Teollisista lämpöpumpuista haetaan ratkaisua päästöttömään lämmöntuotantoon

LUT-yliopisto tutkii, miten lämpöpumppuja voitaisiin käyttää teollisuuden prosessihöyryn ja kaukolämmön tuotannossa. Tutkimuksen tavoitteena on vahvistaa suomalaisen lämpöpumpputeollisuuden kilpailukykyä ja markkina-asemaa maailmalla, kertoo LUT-yliopisto tiedotteessaan.

LUT-yliopisto kehittää uudessa tutkimushankkeessaan entistä tehokkaampia lämpöpumppuja. Niitä voitaisiin käyttää esimerkiksi kaukolämmön sekä teollisuudessa tarvittavan prosessihöyryn tuotannossa, johon tämänhetkiset lämpöpumppuratkaisut eivät sovellu.

− Nykyiset lämpöpumput ovat jo varsin tehokkaita, mutta markkinoilla ei vielä juurikaan ole suureen lämpötilan nousuun kykeneviä teollisia lämpöpumppuja. Tekniikka on sitä haastavampi toteuttaa, mitä korkeampaa lämpötilaa ja lämpötilan nousua vaaditaan, LUT-yliopiston tutkijaopettaja Antti Uusitalo sanoo tiedotteessa.

Uusitalon mukaan uuden sukupolven kuumalämpöpumpuilla voidaan tulevaisuudessa korvata polttoon ja fossiilisten polttoaineiden käyttöön perustuvia lämmöntuotantomenetelmiä. Se vähentäisi lämmöntuotannossa syntyvien kasvihuonepäästöjen määrää.

− Uudet kuumalämpöpumput voivat parantaa merkittävästi myös energiatehokkuutta: niiden avulla esimerkiksi teollisuuden hukkalämpö voidaan hyödyntää aiempaa tehokkaammin, Uusitalo sanoo.

Lämpöpumput osaksi koko energiajärjestelmää

Lämpöpumppujen suosio on kasvanut viime vuosina merkittävästi, ja niillä on suuri rooli varsinkin kotitalouksien lämmöntuotannossa. Myös teollisuuden lämpöpumppuinvestoinnit ovat lisääntyneet viime vuosina voimakkaasti, ja yhä tehokkaammat suuren mittakaavan lämmitysratkaisut kasvattaisivat lämpöpumppumarkkinoita entisestään.

Jotta uusi lämpöpumpputeknologia saadaan käyttöön, täytyy ensin tutkia kolmea asiaa. Näitä ovat tehokkaammat tavat kerätä ja siirtää lämpöä, mahdollisuuksia hyödyntää tehoa ja luotettavuutta parantavia suurnopeuskompressoreja sekä erilaisten kylmäaineiden soveltuvuus lämpöpumppuihin muun muassa materiaalien yhteensopivuuden kannalta. LUT on tutkinut jo pitkään suurnopeustekniikkaa ja suunnitellut esimerkiksi tehoelektroniikalla ja IoT:llä ohjattuja koneita, joita käytetään kotimaisessa teollisuudessa.

− Tutkimme hankkeessa myös koko lämpöpumppujärjestelmän integrointia ja optimointia osana laajempaa energiajärjestelmää. Tulevaisuudessa energiajärjestelmään tarvitaan entistäkin enemmän joustoa. Lämpöpumpuilla voi olla merkittävä rooli lämpö-, sähkö- ja polttoainesektoreita yhdistävänä joustokomponenttina, LUT-yliopiston professori Tero Tynjälä sanoo tiedotteessa.

Hankkeessa tutkitaan myös ulkoilman käyttämistä kuumalämpöpumppujen lämmönlähteenä, sillä se on edullista ja kaikkialta saatavissa. 

LUT-yliopiston lisäksi tutkimushankkeessa ovat mukana Yaskawa Environmental Energy / The Switch, Vahterus, Fincoil LU-VE, Suomen tekojää, Nevel, Suur-Savon Sähkö sekä Suomen lämpöpumppuyhdistys. Business Finlandin rahoittama kaksivuotinen tutkimushanke päättyy elokuussa 2024.

Lämpöpumppuja tutkitaan monesta eri näkökulmasta

• Tutkimushanke selvittää erityisesti uusien kylmäaineiden ominaisuuksia ja niiden hyödyntämistä korkean lämpötilan lämpöpumpuissa. Hankkeessa tutkitaan myös lämpöpumppuprosessien, lämmönsiirtimien ja lämmönkeruun mitoitusta sekä häviöitä.
• Lisäksi hankkeessa tutkitaan suurnopeustekniikkaan perustuvia kylmäkonekompressorien suunnittelumenetelmiä ja häviöitä. Tutkimuskohteita ovat muun muassa kompressorijuoksupyörien aerodynaaminen suunnittelu, sähkömoottorit, magneettilaakerointi ja roottoridynamiikka.
• Tutkimuksessa selvitetään, miten korkean lämpötilan lämpöpumppuja voidaan integroida osaksi energiajärjestelmää, kun kuumalämpöpumppu toimii esimerkiksi osana kaukolämpöverkkoa.