev hladiv, ki danes doprinašajo 7.8% globalnih emisij toplogrednih plinov. Toplotni kontrolni elementi in toplotni tokokrogi Upravljanje s toploto predstavlja ključni izziv vseh energetskih naprav, mikro in močnostnih elektronskih naprav sistemov (vključujoč baterije), saj zagotavlja njihovo visoko energetsko učinkovitost (cilj EU do leta 2030: 32.5% zvišanje, sovpada s 7.ciljem UN in Zelenim dogovorom), optimizirano delovanje, visoko zanesljivost in varnost. Z raziskavami novih konceptov toplotnih kontrolnih elementov bomo v novem raz. obdobju omogočili rešitve za višjo energetsko učinkovitost in zaneslivejše delovanje baterij, elektronike in termoelektričnih ter kaloričnih tehnologij pretvorbe energij. Solarni in ozelenjeni gradniki ovoja stavb Razviti in ovrednoteni solarni gradniki bodo prispevali k doseganju zavez o povečevanju uporabe OVE v obdobju do leta 2030, saj so stavbe odgovorne za 40% rabe končne energije, tehnologije solarnih gradnikov pa primerne tudi za obnovo stavb. Cilj raziskav je povečati nabor tehnologij za pretvarjanje obnovljivih energentov, ki jih obvladuje slovenska industrija. Raziskave mikro vodnega kroga in toplotnega odziva ozelenjenih gradnikov ovoja stavb bodo vodilo pri zasnovi grajenega okolja z vidika uravnavanja mestne mikroklime in bodo v sodelovanju z domačo industrijo vodile k razvoju industrijskih rešitev za globalni trg. V trenutni fazi uvajanja kriterijev skoraj nič energijskih stavb bodo nadgrajena BIM orodja v inženirstvu pripomogla k trajnejši zasnovi, gradnji in obnovi stavb. Rezultati raziskav bodo prenešeni v pedagoški proces v okviru posodobljenih učnih programov, s katerimi med drugimi v Sloveniji dokazujemo uveljavljanje določil Direktive o energijski učinkovitosti stavb (EPBD). Napredni hranilniki toplote Do sedaj so bile raziskave na področju hranilnikov toplote usmerjene predvsem na hranilnike toplote kot komponente večjih sistemov pri čemer smo preučevali njihove karakteristike in toplotne odzive. V naslednjem koraku bomo v analize integrirali tudi elektroenergetski sistem in njegove potrebe, kajti stavbe v prihodnosti ne bodo samostojne entitete, pač pa bodo odjemalci toplotne in električne energije hkrati porabniki in proizvajalci. To pomeni, da bo vedno bolj pomembna vgradnja hranilnikov toplote in elektrike. V ta namen bomo razvili ustrezne numerične modele, s katerimi bomo analizirali vpliv hranilnikov na toplotne odzive stavb in možnost uporabe hranilnikov za podporo elektroenergetskemu omrežju. Meroslovje Z raziskavami na področju meroslovja bomo prispevali k vzpostavitev novih akreditiranih merilnih zmogljivosti na področju mikro pretokov plina in hitrosti zraka, ki bodo omogočale podporo gospodarstvu pri zagotavljanju meroslovne sledljivosti njihove merilne opreme ter pri drugih razvojnih in raziskovalnih izzivih na tem področju. Razvite primarne etalone za dinamično tlačno umerjanje bo mogoče uporabiti za dinamična preskušanja dinamičnih lastnosti inovativnih tlačnih zaznaval za avtomobilsko industrijo in druge tlačne merilne opreme s širokim uporabnim frekvenčnim območjem. Prav tako bodo rezultati raziskav v obliki novega znanja in infrastrukture prenešeni v izobraževalni proces in razvoj kadrov, tako preko rednih študijskih programov kot tudi preko strokovnih izobraževanj meroslovnega osebja iz industrije. Izboljšan prenos toplote in snovi Raziskave v naslednjem raziskovalnem obdobju bodo omogočile analizo pojavov prenosa toplote in snovi na mikro- ter nanoskali, kar bo omogočalo napredek razvoja mikro- in nanoelektromehanskih sistemov (MEMS/NEMS) z visoko dodano vrednostjo. Podoben bo doprinos razvoja funkcionaliziranih površin in raziskav na področju dolgotrajnega vedenja površin v pogojih vrenja, kar bo možno vključiti v razvoj prenosnikov toplote na več skalah od ultratankih toplotnih cevi do industrijskih ploščnih prenosnikov toplote, ki se dandanes vsakodnevno uporabljajo za namen hlajenja mobilni telefonov, tabličnih računalnikov in na splošno v aplikacijah s potrebo po odvajanju visoke gostote toplotnih tokov. Rezultate razvoja na področju okoljsko-procesnih tehnologij bo možno vključiti v farmacevtsko in kemično industrijo na področjih priprave medijev, katalize in sinteze, zaščite površin ter izvedbe fizikalnega ali termičnega ločevanja zmesi z namenom zmanjšanja količine (nevarnih) odpadkov in ponovne izrabe medijev, kjer je to mogoče po načelih trajnostnega razvoja in krožnega gospodarstva.
Zgodovina ogledov
Priljubljeno