Energieffektivisering av torktumlare

Transkript

1 Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Avdelningen för energi-, miljö- och byggteknik Anton Johansson Energieffektivisering av torktumlare Med avseende på last, trumvarvtal och valkhöjd Improving energy efficiency of a tumble dryer Regarding cloths weight, drum speed and height of the drum paddles Examensarbete 22,5 hp Energi och miljöingenjörsprogrammet Datum/Termin: VT-09 Handledare: Lena Stawreberg Examinator: Roger Renström Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax Information@kau.se

2 Förord Denna rapport är resultatet av mitt examensarbete på 22.5hp som utförts i samarbete med Asko Appliances AB. Arbetet avslutar den utbildning till energi och miljöingenjör som jag läst vid Karlstad universitet de senaste tre åren. Jag skulle vilja passa på att tacka min handledare på universitetet, Lena Stawreberg, som hjälpt mig under hela arbetets gång med såväl försöksplanering som rapportskrivning. Tack till Peder Bengtsson, handledare på Asko och laboratorieingenjör Lars Petterson som jag besvärat otaliga gånger under försökens gång. Tack också till mina klasskamrater som varit till stöd och bidragit med inspiration under arbetets gång. Karlstad / Anton Johansson

3 Sammanfattning Detta examensarbete har utförts i samarbete med Asko Appliances AB i syfte att förbättra energieffektiviteten hos företagets torktumlare. För att utröna hur parametrarna last, trummans varvtal samt valkhöjd påverkar energiförbrukningen hos en frånluftstorktumlare har 22 försök uppdelade i 3 olika försöksserier utförts. Varvtalet har varierats mellan 45 till 60 rpm och bomullslaster från 2 till 8kg har granskats. Valkhöjder av 30 till 90mm har använts. För att analysera resultaten från den första försöksserien har en statistisk modell använts. Denna modell beskriver hur de olika parametrarna påverkar energieffektiviteten. Det har visats att lastens storlek följt av varvtalet har störst inverkan på torkningens energieffektivitet. Valkarnas höjd påverkade inte resultaten. I försöksserie två utreds vilket trumvarvtal som ger lägst energiförbrukning hos torktumlaren vid lasten 2kg. Resultaten visar att varvtalet 55rpm gav högst energieffektivitet. Om Asko Appliances skulle höja trumvarvtalet hos sina torktumlare från dagens 52rpm till 55rpm skulle energieffektiviteten för små laster öka med ungefär 4%. I försöksserie tre har höga valkar (90mm) jämförts med låga valkar (30mm) vid torkning av lasten 8kg. De lägre valkarna uppvisade en något högre energieffektivitet vilket sannolikt beror på den något större trumvolymen som användandet av låga valkar medför.

4 Abstract This student thesis has been made in cooperation with Asko Appliances AB. The aim is to reduce the energy consumption of the tumble dryers produced by the company. A total number of 22 tests, divided into three series, have been carried out in an open cycle tumble dryer. Results from these tests were used for determining how the parameters drum speed, the cloths weight and the height of the drum paddles affects the energy efficiency of an open cycle tumble dryer. Drum speed has been varied from 45 to 60 rpm and weight load from 2 to 8kg. Paddle heights between 30 and 90mm have been used. To analyze the results from the first series a statistical model have been applied. This model describes how the different parameters affect the energy efficiency of the dryer. It has been proven that the weight load followed by the drum speed has the most significant impact on the energy efficiency of the tumble dryer. The height of the paddles did not affect the results. In the second test series the energy efficiency is studied when the drum speed is varied. The weight load used was 2kg. The results showed that a drum speed of 55rpm gave the highest energy efficiency. If the drum speed of Asko Appliances tumble dryers was to be increased from 52 to 55rpm the energy efficiency for small weights could be improved by 4%. In the last test series paddles with the heights 90mm have been compared to 30mm paddles. The weight load was 8kg. The small paddles showed slightly higher energy efficiency. This probably depends on the increased drum volume due to the smaller paddles.

5 Innehåll Inledning... 6 Bakgrund... 6 Mål... 7 Avgränsningar... 7 Teori... 8 Torkning... 8 Torktumlarens funktion... 9 Torkprocessen Metod Material och utförande Försöksserie Försöksserie Försöksserie Resultat Försöksserie Försöksserie Försöksserie Diskussion Slutsats Referenslista... 22

6 Inledning Bakgrund Ett hushåll bestående av fyra personer använder i snitt 6100kWh hushållsel årligen. Vitvarornas energikonsumtion har minskat betydligt på senare år men tvättmaskiner och torktumlare står fortfarande för en stor del av energiförbrukningen [1]. Torkningen av kläder ser inte ut som förr, minskade utrymmen för hängtorkning av tvätten samt ökade krav på kortare torktider har gjort att torktumlaren har blivit vanlig i hushållen. Det är av största vikt att torkningen i en torktumlare sker energieffektivt eftersom denna drar upp till tre gånger så mycket energi som en tvättmaskin per kilo tvätt [2]. Att försäljningsvolymerna är stora, 4,5 miljoner torktumlare per år i Europa, gör dessutom att den totala besparingspotentialen ur energisynpunkt är ansenlig. Asko Appliances AB (ASKO) arbetar idag med att minska energiförbrukningen hos sina torktumlare. Låg energiförbrukning är, enligt företagets undersökningar, i dagsläget det främsta försäljningsargumentet. Ett annat viktigt försäljningsargument som ofta efterfrågas av konsument är lastkapaciteten. Av denna anledning försöker nu Asko Appliances att öka lastkapaciteten hos sina tumlare från sju till åtta kilo. Att öka lastkapaciteten är dock problematiskt eftersom storleken hos torktrumman är en begränsande faktor. Att minska storleken hos de valkar som under torkningen rör om kläderna i trumman är ett sätt att öka trumvolymen. Andra parametrar som trummans utformning samt dess varvtal har varit oförändrade en längre tid. Eftersom de olika parametrarna förmodas interagera med varandra anses det nödvändigt att utreda hur valkar, varvtal och last påverkar torktumlarens energiförbrukning. Marknaden idag domineras av två olika typer av torktumlare, frånlufts- och kondenstorktumlaren. Under senare tid har också torktumlare med inbyggd värmepump börjat dyka upp. Dess marknadsandel är dock fortfarande liten. Torktumlare är en relativt ny produkt och relativt få forskningsrapporter har presenterats inom området. Tidigare studier som ämnat att sänka torktumlarens energianvändning har fokuserat på en rad olika områden. Beiron & Brunzell (2005) har visat att en sänkning av värmeelementets effekt har positiva effekter på frånluftstorktumlarens energiförbrukning. Dock förlängs torktiden [3]. I en studie av Berghel (2004) fastslås att energiförbrukningen hos en kondenstorktumlare kan minskas genom att reducera luftläckage [4]. Flertalet studier har undersökt möjligheten att använda sig i värmeåtervinning för att förbättra energieffektiviteten. Lambert (1991) visar att torkningen kan utföras effektivare genom att utgående luft recirkuleras [5]. Torktumlare med en installerad värmepump behandlas i en studie av Hekman & Fisk (1984). De har kommit fram till att energiförbrukningen kan sänkas med 33% om värmepumpslösningen appliceras [5]. Studier utförda av Bassily (2000) behandlar torktrummans varvtal och dess inverkan på energieffektiviteten. Det har visats att det förekommer ett optimum hos trummans varvtal där förångningshastigheten är som störst. Detta optimum hos trummans varvtal minskar något om

7 den tillförda värmeeffekten ökas. Bassilys tester är utförda med små laster, 2,2 till 3,2kg, och med värmeelement på 2,6 till 3,6kW. Det optimala varvtalet har i dessa fall visat sig vara 45rpm [7]. Detta resultat är dock inte överförbart på europeiska maskiner eftersom dessa har en mindre trumdiameter jämfört med de amerikanska. Standardbredden hos amerikanska torktumlare är 27 samt 29 inches (68,6 respektive 73,5cm) medan motsvarande siffra hos de europeiska modellerna är 59,5cm [8]. Studien visar också att förångningshastigheten kommer att påverkas av tre variabler om trummans utformning förblir den samma. Dessa variabler är trummans varvtal, luftflöde samt lastens totala vikt. Samma resultat bekräftas även i två senare studier (Bassily och Colver, 2003a & b)[9],[10]. Mål Målet med denna studie är att för en frånluftstorktumlare utröna: 1. Hur energieffektiviteten hos torktumlaren påverkas av följande parametrar: Trummans varvtal Höjden hos trummans valkar Lastens storlek 2. Vilket trumvarvtal som ger högst energieffektivitet. 3. Om valkarnas volym i större utsträckning påverkar energieffektiviteten hos stora laster. Avgränsningar Torkningens kvalitet och jämnhet samt torktumlarens miljöpåverkan och ekonomiska aspekter har inte studerats. Använd motorenergi till drift av trumma och fläkt har heller inte betraktats.

8 Teori Torkning Torkning definieras som den process där vatten, eller andra vätskor, lämnar ett material genom avdunstning. I fallet torktumlaren används uppvärmd luft för att avlägsna det vatten som finns bundet i textilier efter tvätt. Före tvätt har textilierna en torrvikt (m t ), och efter en våt vikt (m v ). Mängden fukt i textilierna kan beskrivas som en fukthalt (x) och definieras enligt ekvation 1. x= m v m t m t (1) Vid torkning i en torktumlare spelar luftens egenskaper en avgörande roll. Luftmassan som strömmar genom torktrumman har två uppgifter. För det första skall luften tillföra torkprocessen den energi som krävs för att avdunsta vattnet i textilierna. För det andra skall luften fungera som bärare av den vattenånga som avdunstats. Alltså består torkprocessen både en masstransport samt en energitransport. Hur mycket vattenånga som luften kan bära är avgörande för torkningens effektivitet och beror av luftens temperatur samt fukthalt. Luftens fukthalt kan beskrivas på två olika sätt, som den absoluta fukthalten (x l ) i ekvation 2 (där m å är vattenångans massa och m l den torra luftens massa) och även som den relativa fukthalten (φ) i ekvation 3. p v står för vattenångans partialtryck och p v 0 är ångans mättnadstryck vid samma temperatur. x l = m å m l (2) ϕ = p v p v 0 (3) Den absoluta fukthalten säger hur stor del av en luftmassa som består av vattenånga medan den relativa fukthalten beskriver vattenångans mättnadsgrad i luft. I inomhusluft, där en torktumlare vanligtvis opererar, så ligger den relativa fukthalten någonstans mellan 30-65% [11]. För att torkprocessen ska bli effektiv måste den relativa fukthalten sänkas och detta görs genom att temperaturen hos luftmassan ökas. Processen kan beskrivas med hjälp av ett mollierdiagram så som i figur 1.

9 Figur 1. Den röda linjen visar en ideal process för en frånluftstorktumlare. Först värms den inkommande luften (den vertikala linjen). När sedan luften möter de våta textilierna ökar fuktigheten i luftmassan samtidigt som temperaturen sänks (den vertikala linjen). Torktumlarens funktion I dagsläget är det främst två typer, frånluftstorktumlare och kondenstorktumlare, som säljs på marknaden. Även tumlare med värmepump har börjat dyka upp men de är fortfarande ganska ovanliga trots att energieffektiviteten är vida överlägsen de övriga konstruktionerna. Detta beror med största säkerhet på att torktumlare med värmepump kostar betydligt mer i inköp än de andra lösningarna. Kondenstumlaren fungerar på så att ångan i den utgående luften kondenseras och samlas upp i en behållare. Detta möjliggör en enkel installation, bara el behöver anslutas. Dessutom kan värmen från processen kan tas till vara för uppvärmning av bostaden. Detta har gjort att kondenstumlaren är den valigaste varianten i länder med kallt klimat. Till skillnads från frånluftstorktumlaren så bygger kondenstumlaren ett slutet system där torkluften recirkuleras. Frånluftstorktumlaren, eller evakuerande som den också kallas, skiljer sig från kondenstumlaren på så sätt att ångan i utgående luft aldrig kondenseras utan istället förs utomhus genom en luftkanal. Detta medför att installationen blir något omständigare samt att värmen i frånluften ej tillförs lokalen, vilket är en fördel i länder med varmare klimat. Frånlufttorktumlarens viktigaste komponenter är fläkten, värmeelementet samt torktrumman. Luften transporteras via fläkten för att sedan värmas till en högre temperatur i ett element. Luftmassan passerar sedan trumman där den möter textilierna och fuktas. Slutligen evakueras luften ut ur rummet. Se figur 2. [4]

10 Figur 2. Principskiss av en frånluftstorkrumlare. T anger temperaturen och φ relativa fukthalten på olika ställen i processen. Torkprocessen När textilier torkas i en torktumlare sker två viktiga processer. Energi transporteras från den inkommande luften till textilierna där den används för att förånga vatten. Samtidigt sker en masstransport när vatten avdunstas från textiliernas våta yta. En transport av vatten sker även inom textilen när bundet vatten transporteras till ytan. Under torkprocessen förekommer flera olika fysikaliska mekanismer som påverkar förångningen, de tre viktigaste är [12]: Vätskerörelser orsakade av kapillärkrafter Vätskediffusion orsakad av koncentrationsskillnader Förångning orsakad av skillnader i partialtryck Under batch-torkning genomgår processen fyra olika stadier. Se Figur 3. Heating Constant drying rate Falling rate Cooling period period period period A B C D E Figur 3. Torkprocess hos en frånluftstorktumlare. Y-axeln visar temperaturen hos frånluften i C. X-axeln är tiden i minuter. I period A-B startar torkningen och temperaturen kommer att stiga tills en balans uppnås. I B- C har temperaturen stabiliserats. Textiliernas temperatur är nu mycket nära torkluftens våta temperatur. Under detta steg är förångningshastigheten konstant och även som störst under hela torkprocessen. Massövergången i detta skede beskrivas av ekvation (4) där dw/dt är

11 förångningshastigheten, h m står för moisture transfer coefficient, A är torkytan hos kläderna, P s vattenångans partialtryck vid textilytan och P a partialtrycket för vattenånga i torkluften. dw = hm A (Ps Pa ) (4) dt När allt vatten på textilernas yta har avdunstats börjar torra fläckar uppstå. Förångningshastigheten kommer nu att börja sjunka samtidigt som temperaturen stiger och torkprocessen övergår i fas C-D. Här står kapillärkrafter för transport av fukt från textilens inre till dess yta vilket beskrivs av ekvation 5 där (W - W e ) är skillnaden i vätskekoncentration mellan dessa områden. dw dt = h (W W ) (5) m Temperaturen hos luften som lämnar trumman (T 3 ) är en bra indikator på klädernas torrhet. När denna temperatur börjar stiga kraftigt är det ett tecken på att kläderna börjar bli torra och den tillförda värmeeffekten slås av. Under steg D-E kyls kläderna i trumman ner. [12] e Varvtalets påverkan Som visats i ekvation (4) är det viktigt att de våta textiliernas area gentemot den strömmande luften är så stor som möjligt eftersom detta ökar förångningshastigheten. För att öka textiliernas area låter man torktrumman rotera så att dess valkar för med sig kläderna i en båge i trumman. När ett tygstycke ligger på trummans botten påverkas detta enbart av tyngdkraften. När sedan stycket träffas av en roterande valk accelereras detta i valkens hastighetsriktning. Den roterande trumman utövar även en centrifugalkraft på tygstycket. Om trummans varvtal är för högt kommer centrifugalkraften som verkar på tygstycket att övervinna tyngdkraften. Detta medför att tygstycket kommer att följa med trumman hela varvet runt och ej falla vilket minskar arean gentemot torkluften. Om trummans varvtal är för lågt kommer istället tygstycket stanna på trummans botten vilket även det minskar arean. [7]

12 Metod Inledningsvis presenteras en beskrivning av den utrustning som använts samt vilket tillvägagångssätt som tillämpats vid försöken. I denna studie har tre försöksserier genomförts. Försöksserie 1 bygger på en försöksplanering med målet att ta reda på hur valkar, varvtal och last påverkar energieffektiviteten. I försöksserie 2 utreds vilket varvtal som erbjuder bäst energieffektivitet. Resultaten från försöksserie 3 är ämande att utreda hur användandet av låga respektive höga valkar påverkar energieffektiviteten för en last av 8kg. Material och utförande För att utföra försöken har en modifierad frånluftstorktumlare (Cylinda T793) använts. Värmeelementet har bytts ut mot ett externt element med en effekt av 3010W. Före elementet finns en radialfläkt som under alla försök gått på ett konstant varvtal. Torktumlarens lucka är försedd med en extra låsanordning för att denna ej skall pressas upp vid försök med stora laster. Evakueringen av luft sker genom ett rör på torktumlarens framsida. Dessa modifikationer erbjuder möjligheter att mäta luftflödet samt temperaturer på olika ställen i systemet. Hos en torktumlare i originalskick vore dessa mätningar besvärliga att utföra på grund av svårigheter vid placering av mätgivarna då designen är mycket kompakt. Temperaturgivaren kan tillexempel påverkas av strålning från värmeelementet och mätningar av luftflödet kan störas av en allt för turbulent luftström. Luftflödet mäts före samt efter torktrumman (se tabell 1 för testvärden). Temperaturen mäts och loggas på tre olika punkter (se figur 2), före fläkten (T 1 ), efter värmeelementet (T 2 ) samt i frånluftskanalen (T 3 ). Trumvarvtalet regleras genom att dess motordrift frekvensstyrs. Trumvarvtalet kontrolleras genom tidtagning och manuell räkning. ASKOs torktumlare opererar idag vid ett trumvarvtal av 52rpm. Bild 1 visar torktumlaren som används vid försöken. Tabell 1. Luftflöden som uppmättes under försöken samt specifikationer på värmeelementets effekt och torktrumman omkrets. Testvärden Luftflöde in Ca 175 m 3 /h Luftflöde ut Ca m 3 /h Effekt, värmeelement Trummans omkrets 3010 W 185 cm Samtliga tester utfördes på textilier (handdukar, örngott och lakan) bestående av 100% bomull. Textilierna fuktades till en fukthalt av 70% med hjälp av en tvättmaskin vars sköljprogram användes. Var tionde försök kördes även en full tvättcykel för att rengöra försökslasten. Innan försöken vägdes lasten för att kontrollera textilierna fukthalt. Om fukthalten visade sig vara för låg tillsattes vatten manuellt. Efter försöket vägdes tvätten återigen för att kontrollera hur mycket vatten som förångats. Torkningen avbröts efter ett

13 bestämt tidsintervall individuell för varje laststorlek. Längden hos dessa tidsintervall baseras på fukthalten hos lasten som uppmäts vid tidigare utförda försök. Rummets klimat är en faktor som eventuellt kan påverka testresultaten. För att övervaka rummets klimat har en RH-givare samt termometer används. Dessa värden antecknades vid försökens start. Själva försökens påverkan av rummets RH och temperatur anses vara begränsad. Valkarna som använts är specialtillverkade för ändamålet och är 30mm höga i originalutförande. För att kunna variera valkarnas höjd har två distanser med en höjs av 30mm tillverkats. När önskad valkhöjd är 60mm används en distans, vid 90mm används två distanser. Två motstående valkar används i torktrumman som under hela torkprocessen roterar åt samma håll. Valkarna har en jämn höjd och löper längs hela torktrumman. Bild 1. Torktumlaren som använts i försöken. Försöksserie 1 En försöksplanering har genomförts med syfte att ta fram en statistisk modell för att avgöra hur trummans varvtal, valkarnas utformning samt lastens storlek påverkar energieffektiviteten hos torkningen. I försöksplaneringen utförs testerna på ett sådant sätt att maximalt med information kan fås ur så få tester som möjligt. Denna metod underlättar sökandes efter responsoptimum. Om endast en variabel i taget förändrades ett mycket stort antal tester behöva utföras för att hitta responsoptimum. Detta eftersom variablerna i sig interagerar med varandra. En statistisk modell skapas med hjälp av regressionsanalys som relaterar förändringen hos variablerna med responserna. En kvadratisk regressionsmodell, en CCFdesign (central composite face-centred design) har använts då denna inkluderar linjära och kvadratiska samband samt interaktioner mellan parametrarna. Modellen utgår från följande samband:

14 (6) Där y är responsen, β konstanter samt x de olika variabler som har betydelse för responsen. [13] Den programvara som använts i studien är Modde 7.0. Någon djupare studie av statistiken bakom försöksplaneringen har inte gjorts i detta arbete utan metoden har här använts som ett verktyg. Granskning av arbetet har skett i samråd med handledare. [14] Försöken har utförts på frånlufttorktumlaren som beskrivits tidigare. Samtliga parametrar har varierats i tre steg med jämna intervall enligt tabell 2. Totalt omfattar försöksserie 1 sjutton olika försök. Tabell 2. Parametrarna varvtal, valkhöjd och last har varierats i tre steg. Parameter Varvtal (rpm) Valkhöjd (mm) Last (kg) Låg Medel Hög För att utvärdera försökens energieffektivitet har Specific Moisture Extraction Rate (SMER) använts. SMER definieras som förångad vätskemängd per kwh och beräknas enligt ekvation (7) där M in och M ut är lastens vikt före respektive efter torkning, t torktiden i timmar samt S effekten hos värmeelementet i kw. SMER = M in M S t ut (7) Försöksserie 2 För att komplettera resultaten från den första försöksserien har tre ytterligare försök utförts i försöksserie 2. Avsikten med detta är att undersöka vid vilket varvtal som ger den lägsta energiåtgången vid torkning av en last på 2kg. Att den minsta lasten används vid försöken beror på att varvtalet tros ha större betydelse ju mindre lasten är. I försöksseriens samtliga tester användes den lägsta valken på 30mm. Varvtalen som undersöktes var 52, 57 samt 60rpm. Försöksserie 3 Försöksserie 3 (se tabell 4) avser att undersöka om valkarna har någon betydelse då den största lasten torkas till mycket låg fukthalt. Vid användande av de största valkarna jämfört med de minsta så kommer torktrummans volym att minska. Trumvolymen förväntas ha som störst betydelse vid torkning av den största lasten eftersom trumman då är som mest fylld. Att textilierna torkas till en låg fukthalt ökar textiliernas volym ytterligare eftersom de expanderar under torkningens gång. Två försök utfördes vid lasten 8kg samt varvtalet 55rpm. I försök 1 användes de lägsta valkarna på 30mm och i försök 2 de högsta på 90mm.

15 Resultat Försöksserie 1 I tabell 5 redovisas resultaten från försöksserie 1. Inomhusluftens temperatur, relativ fukthalt, tid och textiliernas slutvikt är enbart kontrollvärden och ingår ej i försöksserien. Luftfuktigheten i rummet där försöken utförts pendlar mellan 18 till 38% samtidigt som skillnader i temperatur är små. Generellt sett så uppvisar lasten 5kg de hösta värdena av SMER medan lasten på 2kg de lägsta. Varvtalet har som störst betydelse vid den minsta lasten medan dess påverkan hos de två större lasterna är ringa. Valkarnas höjd har ingen signifikant inverkan på SMER. Tabell 3. Resultaten från försöksserie 1. Data som presenteras i tabellen har använts som underlag vid framtagande av den statistiska modell som nyttjats för att analysera resultaten. Testnr Last (kg) Valkhöjd (mm) Varvtal (rpm) Innetemp ( C) RH luft Tid (min) Slutvikt (kg) SMER (kg/kwh) 1 2, ,6 20,0% 40 2,38 0,52 2 8, ,4 20,0% 115 9,64 0,71 3 2, ,2 18,3% 40 2,15 0,64 4 8, ,0 26,1% 115 9,65 0,70 5 5, ,3 27,9% 85 5,41 0,72 6 8, ,7 37,8% 115 9,58 0,72 7 2, ,7 37,7% 40 2,30 0,56 8 5, ,5 34,6% 85 5,44 0,72 9 5, ,8 24,8% 85 5,59 0, , ,3 24,5% 85 5,39 0, , ,2 17,8% 85 5,50 0, , ,0 19,8% 85 5,49 0, , ,2 23,9% 85 5,37 0, , ,5 28,8% 40 2,16 0, , ,7 26,0% 115 9,53 0, , ,1 27,8% 115 9,72 0, , ,4 24,9% 40 2,26 0,58

16 Utifrån resultaten i försöksserie 1 har en statistisk modell tagits fram med hjälp av Modde 7.0. (Se figur 4). S M E R Varvtal (rpm) Last (kg) Figur 4. SMER som funktion av trummans varvtal och lastens storlek. Mätvärdena är ej normalfördelade varför responsen är logaritmerad. En normalfördelning är fördelaktig vid regressionsanalysen. I resultatet ses även att variationen hos SMER i centrumpunkten varierar mellan de tre försöken, dock kan ingen av mätpunkterna definieras som en outlier, det vill säga ett resultat som signifikant avviker från de övriga. Valkarnas storlek har exkluderats då den saknade signifikans för SMER. Även varvtalet i kvadrat har tagits bort. Kvar blir följande uttryck: Där V är varvtalet och L Lasten. Ekvationen är giltig för intervallet 45 V 45 och 2 L 8. Enligt ett Anovatest är modellen signifikant och statistiskt bra för SMER. R 2 och Q 2 är höga, 0,91 och 0,80 respektive vilket tyder på att modellen kan anpassas väl mot uppmätta data men även att den kan prediktera nya experiment med god säkerhet. Konfidensintervallet som använts i studien är 95%.

17 Försöksserie 2 Skillnaderna i SMER hos resultaten från försöksserie 2 redovisas i tabell 4. Tabell 4. Resultaten från försöksserie 2. Testnr Last Valkar (kg) (mm) 1 2, , , Varvtal Innetemp RH luft Tid (rpm) ( C) (min) 52 22,4 41,2% ,6 32,0% ,4 32,0% 40 Vikt (efter) SMER 2,24 0,59 2,22 0,61 2,21 0,60 Figur 5 visar varvtalets inverkan på energieffektiviteten vid lasten 2kg. Försöken är inte tillräckliga för att fastställa trummans optimala varvtal. Dock visar försöken, tillsammans med den framtagna modellen, att en höjning av varvtalet från 52 till 55rpm innebär att torkningens energieffektivitet kommer att förbättras. Figur 5. SMER som funktion av varvtal vid lasten 2kg. Punkterna är hämtade från Försöksserie 2 samt försök 1 och 3 från försöksserie 1.Högst resultat hos SMER uppvisar varvtalet 55rpm.

18 Figur 6 syftar till att visa hur stor denna effektivisering skulle vara för olika laster. Resultaten i figur 6 är framräknade utifrån den modell som tagits fram. Ökas varvtalet från 52 till 55rpm så kommer SMER att öka med nästan 4% för en last av två kilo. Samma ökning av varvtalet kommer inte att påverka SMER för en stor last av åtta kg. Den högre energieffektivitet som uppnås vid en varvtalsökning sjunker linjärt när lasten ökar. Figur 6. Grafen visar hur mycket SMER skulle öka vid olika laster om trummans varvtal höjdes från dagens 52 till 55rpm. Försöksserie 3 I tabell 5 redovisas resultaten från försöksserie 3. Som kan ses uppvisar de lägre valkarna ett något högre resultat hos SMER. Detta beror sannolikt på att de lägre valkarna erbjuder en större re trumvolym vilket är positivt för en så stor last som 8kg. Tabell 5. Resultaten från försöksserie 3. Testnr Last (kg) Valkar (mm) 1 8, , Varvtal (rpm) Innetemp ( C) RH luft Tid (min) 55 21,5 36,4% ,2 40,9% 175 Vikt (efter) SMER 8,11 0,64 8,35 0,61

19 Diskussion Resultaten hos de försök som utförts visar att det finns potential att öka energieffektiviteten hos Asko Appliances torktumlare. Enligt den statistiska modell som tagits fram så är lasten är den variabel som har störst betydelse för energieffektiviteten. Att energieffektiviteten blir högre med ökad last är förväntat då textiliernas area gentemot inkommande torkluft ökar. Intressant är dock att energieffektiviteten planar ut vid 6 kg för att sedan minska om lasten ökas ytterligare. Detta beror troligen på att trumman blir överfull, lasten trycks ihop och torkluften får svårt att passera samtliga textilytor vilket medför ojämn torkning. Om trumvolymen ökade så skulle sannolikt lastoptimum förskjutas uppåt vilket skulle vara positivt för energieffektiviteten hos stora laster samtidigt som det är negativt för små laster. En svår avvägning där hänsyn måste tas till brukarens användarmönster. Försöken i serie 2 ger ojämna resultat hos SMER men man kan ändå se att ett eventuellt varvtalsmaximum kan ligga runt 55rpm. Dessa resultat gäller dock enbart för små laster. Vid laster av 5kg och uppåt har trumvarvtalet sannolikt ingen betydelse för energieffektiviteten. Detta beror på att torktrummans fyllnadsgrad gör det svårt för textilierna att falla inuti trumman. Studier av Bassily har kommit fram till att varvtalsoptimum ligger runt 45rpm. Detta resultat skiljer sig markant mot vad denna studie visat. Skillnaden kan med största sannolikhet förklaras med att Bassilys försök är utförda på en torktumlare med större trumdiameter. För att finna optimum hos Asko Appliances maskiner behöver fler och framförallt mer noggranna försök behöva utföras. En intressant idé för fortsatta studier vore att undersöka om det finns något samband mellan varvtalsoptimum och torktrummans randhastighet. I försöksserie 3 medför användandet av låga valkar en högre energieffektivitet. Genom att använd de låga valkarna ökas torktrummans volym vilket är positivt för en så stor last som 8kg. En ökning av trumvolymen kan dock vara negativt för energieffektivitet vid torkning av små laster. Detta eftersom en större andel av den inkommande torkluften ej kommer att stöta på textilytor utan istället passera torktrumman utan att ta upp någon fukt. Valkarnas betydelse för energieffektiviteten visade sig vara mycket små och klart underordnad betydelsen av trumvarvtalet. Möjligtvis så skulle användandet av den låga valken kunna påverka förångningshastigheten positivt för den kritiska lasten 8kg. I denna studie har det inte funnits några resultat som egentligen talar emot användandet av låga valkar. Dock står valkarna för en osäkerhet som kan vara av betydelse. Valkarna som använts i försöken är prototyper som är gjorda av ett mycket strävt material vilket påverkar friktionen mellan valkar och textilier i trumman. Detta kan medföra att valkarna tar med sig textilierna bättre än vad som vore fallet om släta valkar använts. Det är också viktigt att observera att valkarnas utformning kan ha betydelse för energieffektiviteten. Det denna studie fastslår är dock att valkarnas höjd inte har det.

20 Att optimera trumvarvtalet för att göra torkningen mer effektiv kan tillämpas på samtliga Asko Appliances maskiner med samma trumdiameter som i försöken. Detta innebär att en effektivisering kan uppnås hos företagets frånlufttorktumlare. Effektiviseringspotentialen är liten, uppskattningsvis högst 5%, men förändringarna är mycket simpla att applicera. Troligtvis är dessa resultat även giltiga även för kondenstorktumlare även om ytterligare studier skulle behöva genomföras för att fastställa detta. Även om konfidensenintervallet för den modell som tagits fram får anses vara godkänd så har vissa felkällor stört resultaten. Fuktinnehållet vid försökens slut varierar vilket medför att relationen mellan SMER och lastens storlek påverkas. Resultaten vid jämförelse olika laster emellan kan därmed påverkas. Dock stämmer modellen ganska väl överens med de försök som utförts. Denna felkälla bör inte påverka studiens slutsatser. Torktumlaren som användes till försöken har använts vid tidigare studier och läckagen av luft är stora. Sannolikt skulle försöksresultatens noggrannhet ha blivit större om läckagen minimerades. Att försöken utfördes i ett rum med växlande klimat (då framför allt luftfuktigheten) kan även det ha påverkat resultaten. 20

21 Slutsats Hos de torktumlare som idag produceras av Asko Appliances AB finns potential till energieffektivisering. Utifrån de försök som utförts har det kunnat visas att: Lastens storlek följt av torktrummans varvtal har störst betydelse för energieffektiviteten. Höjden hos valkarna har en obetydlig inverkan på energieffektiviteten. Trummans varvtal har störst inverkan på torkningens energieffektivitet vid små laster. För stora laster är varvtalets inverkan mycket liten. Asko Appliances kan höja energieffektiviteten hos sina torktumlare med cirka 4% för en last på 2kg genom att höja trummans varvtal från 52 till 55rpm. Att använda sig av låga valkar för att öka trumvolymen kan ha positiva effekter för energianvändningen vid torkning av stora laster. Dock kan ökad trumvolym även innebära att torktumlarens energianvändning ökar vid torkning av små laster. Detta eftersom mycket av torkluften ej kommer att komma i kontakt med textilierna. 21

22 Referenslista [1] Energimyndigheten, Hushållsapparater, Läst [2] Energimyndigheten, Bra att veta om torktumlare, Läst [3] Beiron J, Brunzell L, 2005, Energy efficiency and drying capacity of an unheated or partially heated air vented tumble dryer, Proceedings of the 3 rd Nordic drying conference, Karlstad Sweden June. [4] Berghel J, Brunzell L, Bengtsson P, 2004, Performance analysis of a tumble dryer, Sao Paulo, vol.b, [5] Lambert A.J.D, Spruit F.P.M, Claus J, 1991, Modelling as a Tool for Evaluating the Effect of Energy-Saving Measures, Case Study, A Tumbler Dryer, Applied Energy 38(1), [6] Hekmat D, Fisk W.J, 1984, Improving the energy performance of Residential clothes dryers, Ohio State University. [7] Bassily Ashraf Maurice, 2000,Modeling and optimization of heating and drying processes in a clothes dryer, PhD Thesis, Iowa State University, Iowa [8] Whirlpool Appliances, Installation, läst [9] Bassily Ashraf M, Colver Gerald M, 2003, Performance of an Electric Clothes Dryer, Drying Technology 21(3), [10] Bassily Ashraf M, Colver Gerald M, 2003, Correlation of the Area-Mass Transfer Coefficient Inside the Drum of a Clothes Dryer, Drying Technology 21(5), [11] Abel Enno, Elmroth Arne, 2006, Byggnaden som system, ISBN [12] A Bejan, I Dincer, S Lorente, A Miguel, A.H Reis, 2004, Porous and complex flow structures in modern technologies, New York, ISBN [13] L Eriksson, E Johansson, N Kettaneh-Wold, C Wikström, S Wold, 2000, Design of experiments Principles and applications, Umeå, ISBN [14] Stawreberg Lena, Doktorand vid avdelningen för energi-, miljö- och byggteknik, Karlstad Universitet, Muntlig källa. 22