Många fördelar med att använda ammoniakvatten som köldbärare i ishallar

Idag utformas kylsystem i ishallar vanligtvis som ett indirekt system där det krävs en köldbärare vars uppgift är att transportera bort värme från ispisten. I svenska isbanor har kalciumklorid länge varit den mest använda köldbäraren. Kalciumklorid kräver dock betydligt mer pumpenergi jämfört med ammoniakvatten och är dessutom mycket korrosivt.

Det finns med andra ord många fördelar med att använda ammoniakvatten istället för kalciumklorid. Vi har i ett forskningsprojekt tillsammans med KTH tittat närmare på ammoniakvatten som köldbärare. I projektet har vi genomfört mätningar i två ishallar och gjort korrosionstester på olika material. Vår analys av data från både teori och praktik visar att ammoniakvatten bara behöver halva pumpeffekten jämfört med kalciumklorid. Korrosion vid användande av ammoniakvatten är normalt sett inget problem, bara man undviker koppar och mässing. Det man behöver tänka på vid konvertering är att undvika riktigt gamla och slitna köldbärarsystem. När det gäller förångaren kan den vara i rostfritt stål. Det innebär att investeringskostnaden blir lägre eftersom både kylsystem och pumpar blir billigare. En konvertering till ammoniakvatten kostar normalt mindre än 200 000 kronor.

Den första ispisten i Sverige med ammoniakvatten byggdes 2007 och är fortfarande i drift med bra resultat. Idag finns närmare 40 isbanor med ammoniakvatten som energieffektiv och miljövänlig köldbärare och de blir de snabbt fler.

Läs rapporten

Key Findings:

1. Thermophysical Properties:

   • The study measured density, dynamic viscosity, specific heat capacity, and thermal conductivity for aqua ammonia solutions (2–30 wt-%).

   • Density results were 0.3–1.7% lower than reference values, showing good agreement.

   • Viscosity was generally higher (average 8–9% increase), especially at higher temperatures.

   • Specific heat capacity showed the most notable differences, with up to 18% lower values than reference data at -40°C, following an opposite trend compared to previous assumptions.

   • Thermal conductivity was higher than expected, with a maximum 12% increase at -20°C.

2. System Performance Impact:

   • The updated values were applied in a theoretical model comparing secondary fluids: CaCl2, PG, EG, NH3, K-acetate, and K-formate.

   • Aqua ammonia (NH3) demonstrated the highest COP and lowest pumping power, reducing pressure drops by 45% compared to CaCl2 at -9°C and 200 kW cooling capacity.

   • The updated properties had a minimal effect on COP (0.22–0.55% decrease) but significantly reduced required pumping power (40% lower at -10°C).

   • Heat transfer coefficients decreased by up to 27%, but this was offset by lower pumping power requirements.

3. Corrosion Testing:

   • Copper and brass showed the highest corrosion rates (16.2 mm/yr and 1.84 mm/yr, respectively).

   • Stainless steel (316L) and carbon steel had the lowest corrosion rates (0.041 mm/yr and 0.11 mm/yr).

   • Brass connections typically used in ice rinks corroded at 1–1.5% weight loss per year.

Conclusions and Recommendations:

• Aqua ammonia is a favorable secondary fluid due to its high COP and low pumping power requirements.

• Systems should avoid copper and brass components due to corrosion risks, using stainless steel or carbon steel instead.

• The updated thermophysical data improves model accuracy, indicating that while heat transfer efficiency slightly decreases, overall energy performance improves due to reduced pumping power needs.