Hoppa till huvudinnehåll
RISE logo

Vattenavvisande yta gör luftvärmepumpen mer effektiv

Under vinterhalvåret ställer frostbildning på luftvärmepumpar till det för användaren, som måste stänga av och avfrosta med jämna mellanrum. I ett forskningsprojekt samordnat av RISE testas olika ytbeläggningar för att lösa problemet.

Många använder luftvärmepumpar för att värma upp sina hem, men de kalla svenska vintrarna ställer till problem för värmeväxlarna, som drabbas av frosttillväxt. Detta sänker dels prestandan, och leder dels till att användaren ofta måste avfrosta.

RISE har i ett projekt finansierat av Energimyndigheten och företag i branschen, arbetat med att utveckla ytbeläggningar som motverkar eller fördröjer uppbyggandet av is, vilket skulle leda till mindre stilleståndstid, färre avfrostningar och kortare avfrostningstider.

– Tanken är att beläggningen vi gjort ska förhindra frosttillväxt. Och kan den inte förhindra så i alla fall fördröja den, och förlänga tiden det krävs innan man måste avfrosta. Så det är två parametrar: förlänga tiden, och korta tiden för själva avfrostningen, säger Kenth Johansson, senior projektledare inom yt- och processkemi på RISE, och som genomför projektet tillsammans med projektledare Mikael Järn.

Två motsatta egenskaper

Särskilt fokus har lagts på utveckling och testning av två ytor med precis motsatta egenskaper: superhydrofoba ytor, som är starkt vattenavvisande, där vattnet lägger sig som en droppe på ytan. Och superhydrofila, där vätskan istället sprider ut sig som en tunn film. Den ena ytan vill ha så lite kontakt med vatten som möjligt, och den andra vill maximera kontakten med vatten.

– En yta som är hydrofob, som inte tycker om vatten, tycker inte heller om is. Och ytan som gör att vattnet flyter ut har i tidigare studier visat sig intressanta för att påverka frostbildning, säger Kenth Johansson.

Tunt lager is lätt att bli av med

Hypotesen i det superhydrofoba fallet är att vattendropparna rullar av värmeväxlarytan innan de fryser till is, medan i det superhydrofila fallet rinner vattnet potentiellt av ytan innan det fryser, eller alternativt att islagren som byggs upp blir tunnare på grund av den ökade vätningen.

Så vilken av de bägge ytorna visade sig då ha bäst effekt? Något överraskande visade sig den hydrofoba, vattenavstötande, ytan ha sämst effekt. Detta på grund av att beläggningen kan innehålla defekter där frost kan byggas upp. Vattendropparna rullar inte av som det var tänkt.

Istället var det den hydrofila ytan som bidrog till positiva resultat.

– I och med att vattnet flyter ut så blir det ett väldigt tunt lager is, och ett sådant går fortare att avfrosta och vattnet rinner dessutom av ytan vilket underlättar fortsatt drift, säger Kenth Johansson.

Blir effektivare – och sparar tid

Ytbeläggningarna har initialt formulerats och testats på labbskala, varav de mest lovande koncepten har applicerats på riktiga värmeväxlare och testats i fullskaliga värmepumpstillämningar hos deltagande industriföretag. Resultaten visar att den superhydrofila värmeväxlaren förlänger drifttiden med åtta procent, förkortar avfrostningstiden med tio procent och ger en fyraprocentig ökning i totaleffekt över tid hos värmepumpen jämfört med den icke-belagda referensen.

– Detta var bara en studie som visar att beläggningarna kan ha en påverkan, nu diskuterar vi vidare med flera företag. Detta är förstås väldigt intressant för branschen, säger Kenth Johansson.