Matematisk beregnet design skal mindske CO2-udslip

Hos Teknologisk Institut og deres energiprojekt, Easy-E, er man ikke i tvivl om, at grøn omstilling af den danske industri handler om at udvikle tilgængelige og profitable løsninger.

”Vi er i projektet godt klar over, at vi ikke begynder at ’redde verden’, før vi har produkterne ude hos kunderne. Så længe det stadig er en computersimulering eller en rapport, der bare ligger i skuffen, flytter det ikke noget CO2 i min bog. Kan vi for eksempel reducere energiforbruget på et køleskab, kræver det ikke en stor ændring i den måde, vi lever på – men det har en stor effekt. Måske bliver det en mindre procentdel optimeret, men at det samtidig bliver tilgængeligt og bredt ud gør, at det kommer ud til mange. Det tror jeg er en nøglefaktor for, at projektet bliver en succes”, siger Nikolaj Vedel-Smith, som sektionsleder på Teknologisk Institut og projektleder i Easy-E, i en pressemeddelelse.

Læs også: Teknologisk Institut: Selvom Danmark opper sig på robotteknologi, kan vi gøre mere

Derfor har Easy-E, hvis mål er at skabe mere energieffektive produkter til den danske industri, sat sig for at udvikle designmetoden termisk topologioptimering, så den i sidste ende bliver en service, der er tilgængelig online som diverse virksomheder kan bruge i deres daglige drift.

”Easy-E fokuserer på at få forbedringer ud i industrien hurtigst muligt, og i projektet udvikler vi TTO-modeller og software, der kan arbejde med produktionsbegrænsninger. I det store billede er det nemlig en langt større gevinst for klimaet at få 5 procent forbedring på 1.000.000 produkter fremfor 100 procent forbedring på 100 produkter. Derfor er en intelligent afgrænsning af løsningrummet faktisk en nøgle til succes for projektet”, forklarer Nikolaj Vedel-Smith.

De teknologiske muligheder

Termisk topologioptimering er kort sagt en designmetode, der baserer sig på matematisk modellering. Matematikken beregner termiske belastninger – for eksempel varmeoverførsel, køling og flow - og så flytter matematikken i designprocessen materialet derhen, hvor det afhjælper problemet bedst muligt. Nogle kender måske topologioptimering, hvor man beregner, hvordan materialet i et emne skal placeres, for det bedst muligt kan holde en styrkebelastning. Termisk topologioptimering, også kaldt TTO, er det samme - blot for varme.

”Et eksempel kunne være en CPU-køler. Effektiviteten af køleren afhænger af evnen til at transportere varmen fra chippen ud til kølemediet - det kunne være med vand. Her skal man have så meget materiale som muligt til at transportere varmen, og jo mere og hurtigere varmen bliver flyttet, desto bedre er det”, fortæller Nikolaj Vedel-Smith.

Læs også: Undersøgelse: Tre faktorer er afgørende for droners udbredelse

”Det er samtidig vigtigt, at varmen kan blive afgivet til kølemediet. For at det kan lade sig gøre, kræver det et godt flow forbi køleren, at flowhastigheden er høj med stor omrøring, så der ikke dannes grænselag, og at så meget varme som muligt bliver overført fra køleren til kølemediet”, fortsætter han.

Her opstår der på samme tid modstridende elementer: Mere materiale til at transportere varmen fra chippen til kølemediet og mindre materiale for at sikre bedre flow og større kapacitet til at transportere varmen bort.

Det er her optimeringen kommer ind i billedet. For at kunne finde frem til den optimale fordeling mellem materiale og ikke-materiale, handler topologien om geometrien af emnet. For at opnå det bedst mulige design til et emne, må man finde den rette fordeling og placering af materialet. Dét, at optimere på mange forskellige parametre er komplekst, og her er computeren en stor hjælp.

Tilgængelighed er uomgængeligt i den grønnere omstilling

Fordi tilgængelighed er nøglen til at få Easy-E’s målsætning opfyldt, spiller de industrielle partnere i projektet en essentiel rolle, fordi de er repræsentanter for de aktuelle problemstillinger, der er i industrien, herunder optimering af varmeveksling i industriovne, elbiler og kølekomponenter.

Udover de industrielle partnere Danfoss Climate Solutions, Aarsleff, Asetek, Bühler Group og Gram Equipment, er tre videnspartnere i form af DTU – Danmarks Tekniske Universitet, Oqton Danmark samt Teknologisk Institut en del af projektet, som har stået på i to et halvt år.

Læs også: Klimarådet: Høj CO2-afgift skal drive grøn omstilling af transporten

”Tanken i projektet er, at løsningen skal gøres bredt tilgængeligt i den danske industri. Derfor er det enormt vigtigt, at vi sørger for integration hos de industrielle samarbejdspartnere, så de får det til at køre ude i virksomhederne. Det er et samspil, hvor vi i projektet skal blive skarpe på at tage den viden, der er hos videnspartnerne, og bruge den i konkrete cases hos industripartnere”, fortæller Nikolaj Vedel-Smith.

Easy-E har været i gang siden oktober 2020, og de industrielle partnere er pt. ved at få lavet de første simuleringer på deres første produkter. De første prototyper er allerede fremstillet ved hjælp af metal 3D-print, og i løbet af efteråret laves den første interne beta-test af slutsoftwaren. Målet er at skabe et simpelt men kraftfuldt værktøj, som kan bruges af udviklere og ingeniører på tværs af industrien. På den måde bliver energioptimering let – eller som man siger i projektet: Easy-Energy Savings.

- KCP