EcoCute
EcoCute är en energieffektiv elektrisk värmepump , vattenuppvärmning och försörjningssystem som använder värme som utvinns från luften för att värma vatten för hushåll, industri och kommersiellt bruk. Istället för de mer konventionella ammoniak- eller haloalkangaserna använder EcoCute superkritisk koldioxid som köldmedium . Tekniken erbjuder ett sätt att spara energi och minskar utsläppen av växthusgaser .
Etymologi
Namnet på EcoCute kommer från den japanska frasen Shizen Reibai Hīto Ponpu Kyūtō-ki ( 自然冷媒ヒートポンプ給湯機 ) , som bokstavligen betyder "naturligt köldmedium värmepump varmvattenberedare". Eco är en sammandragning av antingen ekologi eller ekonomisk och Cute är nästan en homonym till kyūtō ( 給湯 ) ; bokstavligen "tillföra varmvatten".
Historia
Moderna kemiska kyltekniker utvecklades efter förslaget från Carnot-cykeln 1824. Jacob Perkins uppfann en ismaskin som använde eter 1843, och Edmond Carré byggde ett kylskåp som använde vatten och svavelsyra 1850. I Japan, Fusanosuke Kuhara , grundaren av Hitachi, Ltd. , tillverkade en luftkonditionering för sitt eget hembruk med hjälp av komprimerad CO 2 som kylmedel.
År 1930 upptäckte Thomas Midgley Jr. diklordifluormetan, ett klorerat fluorkolväte ( CFC ) känt som freon . CFC ersatte snabbt traditionella köldmedieämnen, inklusive CO 2 (som visade sig vara svår att komprimera för hushållsbruk), för användning i värmepumpar och kylskåp . Men från 1980-talet började CFC förlora i popularitet som köldmedium när deras skadliga effekter på ozonskiktet upptäcktes . Två alternativa typer av köldmedier, fluorkolväten ( HFC ) och klorfluorkolväten ( HCFC ), förlorade också fördel när de identifierades som växthusgaser (dessutom visade sig HCFC vara mer skadliga för ozonskiktet än vad man ursprungligen trodde). Wienkonventionen för skydd av ozonskiktet, Montrealprotokollet och Kyotoprotokollet kräver att sådana köldmedier helt överges senast 2030.
1989, mitt i internationell oro över effekterna av klorfluorkolväten och klorfluorkolväten på ozonskiktet, patenterade forskaren Gustav Lorentzen och SINTEF en metod för att använda CO 2 som köldmedium vid uppvärmning och kylning. Ytterligare forskning om CO 2 -kylning utfördes sedan vid Shecco (Sustainable Heating and Cooling with CO 2 ) i Bryssel , Belgien , vilket ledde till ökad användning av CO 2 -köldmedieteknik i Europa.
1993 utvecklade det japanska företaget Denso , i samarbete med Gustav Lorentzen, en luftkonditioneringsanläggning för bilar som använder CO 2 som köldmedium. De demonstrerade uppfinningen vid International Institute of Refrigeration/Gustav Lorentzen-konferensen i juni 1998. Efter konferensen kontaktade CRIEPI ( Central Research Institute of Electric Power Industry ) och TEPCO ( The Tokyo Electric Power Company ) Denso om att utveckla en prototyp av luftkonditionering med naturliga köldmediematerial istället för freon. Tillsammans producerade de 30 prototyper av EcoCute-enheter för en årslång experimentell installation på platser över hela Japan , från det kalla klimatet i Hokkaidō till hetare Okinawa . Efter denna framgångsrika genomförbarhetsstudie erhöll Denso ett patent för att komprimera CO 2 -köldmedium för användning i en värmepump från SINTEF i september 2000.
Den första kommersiella inhemska EcoCute marknadsfördes i Japan av Corona Corporation i maj 2001, och flera tillverkare sålde 1,5 miljoner enheter där i oktober 2008.
FEPC rapporterade att 2 miljoner EcoCute-enheter hade levererats i slutet av oktober 2009, med motsvarande CO 2 -absorption på 9400 km 2 skog .
Funktioner och efterfrågan
I Japan 1998 stod vattenuppvärmning (Kyuto ( 給湯 , kyūtō ) ) för 33,8 % av den typiska hushållsenergiförbrukningen, med luftkonditionering och fotogenvärmare för ytterligare 26,9 % och kylning med luftkonditionering ytterligare 2,3 %. De flesta av de återstående 37 % spenderades på elektriska hushållsapparater, ett område där 2000-talets innovationer inom energibesparing började göra avsevärda energibesparingar. Detta lämnade varmvattenförsörjning som det svåraste området för energibesparing, vilket lämnade en lucka på marknaden för EcoCute. I januari 2005 tillverkade 26 japanska företag mer än 450 modeller av EcoCute-maskiner, och försäljningen av inhemska enheter ökade med 130–150 % varje år mellan 2001 och 2005.
Denso introducerade EcoCute först utanför Japan vid COP9 i Milano , Italien den 9 december 2003. Från 2007 började Denso koncentrera sig på att marknadsföra EcoCute i EU . I Japan införlivade den japanska regeringen EcoCute i sitt CO 2 -minskningsprogram under Kyotoprotokollet, vilket kräver installation av 5,2 miljoner enheter i kommersiella och inhemska fastigheter senast 2010. Kostnaden för EcoCute är cirka 500 tusen japanska yen i februari–mars 2009.
Grunderna i EcoCute-maskinen
En EcoCute-maskin eller -system består av en värmepump och varmvattenlagringsenhet . De förseglade komponenterna är seriekopplade med köldmedium CO 2 -gas i cirkulation . [ förtydligande behövs ]
- I det första steget samlar en värmeväxlare värme från luften utanför för att använda som energi för köldmediet. Luftflöde erhålls vanligtvis med en centrifugalfläkt ; i kalla områden med omgivningstemperaturer runt −20 till −25°C är en extra värmefläkt ansluten.
- En gaskompressor används för att höja temperaturen på det gasformiga CO 2 -köldmediet till cirka 100°C under ett tryck på 10 M Pa via adiabatisk kompression. Koldioxiden blir en superkritisk vätska. Flera typer av kompressorer kan användas, inklusive tvåskikts cylindriska kompressorer, scrollkompressorer och tvåstegs roterande kompressorer .
- I det andra steget överför en värmeväxlare energi från det varma köldmediet till vatten för att producera varmvatten. Vattentemperaturer runt 5°C och uppåt är lämpliga i detta skede.
- Slutligen minskar ejektor- eller expansionsventiler trycket på köldmediet, låter det svalna via adiabatisk expansion och återgår till CO 2 -gas.
EcoCute kan härleda två till fem enheter värmeenergi från omgivande luft för varje enhet av tillförd elektrisk energi. Den producerar tre till fem enheter varmvattenenergi, vilket resulterar i minskade CO 2 -utsläpp jämfört med vattenuppvärmning via el eller naturgas . För att producera 90°C varmvatten förbrukar en EcoCute 66 % mindre el än en elektrisk varmvattenberedare och kostar 80 % mindre än att värma vatten via naturgas i Japan. Genom att minska användningen av fossila bränslen resulterar EcoCute i mer än 50 % minskningar av CO 2 -utsläppen
Utan att ta hänsyn till uppströmsförluster av ingående energi, är EcoCutes COP 3,8 vid industriell användning, medan elektrisk vattenuppvärmning är 1,0 och gaspanna är 0,88 inklusive pilotljusförlust .
Andra
EcoCute ( エコキュート , ekokyūto ) är ett registrerat varumärke (nr 4575216 – Japan) som tillhör Kansai Electric Power Company .