– Tenk på det som et «varmebatteri», hvor varmen fra varmepumpa lagres og kan brukes senere. I praksis betyr dette at folk får mer ut av den lagrede varmen. Den blir enklere og mer behagelig å bruke, og energien blir samtidig brukt på en smartere måte, forteller Sintef-forsker Galina Simonsen.
Hun er en del av teamet som har utviklet de nye termiske batteriene.
Varmepumper blir stadig vanligere i private hjem. Men å lagre varmen de produserer, har ikke vært mulig – før nå.
– Batteriene har høy virkningsgrad og lader og leverer varme raskt, slik at det blir lettere å dekke behovene. Som når flere skal dusje etter hverandre, eller du trenger varmtvann tidlig en kald morgen, sier Simonsen.
Løsningen vil også lønne seg for lommeboka fordi den gjør det mulig å lagre overskuddsvarme når strømmen er billig eller miljøvennlig produsert, og den kan brukes når behovet for mer varme oppstår.
Egenskapen ligger i salthydrater
Som kjent henter varmepumper energi fra omgivelsene, altså luft, jord eller vann, og transporterer varmen inn i boligen.
Men i husholdninger og andre bygg vil varmebehovet variere, avhengig av bruksmønster, tid på døgnet, utetemperatur og værforhold. I dette prosjektet har forskerne arbeidet med å møte disse svingningene på en smartere måte.
– En varmepumpe som går konstant er både dyrt, energisløsende og kan føre til overbelastning av strømnettet. Med de nye batteriene kombineres varmepumper med lagring og smart fordeling av varme, forteller Simonsen.
Først ute med løsning for privatpersoner
Forskerteamet i Sintef har samarbeidet tett med det sveitsiske firmaet Cowa Thermal Solutions med å utvikle løsningen. Selv om termisk energilagring finnes fra før, er teamet blant de første som har klart å lage en løsning som er så effektiv at den er attraktiv for private hjem.
Hemmeligheten ligger i en kombinasjon av tekniske løsninger og materialer som heter salthydrater.
– I motsetning til tørr salt vi strør på maten, låser salthydrater vann inne i strukturen sin og oppfører seg unikt når de utsettes for varme, sier Simonsen.
Stoffer som kan gjennomgå denne fysiske transformasjonen, fra smelting til størkning, tilhører en bredere gruppe materialer kjent som «faseendringsmaterialer».
– Tenk på det som svamper: Når de varmes opp til en viss temperatur, gjennomgår de en endring hvor de går fra fast til flytende og kan lagre varme. Når de kjøles ned, går de tilbake til fast form og frigjør den igjen, forteller hun.
– De kan lagre mye mer varme (energi) enn for eksempel vann og holde på varmen over lengre tid, selv om temperaturen ikke endrer seg så mye.
Med andre ord: Mer varme og mer stabile temperaturer.
Plassbesparende løsning
Salthydratene åpner altså helt nye muligheter for smarte og mer balanserte oppvarmingssystemer fordi oppvarmingen kan flyttes til tidspunkt med lavt energibehov.
– Salthydrater er ikke giftige, de er ikke brennbare, og de er i tillegg relativt rimelige. Det gjør at de er et trygt og godt valg for bruk i private hjem. Varmelagring med salthydrater tar dessuten mindre plass enn en tradisjonell varmtvannstank, gjerne opptil fire ganger mindre, sier Simonsen.
Bruker resirkulert aluminium
Sintefs oppgave i prosjektet har vært å forbedre selve effektiviteten. Det vil si hvordan måten varme lagres og frigjøres på i batteriene.
– Helt konkret har vi designet og testet en slags type kjøleribber som forbedrer varmeoverføringen i de termiske batteriene, forteller hun.
Kjøleribbene er tynne metallstrukturer som er laget av resirkulert aluminium, som er effektive varmelederbaner. Dette gjør at varmen fordeles raskt og jevnt gjennom salthydratet.
– Aluminium er et lett materiale, har god varmeledningsevne og er lett å forme. Bruken av det resirkulerte aluminiumet gjør dessuten at miljøavtrykket og kostnader reduseres og bidrar til å fremme en mer sirkulær materialbruk.
Samtidig fører resirkulert aluminium med seg en utfordring: Det kan inneholde urenheter som gjør det mer sårbart for korrosjon.
– Korrosjon er spesielt kritisk fordi salthydrater er tøffe mot aluminium, spesielt når det er urenheter til stede. Uten beskyttelse kan kjøleribbene degraderes over tid, ytelsen reduseres og levetiden for hele systemet kortes ned
For å løse dette har forskerne benyttet en type belegg, også kalt Plasma Electrolytic Oxidation, som danner et tynt, keramisk lag på overflaten av aluminiumet.
– Dette er lignende type belegg som brukes på non-stick panner, og det gir en veldig slitesterk og korrosjonsbestandig barriere, forklarer forskeren.
Artikkelen ble først publisert på Gemini.no
