Den globale opvarmning stiger, og i de allerstørste millionbyer i tropiske og subtropiske områder på kloden har det udviklet sig til en ond spiral. Det kræver enorme energimængder at køle huse og bygninger ned på grund af varmen, men det voldsomt store energiforbrug øger udledningen af CO2 – og dermed forværres klimaproblemerne yderligere.
Selvom køling er afgørende, skaber det også en udfordring, da konventionelle kølesystemer forbruger enorme mængder energi og bidrager til kulstofemissioner, hvilket skaber en ond cirkel, der forværrer den globale opvarmning.
For at bryde denne cyklus har Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), Aalborg Universitet og Aarhus Universitet i Danmark lanceret et nyt femårigt forskningsinitiativ, støttet af 60 mio. kr. i finansiering fra Grundfos Fonden. Det er første gang, fonden uddeler så stort et beløb på en gang, og også fondens første forskningsbevilling til et udenlandsk universitet.
“Køling er på vej til at blive verdens største energisluger og bidrager dermed væsentligt til klimaforandringerne. På grund af den hurtige demografiske udvikling i tropiske og subtropiske megabyer, især blandt den voksende middelklasse, får vi brug for innovative kølesystemer, der både øger levestandarden og minimerer miljøpåvirkningen,” udtaler Kim Nøhr Skibsted, administrerende direktør, Grundfos Fonden.
Kim Nøhr Skibsted, administrerende direktør i Grundfos Fonden og professor Madhavi Srinivasan, direktør for Energy Research Institute @ NTU Singapore mødtes i Bjerringbro den 22. september til en officiel underskrivelsesceremoni. SWiM-bevillingen er Grundfos Fondens hidtil største individuelle forskningsbevilling og den første, der omfatter et universitet uden for Danmark. Foto: Rasmus Reimer Larsen
Med titlen Bæredygtig vandbaseret køling i megabyer/Sustainable Water-based cooling in Megacities (SWiM) vil de tre universiteter udvikle intelligente og bæredygtige kølesystemer, der kan reducere energiforbruget i store byer med op til 30 procent, hvilket sænker både omkostninger og kulstofemissioner.
Det store forskningsprojekt vil foregå både herhjemme og i Singapore. Teorierne skal afprøves i virkeligheden i bygninger i netop Singapore.
Omvendt fjernvarme
I Danmark har vi specialiseret os i fjernvarme, hvor varmt vand sendes ud til boliger via rørledninger. I Singapore har man med inspiration herfra arbejdet på vandbaserede køleløsninger med koldt vand. Via varmevekslere skal det kolde vand bruges til at køle bygningerne.
Et godt eksempel er Marina Bay-finansdistriktet i Singapore, hjemsted for verdens største underjordiske fjernkølingsnetværk, der leverer køling til store erhvervsparker som Marina Bay Sands og Asia Square, hvilket reducerer de årlige kulstofemissioner med næsten 20.000 tons – svarende til at fjerne 17.000 biler fra vejene.
I mange storbyer i tropiske og subtropiske områder kan man se airconditionanlæg hænge ud ad vinduer i høje bygninger, men den form for køling er ekstremt ineffektiv. Foto: Pixabay/Skowalewski
Fjernkøling er også ved at blive tilpasset til boligområder, hvor den nye bæredygtige bydel Tengah bliver landets første almene boligby, der indfører systemet, der betjener op til 22.000 boliger.
Selvom disse systemer har vist sig effektive, har de stadig udfordringer at overvinde, da de typisk kun dækker begrænsede områder såsom et forretningsdistrikt eller boligområde. Forskerne vil løse disse tekniske udfordringer ved at udvikle nye værktøjer, algoritmer og demonstrationsplatforme som skal gøre bæredygtig køling tilgængelig i hele byen.
“Det er ekstremt vigtigt, at de systemer, vi udvikler, er autonome og kan installeres og betjenes uden at kræve en ekspert på topniveau. Det storstilede initiativ er et udgangspunkt for noget større, der baner vejen for konkrete løsninger, der vil anvende teori og metoder i praksis over de næste fem år,” siger Professor Rafael Wisniewski, Institut for Elektroniske Systemer, Aalborg Universitet, der koordinerer SWiM-projektet på vegne af de tre partnere.
Professor Rafael Wisniewski, Institut for Elektroniske Systemer, Aalborg Universitet, koordinerer SWiM-projektet på vegne af de tre partnere. Foto: Grundfos Fonden
Udvikling af innovationer til effekt i den virkelige verden
Projektet vil skabe teknologier, der ikke kun optimerer energiforbruget i laboratoriet, men også fungerer pålideligt i virkelige omgivelser, selv under forhold som installationsfejl, cyberangreb, udstyrsfejl eller skiftende bymiljøer.
Derfor kombinerer universiteterne tværfaglig ekspertise i flere spor, eksempelvis:
- Udvikling af byplanlægningsværktøjer til at projicere og styre fremtidig køleefterspørgsel i megabyer,
- Overvågning ved hjælp af kunstig intelligens som opdager fejl og vejleder i forebyggende vedligehold,
- Design af smarte algoritmer, der balancerer kølebehov med energieffektivitet og netstabilitet.
“Autonome systemer er afgørende og vil blive yderligere forbedret ved brug af digitale tvillinger, der understøtter overgangen mellem forskellige tilstande og styrer kølingen på en optimal måde,” forklarer Professor Peter Gorm Larsen, Institut for Elektro- og Computerteknologi, Aarhus Universitet.
Professor Peter Gorm Larsen, Institut for Elektro- og Computerteknologi, Aarhus Universitet, bidrager til projektet gennem bl.a. udvikling af digitale tvillinger. Foto: AU Foto/Jens Hartmann Schmidt
Nanyang Technical University i Singapore har stor erfaring med at arbejde sammen med industrien, en nødvendighed for at realisere de nye løsninger.
For at vise, at innovationerne kan fungere i stor skala, vil projektet etablere testmiljøer i Singapore på rum- etage- og bygningsniveauer. Det suppleres med digitale tvillinger – virtuelle gengivelser af rum – for at simulere ibrugtagning i stor skala.
Et tæt samarbejde med industripartnere, herunder Grundfos, vil sikre, at de udviklede innovationer er praktiske, skalerbare og lette at tage i brug.
Fra venstre: SVP & Head of Technology & Innovation Anders Johanson (Grundfos), Chief Technology Innovation Manager Agis Tsouvalas (Grundfos), Program Director Alex Chong, ERI@N (NTU), Chief Development Officer See E’Jin (NTU), Prof Madhavi Srinivasan, Executive Director ERI@N (NTU), Executive Director Kim Nøhr Skibsted (Grundfos Foundation), Head of Research Ebbe Kruse Vestergaard (Grundfos Foundation), EVP & Divisional CEO i Commercial Building Services Bent Jensen (Grundfos) og Vice President, Technology Liaison Henrik Ørskov Pedersen (Grundfos). Foto: Rasmus Reimer Larsen