Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Clean and efficient wood stoves through improved batch combustion models and CFD modelling approaches

Alternativ tittel: Miljøvennlige og effektive vedovner ved hjelp av forbedrede modeller og modelleringsverktøy

Tildelt: kr 14,0 mill.

I moderne vedovner, produsert etter at det ble innført utslippskrav til partikler fra vedovner i 1998, er utslippene relativt lave sammenlignet med gamle vedovner. De nye ovnene har to-stegs lufttilførsel, noe som gir vesentlig bedre forbrenningsbetingelser, og dermed lavere utslipp. Men dette er ikke nok i fremtiden, vi må også forbedre de nåværende moderne vedovnene - de må bli enda bedre, og de må bli mindre og/eller avgi en mindre og mer stabil effekt hvis de skal ha en fremtid i moderne lavenergi- og passivhus. For å redusere utslippene videre og forbedre varmekomforten disse tilbyr, er det behov for å kontrollere både forbrenningsprosessen og varmeavgivelsen til rommet bedre. Det ideelle ville være en kontinuerlig forbrenningsprosess, uten fluktuasjoner som fører til ustabile forbrenningsbetingelser og økte utslipp. Men, forbrenningsprosessen i en vedovn er og blir en satsvis prosess, det vil si at veden du legger inn vil gjennomgå en kontinuerlig forandring på sin vei fra fuktig ved til trekull, og til slutt aske. Dette er en utfordring, med tanke på forbrenningskontroll. I WoodCFD vil vi forske spesielt på brennkammerdesign for å minimere utslipp. CFD er en type modelleringsverktøy hvor geometrien i en vedovn kan spesifiseres i detalj og kobles sammen med strømningsberegninger og forbrenningskjemi. Resultatet blir et detaljert bilde av forbrenningsprosessen og dens kvalitet. Diverse parametere kan så varieres for å forbedre forbrenningsprosessen. For all modellering er det viktig med korrekte delmodeller for de fysiske og kjemiske prosessene som pågår, samt korrekte inngangsdata i simuleringen som benytter seg av disse. Sammen med eksperimentelt arbeid vil dette kunne bidra til vedovner med utslipp ned mot pelletskamin nivå og en effekt ned mot 1 kW, som vil avgis vesentlig mer stabilt enn fra dagens vedovner, dvs. tilpasset lavenergi- og passivhus. Resultater fra dette forskingsprosjektet kan gi stor miljøgevinst og mer bærekraftig oppvarming. I 2015 var faglig fokus på innledende studier og etablering av sub-modeller for bruk i transiente CFD simuleringer samt modellering av varmetransport i vedovner og analyse av varmedistribusjon til andre rom i bygningen. Arbeidet med sub-modellene, også for stasjonære CFD simuleringer, fortsatte i 2016. Den tilsatte PhD kandidaten i prosjektet fokuserte på utvikling av en dekomponering modell for vedkubber. Samtidig ble det jobbet med å forbedre modellene og verktøyene som benyttes til simulering av termisk komfort i energieffektive bygninger med vedovn installert. I 2017 fokuserte arbeidet på uttesting av utviklede sub-modeller i CFD simuleringer og bruk av disse, og PhD kandidaten fokuserte på videreutvikling av dekomponeringsmodellen for vedkubber, og publiserte flere arbeider på dette. Termisk komfort arbeidet i 2017 fokuserte på eksperimentell aktivitet for å fremskaffe detaljerte data for videreutvikling og validering av modeller. I 2018, det avsluttende året for WoodCFD, var fokus på transiente CFD simuleringer med varmelagring, optimalisering av vedovner, NOx reduksjon og bygningsintegrasjon via dynamiske og CFD simuleringer. En håndbok ble laget og oppsummerer prosjektet og gir anbefalinger.

Prosjektet har bidratt til betydelig kompetanseheving på flere fagområder knyttet til vedovner, inkludert forståelsen av forbrenningsprosessen i vedovner og hvordan denne kan påvirkes og forbedres, samt hvordan vedovner kan tilpasses fremtidens energieffektive bygninger. Modellene og verktøyene utviklet eller forbedret i prosjektet har lagt grunnlaget for det som kan bli et effektivt designverktøy for vedovner, til direkte nytte for vedovnsprodusentene ved design av fremtidens miljøvennlige vedovner med også forbedret varmekomfort. Prosjektresultatene har vært til stor nytte for prosjektdeltagerne og er av stor interesse for fagfeltet og industrien. Industrien vil ha utbytte av mer effektive design- og utviklingsprosesser for vedovner, brukerne vil ha utbytte av bedre vedovner tilpasset deres behov, og samfunnet for øvrig vil ha utbytte av mer miljøvennlige vedovner.

The Strategy for increased expansion of bioenergy states that Norway shall double the bioenergy production from 14 to 28 TWh by 2020 and that the major single contributor of new bioenergy production shall come from bioenergy use in small-scale heating appliances for space heating, meaning in practise the use of wood log combustion in wood stoves and fireplaces. New solutions and technologies that enable a more widespread and extensive use of wood log combustion are clearly necessary to reach these ambitious targets. New houses, as well as retrofit/upgrading of old houses, have increasingly focused on improved insulation, lowering the space-heating effect required to as low as 1 kW. Combining heat production, storage and distribution in an optimum way makes it possible to achieve a substantially more stable heat release and distribution; ultimately resulting in an increased number of operational hours per unit and also more units in active operation due to the increased heat comfort. Low load wood stoves and fireplaces in buildings with new insulation standards demand new technologies and solutions with an increased focus on the combustion process and its control, the combustion quality and optimum design to ensure low emissions and high energy efficiency to minimize the negative effects of the batch combustion process. There is a need for a more concentrated effort on the development of improved models and the use of advanced modelling approaches to be able to further improve wood stoves and especially low load wood stoves with respect to emissions and energy efficiency, as well as combustion stability and optimum room and building integration. The proposed project therefore focuses on clean and efficient wood stoves through improved batch combustion models and CFD modelling approaches. Improved models and modelling approaches, in combination with targeted experiments, are keys in the development of future's downscaled clean burning and energy efficient wood stoves.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Budsjettformål:

ENERGIX-Stort program energi