Årsvarmefaktor for varmepumpesystemer

Comments

Transcription

Årsvarmefaktor for varmepumpesystemer
Årsvarmefaktor for
varmepumpesystemer
Jørn Stene
Overingeniør, COWI AS
Førsteamanuensis II, NTNU
Varmepumpe
#
1
10.6 2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
COWI AS
Flerfaglig rådgivende ingeniørselskap
–
Bygninger (bygg, akustikk, brann)
–
Tekniske installasjoner (VVS, kulde, elektro, lys, tele/IT)
–
Avfall og miljø
–
Samferdsel
–
Vann og avløp
–
Prosjektledelse
Om COWI AS
–
Hovedkontor i Danmark
–
Norge - ca. 800 medarbeidere på 21 kontorsteder
–
COWI-gruppen - ca. 6.000 medarbeidere i 35 land
–
Varmepumper og kjøleanlegg satsningsområde i Norge
http://www.cowi.no
#
2
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
http://www.cowi.com
Energieffektivitet – effektfaktor – varmefaktor
Figur – Jørn Stene, COWI AS
Effektfaktor – varme (COPVP)
–
relatert til levert varmeeffekt i et
driftspunkt – momentanverdi (kW)
&
Q
COP =  k
 W





Effektfaktor – kjøling (COPKJ)
–
relatert til levert kjøleeffekt i et
driftspunkt – momentanverdi (kW)
&
Q
COP =  f
 W

Varmefaktor (SPFnetto)
Qk
Avgitt varmeeffekt fra varmepumpen (kW)
Qf
Avgitt kjøleeffekt fra varmepumpen i kjøledrift (kW)
W
Tilført el. effekt til kompressorer og evt. vifter/pumper (kW)
QVP Avgitt varme- og evt. kjøleenergi fra varmepumpen (kWh)
EVP
#
Tilført el. energi til kompressorer og evt. vifter/pumper (kWh)
3
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP




–
relatert til levert varme- og evt.
kjøleenergi over en periode (kWh)
Q
SPF netto =  VP
 E VP



Brutto årsvarmefaktor – årsenergifaktor
SPF brutto =
SPF tot =
#
QV

Q v

 α VP
α
⋅ 
+ SL
η
 COP VP
Kun varmeleveranse

 
 
Q V + Q KJ

Q v

 α VP
α SL

⋅
+
η
 COP VP
QV
Årlig varmeleveranse fra varmepumpe og
spisslastenhet (kWh/år)
QKJ
Årlig kjøleleveranse fra varmepumpe inkl.
evt. frikjøling fra varmekilde (kWh/år)


1
 + Q KJ ⋅ β ⋅ 

 COP KJ

 
 
Varme- og
kjøleleveranse
αVP
Andel av QV som dekkes med varmepumpe (-)
αSL
Andel av QV som dekkes med spisslast (-),
hvor αSL = (1 – αVP), dvs. (αSL + αVP) = 1
β
Andel av QKJ som dekkes med kjølemaskin (-)
COPVP
Midlere COP – varmepumpe i varmedrift (-)
COPKJ
Midlere COP – varmepumpe i kjøledrift (-)
SPFbrutto
varmepumpesystemets årsvarmefaktor (-)
η
Midlere virkningsgrad for spisslastenhet (-)
SPFtot
Varmepumpesystemet årsenergifaktor (-)
4
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Årlig energisparing for varmepumpesystemer
Ulineær sammenheng mellom SPFbrutto og %-vis energisparing
Figur – Jørn Stene, COWI AS
Figur – Jørn Stene, COWI AS

1
∆E ≈ 1 −
 SPFbrutto
#
5
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP

 ⋅ 100%


SPF = 2 → ca. 50% energisparing
SPF = 3 → ca. 65% energisparing
SPF = 4 → ca. 75% energisparing
SPF = 5 → ca. 80% energisparing
SPF = 6 → ca. 85% energisparing
Hvilken årsvarmefaktor
kan forventes av ulike
varmepumpesystemer?
#
6
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Aktuelle varmepumpestandarder
Testing av varmepumpeaggregater – beregning av SPF
NS-EN 255-3 (1997) – Testing av varmepumper for varmtvannsberedning
–
NS-EN 14511 (2007) – Testing av varmepumper for romoppvarming/-kjøling
–
Varmesystemer i bygninger – Metode for beregning av systemets energikrav og
systemvirkningsgrader – Del 4-2: Varmepumpesystemer for oppvarming
NS-EN 3031 (2007) – Bl.a. tabelldata for beregning av system-effektfaktor
–
#
Varmesystemer i bygninger – utforming av varmesystemer med varmepumpe. Annex C
(normative) – Beregning av årsvarmefaktor (SPF)
NS-EN 15316 (2008) – Bl.a. beregning av effektfaktor og årsvarmefaktor (SPF)
–
Air conditioners, liquid chilling packages and heat pumps with electrically driven
compressors for space heating and cooling – Testing and rating at part load conditions
NS-EN 15450 (2007) – Prosjektering av varmepumper
–
Klimaaggregater, væskekjøleaggregater og varmepumper med elektrisk drevne
kompressorer for oppvarming og avkjøling av rom.
CEN-TS 14825 (2003) – testing av varmepumper ved dellast
–
Klimaaggregater, væskekjøleaggregater og varmepumper med elektrisk drevne
kompressorer – Del 3, Prøving og krav til merking av aggregater
Beregning av bygningers energiytelse - Metode og data, Tillegg B – Veil. inndata
7
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Testing av varmepumper i Europa
Testing av varmepumper
–
NS-EN 14511 – luft/luft-, luft/vann-, vann/vann- og væske/vann-anlegg
–
NS-EN 255-3 – luft/vann-, vann/vann- og væske/vann-anlegg
Akkrediterte test laboratorier (ISO/IEC 17025) i:
–
Sverige
Sveriges Tekniske Forskningsinstitut (Borås)
–
Tyskland
Institut für Luft und Kältetechnik (Dresden)
–
Østerrike
Arsenal Research (Wien)
–
Sveits
Wärmepumpen Testzentrum (Buchs)
EHPA Quality Label (tidligere DACH) – www.ehpa.org
–
#
Maks. 100 kW varmeeffekt – effektivitetskrav:
Væske/vann
(B0/W35)
COP = 4,0 (75 %)
Vann/vann
(W10/W35)
COP = 4,5 (78 %)
Luft/vann
(A2/W35)
COP = 3,0 (67 %)
8
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmepumpestandarder – testing
NS-EN 14511/255-3 – testing av varmepumpeaggregater
–
Måling/beregning av COP og varmeeffekt ved gitte rammebetingelser
–
Alltid forenklede (omforente) testbetingelser – tids-/kostnadsspørsmål
–
Gir korrekt informasjon om aggregatene ved aktuelle testbetingelser
–
Eksempler på ulemper og begrensninger
Testing i enten romoppvarmingsmodus (NS-EN 14511) eller varmtvannsmodus (NS-EN 255-3) – ikke tilfredsstillende testing for kombi-anlegg
Ikke inkl. testing ved dellast – krever separat testing i hht. CEN-TS 14825
Ikke inkl. positive/negative effekter av ulike systemløsninger
Inkl. kun varmepumpe, ikke varmepumpe + spisslastenhet
Figurer – Lars Fransson, Sveriges
Tekniska Forskningsinstitut (SP)
#
9
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmepumpestandarder – SPF-beregninger
NS-EN 15450/15316 – beregning av årsvarmefaktor (SPFtot)
–
Relativt kompliserte beregninger, men med betydelige forenklinger
–
Resultatet, dvs. beregnet årsvarmefaktor (SPF), blir aldri mer nøyaktig enn
kvaliteten på inndata samt forenklinger i beregningene
–
Inkluderer ikke viktige faktorer som:
COP ved varierende dellast – avhengig av bl.a. kompressortype/-regulering
System-COP ved bruk av flere varmepumpeaggregater
Økt bruk av tilleggsvarme (spisslast) pga. temperaturbegrensning for varmepumpen – avhengig av arbeidsmedium, utstyr og type varmeanlegg
Uheldig utforming og drift som fører til mindre effektiv varme- og
kjøleproduksjon for varmepumpen og økt bruk av tilleggsvarme (spisslast)
Figurer – Lars Fransson, Sveriges
Tekniska Forskningsinstitut (SP)
#
10
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – luft/luft-varmepumper
Eksempel på måledata for effektfaktor og varmeytelse
Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (SP)
4,5
4,0
A
Ved 100% rpm
B
C
3,5
D
3,0
E
F
2,5
G
2,0
H
1,5
I
J
1,0
K
L
0,5
B
5,0
Varmeytelse [kW]
Varmeytelse
(kW)
COP [-]
Effektfaktor,
COP ((-)
6,0
A
Ved 100% rpm
C
D
4,0
E
F
G
3,0
H
I
2,0
J
K
1,0
L
M
0,0
-15
-10
-5
0
5
10
Utelufttemperatur [°C](°C)
Utelufttemperatur
#
M
0,0
-15
-10
-5
0
5
10
Utelufttemperatur
Utelufttemperatur [°C](°C)
Effektfaktor (COP) og avgitt varmeeffekt måles/beregnes ved 4 lufttemperaturer
COP inkluderer energibruk til avrimning
Høyt/flatt forløp for COP og flatt forløp for varmeeffekt gir høyest årsvarmefaktor
11
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Testbetingelser – luft/vann-varmepumper
NS-EN 14511 – romoppvarming
NS-EN 14511
#
Samme temp.betingelser på luftsiden som ved testing av luft/luft-varmepumper
12
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – luft/vann-varmepumper
NS-EN 14511 – romoppvarming
NS-EN 14511
#
13
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – luft/vann-varmepumper
Utvikling i målt COP 1991-2009 (WPZ)
NS-EN 14511, A2/W35
#
14
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – luft/vann-varmepumper
Fordeling mht. målt COP i perioden 2005-2009 (WPZ)
NS-EN 14511, A2/W35
#
15
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – luft/vann-varmepumper
NS-EN 255-3 – varmtvannsberedning
NS-EN 255-3
#
16
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Testbetingelser – væske/vann-varmepumper
NS-EN 14511 – romoppvarming
NS-EN 14511
#
Samme temp.betingelser på vannsiden som ved testing av luft/vann-varmepumper
17
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – væske/vann-anlegg
Utvikling i målt COP i perioden 1992-2009 (WPZ)
NS-EN 14511, B0/W35
#
18
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Laboratoriemålinger – væske/vann-anlegg
Fordeling mht. målt COP i perioden 2005-2009 (WPZ)
NS-EN 14511, B0/W35
#
19
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Norsk Standard 3031 (2007)
Beregning av bygningers energiytelse – metode og data
B.9 – Veiledende effektfaktorer for nyere varmepumpesystemer
#
COPverdier
η distribusjon
η regulering
SystemCOP
∆E
Luft
2,4
1,00
0,90
2,16
54 %
Uteluft
Gulvvarme
2,4
0,95
0,90
2,05
51 %
3.3
Uteluft
Radiatorer
2,3
0,95
0,95
2,08
52 %
3.4
Fjell, vann
Luft
2,6
1,00
0,90
2,34
57 %
3.5
Fjell, vann
Gulvvarme
2,6
0,95
0,90
2,22
55 %
3.6
Fjell, vann
Radiatorer
2,5
0,95
0,95
2,26
56 %
Spisslast
Diverse
ηkjel
ηdistr
ηreg
ηsystem
–
Nr.
Type
varmekilde
Varmedistribusjon
3.1
Uteluft
3.2
Tar ikke hensyn til varmepumpeanleggets installerte varmeeffekt
Tar ikke hensyn til energidekningsgraden (α) for varmepumpen – viktig faktor
Minimale forskjeller i system-COP og energisparing (∆E) mellom varmepumpene
20
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Norsk Standard 3031 (2007)
Beregning av bygningers energiytelse – metode og data
B.10 – Veil. effektfaktorer for varmepumpesystemer eldre enn 1990
#
COPverdier
η distribusjon
η regulering
SystemCOP
∆E
Luft
–
–
–
1,98
49 %
Uteluft
Gulvvarme
–
–
–
1,88
47 %
3.3
Uteluft
Radiatorer
–
–
–
1,90
47 %
3.4
Fjell, vann
Luft
–
–
–
2,16
54 %
3.5
Fjell, vann
Gulvvarme
–
–
–
2,05
51 %
3.6
Fjell, vann
Radiatorer
–
–
–
2,08
52 %
Spisslast
Diverse
–
–
–
ηsystem
–
Nr.
Type
varmekilde
Varmedistribusjon
3.1
Uteluft
3.2
Tar ikke hensyn til varmepumpeanleggets installerte varmeeffekt
Tar ikke hensyn til energidekningsgraden (α) for varmepumpen – viktig faktor
Minimale forskjeller i system-COP og energisparing (∆E) mellom varmepumpene
21
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Norsk Standard 3031 (2007)
Beregning av bygningers energiytelse – metode og data
B.11 – Veiledende system-effektfaktorer for kjølesystemer
Type kjøleanlegg
Beskrivelse
Luft-luft
kjølemaskin
Mindre aggregat – kjølt luft – direkte varmeavgivelse til luft
2,5
Større aggregat – kjølt luft – direkte varmeavgivelse til luft
2,4
Luft-vann
kjølemaskin
Kjølt luft – varmeavgivelse til vannbasert avkjølingssystem
2,7
Kjølt luft – varmeavgivelse til vannbasert syst. m/tørrkjøler
2,4
Kjølt vann – direkte varmeavgivelse til luft
2,4
Kjølt vann – varmeavgivelse til vannbasert avkjølingssystem
2,4
Kjølt vann – varmeavgivelse til vannbasert syst. m/tørrkjøler
2,2
Vann-luft
kjølemaskin
Vann-vann
kjølemaskin
#
System
COP
Tar stort sett ikke hensyn til kjøleanleggets installerte kjøleeffekt
Minimale forskjeller i system-COP mellom de ulike typene av kjøleanlegg
Behov for revisjon av COP-verdiene for tab. B.9, B.10 og B.11 i NS 3031
22
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger på varmepumpeanlegg
Målingene viser reell energisparing for varmepumpesystemer
Måling av for eksempel:
–
–
Varmepumpeaggregat(er) – inkl. varmeopptakssystem
Avgitt varmeeffekt
Tilført elektrisk effekt til kompressor(er), vifter, pumper osv.
Temperaturer og trykk for varmepumpen
Varme-/kjøledistribusjonssystem
Temperaturer og tilført varme-/kjøleeffekt
Utfordringer, problemer og begrensninger
#
–
Mangelfull og/eller forenklet instrumentering
–
Målefeil kan oppstå på grunn av:
Måleutstyr med feil måleområde
Måleutstyr med utilstrekkelig nøyaktighet
–
Utilstrekkelig registrering, systematisering og presentasjon av måledata
–
Målinger må utføres av akkreditert institusjon for å ha troverdighet
23
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger på varmepumpeanlegg
Eksempler på måleprogrammer i Europa
Norge (1980-1994)
–
60 PoD-anlegg – alle typer varmekilder (SINTEF)
Sveits (1994-2002) – FAWA-prosjektet
–
250 anlegg – nye/eksisterende boliger – jord, fjell, uteluft
Sverige (2002-2004) – Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
–
10 anlegg – eksisterende boliger – fjell
Tyskland (2004-2005) – Fraunhofer ISE
–
–
50 anlegg – passivhus – jord, ventilasjonsluft
Varmekilder jord og ventilasjonsluft
Tyskland (2007-2010) – Frauhofter ISE
–
110 anlegg – nye boliger – div. varmekilder
Østerrike (2008-2010) – Austrian Institute of Technology
–
#
10 anlegg – lavenergi-/passivhus – grunnvarme, uteluft
24
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger på varmepumpeanlegg
Eksempler på måleprogrammer i Norge
SINTEF Energi AS (tidl. SINTEF Kuldeteknikk)
–
–
60 prototyp- og demonstrasjonsanlegg (1980-94)
24 yrkesbygg, 15 boliger, 6 fjernvarmeanlegg, 7 veksthus, 8 industrianlegg
Varmekilder – sjø (19), luft (18), spillvarme (14), grunnvarme (9)
FoU-fokus på:
Dimensjonering, komponentvalg, nye arbeidsmedier, systemløsninger osv.
NTNU + private målinger
#
–
2,9 kW vann/vann-varmepumpe i 172 m2 passivhus
–
Romoppvarming og varmtvannsberedning med varmepumpeaggregat med bl.a. sugegassvarmeveksler og overhetningsvarmeveksler – tilkobling til to akkumuleringstanker
–
Varmepumpe med propan (R290) som arbeidsmedium
–
Dekker hele boligens varmebehov inkl. varmtvann ved 65 °C
–
Måleprogram inkludert i Norges aktiviteter i IEA HPP Annex 32
25
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Prototyp- og demonstrasjonsanlegg
Norge – måling av blant annet årsvarmefaktor (SINTEF)
Figur – Geir Eggen, COWI AS
#
26
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Figur A
–
Avgitt varmeeffekt (kW)
–
De fleste anlegg mellom 10
og 1 000 kW
Figur B
–
Spesifikk investering (kr/kW)
–
Middelverdi ca. 5 000 kr/kW
Figur C
–
Årsvarmefaktor inkl. energi til
spisslast (SPFbrutto)
–
Gjennomsnitt, SPFbrutto = 3,
for varmepumper i bygninger
Figur D
–
Ekvivalent driftstid (τ)
–
Middelverdi ca. 4000 timer
Feltmålinger – uteluft/vann-varmepumper
Norge – årsvarmefaktor (SPF) inkl. elektrisk tilleggsvarme
5,5
2007-2010
SPF - HP unit
SPF - total
5,0
SPF, average - HP unit
SPF, average - total
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
Peter Leendert Zijdemans og David Zijdemans
1,5
#
Gjennomsnittlig SPFbrutto ca. 3,1 – gir 68 % energisparing i forhold til el.varme
Reell energisparing er høyere pga. unøyaktigheter i målesystemet for varmtvann
27
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – uteluft/vann-varmepumper
Norge – årsvarmefaktor (SPF) inkl. elektrisk tilleggsvarme
Utforming/dimensjonering - David Zijdemans
#
28
10.2.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Spesifikasjoner
–
Vann/vann-aggregat
–
2,9 kW varmeeffekt
–
Propan (R290) som
arbeidsmedium
–
Akkumuleringstanker
med varmevekslere for
varmtvann og romvarme
–
Sugegassvarmeveksler
og overhetningsvarmev.
–
3 driftsmodi
–
Dekker 100% av
boligens varmebehov,
dvs. ikke behov for
spisslast/ettervarming
Feltmålinger – uteluft/vann-varmepumper
Sveits – årsvarmefaktor (SPF) inkl. el. til spisslast
1994-2002
Nye boliger
Eksisterende boliger
Alle
Årsvarmefaktor (SPFbrutto)
P. Hubacher, HPC Newsletter (2/2004)
År
#
Gjennomsnittlig SPFbrutto ca. 2,6 – gir 60 % energisparing i forhold til el.varme
29
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – væske/vann-varmepumper
Sveits – årsvarmefaktor (SPF) inkl. el. til spisslast
1994-2002
Årsvarmefaktor (SPFbrutto)
Nye boliger
Eksisterende boliger
Alle
P. Hubacher, HPC Newsletter (2/2004)
År
#
Gjennomsnittlig SPFbrutto ca. 3,4 – gir 70 % energisparing i forhold til el.varme
30
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – væske/vann-varmepumper
Sverige – årsvarmefaktor (SPF) inkl. el. til spisslast
Årsvarmefaktor (SPF)
SPF varmepumpe
SPF varmepumpe inkl. tilleggsvarme
#
Varmeleveranse til romvarme (radiatorsystemer) og varmtvann
SPFbrutto = ca. 2,6 – ca. 62 % energisparing i forhold til elektrisk oppvarming
SPFbrutto = 2,6 og 90% energidekning for varmepumpe gir SPFvarmepumpe = ca. 3,2
31
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – væske/vann-varmepumper
Tyskland – eksempel på måleopplegg
Pumpe
Måling
SPF =
Pumpe
Varmepumpe
Vannoppvarming
Pumpe
Måling
El.kassett
Romoppvarming
Nettvann
Varmekilde
#
32
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – væske/vann-varmepumper
Tyskland – varmefaktor (SPFbrutto) inkl. el. til spisslast
Varmefaktor (SPFbrutto)
Andel oppvarmingsbehov – varmtvann
Andel oppvarmingsbehov – romvarme
Gj.snitt*
* Tilsvarer ca. 74 % energisparing
#
33
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – væske/vann-varmepumper
Tyskland – temperaturmålinger og årsvarmefaktor (SPF)
2008
Årsvarmefaktor (SPF)
Turtemperatur væske,
middelverdi alle anlegg
Turtemperatur væske,
jordvarmeanlegg
Turtemperatur væske,
bergvarmeanlegg
Turtemp. romvarme
Turtemp. varmtvann
Turtemp. gjennomsnitt
#
34
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Feltmålinger – uteluft/vann-varmepumper
Tyskland – varmefaktor (SPFbrutto) inkl. el. til spisslast
Varmefaktor (SPFbrutto)
Andel oppvarmingsbehov – varmtvann
Andel oppvarmingsbehov – romvarme
Gj.snitt*
* Tilsvarer ca. 65 % energisparing
#
35
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Hvilke tiltak kan gjøres
for å oppnå høyest mulig
årsvarmefaktor?
#
36
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Totalkvalitet for varmepumpesystemer
Et varmepumpesystem
blir aldri bedre enn sitt
svakeste "ledd"
Fagdisipliner: Arkitekter – energirådgivere – rådgivende ingeniører – entreprenører – varmepumpeleverandører – brønnborere – installatører – rørleggere – elektrikere – drifts- og vedlikeholdspersonale
#
37
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Dimensjonering av varmepumpesystemer
Oppvarming og kjøling av bygninger
Varmebehov
–
–
Klimaavhengige varmebehov – oppvarming av rom og ventilasjonsluft
Varmepumpe dimensjoneres for 40-70 % effektdekning ved DUT (netto)
Effektdekning avh. av klimasone, bygning, SPF, kostnader og energipriser
Spisslastenhet dimensjoneres for 100 % effektdekning ved DUT (brutto)
Varmtvannsberedning
Små varmebehov – ulike metoder med f.eks. forvarming fra varmepumpen
Stort varmebehov – f.eks. CO2-varmepumpe, dimensjoneres for midlere
effektbehov over døgnet, Pm
Kjølebehov
–
#
Klimakjøling og dataromskjøling
Varmepumpesystemet skal normalt dekke 100 % av maks. kjølebehov
Utnytte frikjøling i størst mulig grad (sjøvann, grunnvann eller fjell)
Varmepumpen kjøres som kjølemaskin ved behov
38
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Valg av arbeidsmedium (kuldemedium)
Temperaturbegrensning og nødvendig kompressorvolum
1) Høytrykkskompressor 2) To-trinns anlegg, trykklasse avhengig av medium og temp.
R404A
Maks. 50°C (60°C)1
Middels kompressorvolum
R407C
Maks. 50°C (65°C)1
Middels kompressorvolum
R410A
Maks. 50°C (60°C)1
Lite kompressorvolum
R134a
Maks. 60°C (70-90°C)2
Stort kompressorvolum
Ammoniakk
Maks. 50°C (70-90°C)2
Middels/lite kompressorvolum
Propan
Maks. 60°C
Middels kompressorvolum
CO2
Maks. 90°C
Svært lite kompressorvolum
#
R404A, R407C og R410A – standardaggregater
–
Redusert varmeleveranse/energisparing ved varmeleveranse ved høye temperaturer
–
Høye driftstemperaturer vil kunne redusere kompressorenes levetid og gi tidlig havari
39
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
CO2-varmepumpe
Gir høy energisparing i bygninger med store varmtvannsbehov
Figur – Tore Hjerkinn, Multiconsult AS
CO2-varmepumpe
Turtallsregulert
Varmekilde
Varmtvannssystem
#
40
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmekilde og varmeopptakssystemer
Uteluft, ventilasjonsluft og grunnvann
Uteluft
–
Uteluft/vann-aggregater eller væske/vann-aggregater m/luftkjøler
–
Veldimensjonert utedel (fordamper/luftkjøler), effektiv fordamperregulering, energieffektive samt behovsstyrt og effektiv avrimning
Varmeleveranse til varmesystem med moderat temperaturkrav
Ventilasjonsluft
–
Begrenset varmeuttak pga. gitt luftmengde i ventilasjonssystem
Eventuelt behov for tilleggsvarmekilde
Grunnvann
#
–
Forundersøkelser med bl.a. måling av grunnvannsmengde og –
kvalitet i både fjellbrønner og løsmassebrønner
–
Benytte geologisk kompetanse ved f.eks. setningsproblematikk
–
Frikjøling – dim. kjølebatterier for høye temp., f.eks. 10/16 °C
41
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmekilder og varmeopptakssystem
Bergvarme (indirekte systemer med kollektorslanger)
Bergvarme
–
Dimensjonere brønner i hht. geologiske forhold og effekt-/energiutttak
Grunnvannsbevegelse bør ikke antas men heller gi en "bonus"
Kun vannfylt del av borehull overfører varme – evt. tilbakefylling
Tilstrekkelig avstand (15-20 m) mellom energibrønner for kun varmeuttak
Større anlegg – forundersøkelse m/termisk responstest og datasimulering
Sørge for turbulent strømning i borehullskollektorene men lavt trykktap
Tilbakeføring av varme i større brønnparker ved hjelp av frikjøling, varme
fra ventilasjonsluft, andre spillvarmekilder og evt. sol – energibalanse
Utnytte geologisk spisskompetanse ved behov (f.eks. NGU)
–
Utnytte frikjøling – dim. kjølebatterier for rel. høye temp., f.eks. 10/16 °C
–
Tett oppfølging av anlegget (prøvedrift, energioppfølging)
#
Vil avdekke evt. underdimensjonering av brønnparken – tiltak
42
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmekilder og varmeopptakssystem
Sjøvann – indirekte og direkte systemer
Sjøvann
–
Forundersøkelser, bl.a. med måling av temperatur på aktuelle dyp
–
Indirekte anlegg – kollektorsystemer
–
–
#
Tilstrekkelig varmevekslerflate for kollektorsystem (på sjøbunn el. trommel)
Turbulent strømning i kollektor, tilstrekkelig dimensjoner for tur-/returrør
Regelmessig rengjøring av trommelkollektorer
Direkte anlegg – oppumpet sjøvann
Tilstrekkelig inntaksdybde, minimum -20 meter
Tilstrekkelig hastighet i sjøvannsledning (> 1 m/s)
Evt. benytte lyskasse på inntak ved næringsholdig vann
Frostsikker varmeveksler/fordamperløsning
Regelmessig rengjøring av varmevekslere og sjøvannssystem
Utnytte frikjøling – dim. kjølebatterier for rel. høye temp., f.eks. 10/16 °C
43
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Maksimal utnyttelse av "frikjøling"
Varmepumper med sjøvann, grunnvann eller fjell/berg
Figur – Jørn Stene, COWI AS
#
Dimensjonere kjøledistribusjonssystemet for relativt høy temperatur, f.eks. 10/16 °C
44
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Effektdekning kontra energidekning
Påvirkes av dimensjonering og type varmekilde
Figur – Jørn Stene, COWI AS
#
Sjøvann, grunnvann, fjell – rel. konstant temperatur og tilgjengelig varmeeffekt
Uteluft – synkende tilgjengelig varmeeffekt ved avtagende lufttemperatur
45
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Energisparing for varmepumper inkl. spisslast
∆E avhengig av SPFnetto og varmepumpens energidekning (α)
Figur – Jørn Stene, COWI AS
Relativ energisparing, ∆ E (%)
80
SPF=2,0
70
SPF=2,5
60
SPF=3,0
50
SPF=3,5
SPF=4,0
Væske/vann
Luft/vann
40
SPF=5,0
30
Luft/vann
20
Væske/vann
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
αQ (%)
Varmepumpens energidekning, ∆
#
Høyest prosentvis energisparing (∆E) ved høy SPFnetto og høy energidekning (α)
Uteluft-varmepumper har relativt lav energidekning og moderat SPFnetto
46
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmedistribusjon
Problemer/utfordringer med høyt temperaturnivå
Høyt turtemperatur
–
COP avtar 2-4 % per C økning i kondenseringstemperaturen
–
Drift ved høy kondenseringstemperatur (høyt trykkforhold) og høy
trykkgasstemperatur gir redusert levetid for kompressorene
–
Ved prosjektering av varmepumper for høytemperatur varmesystemer
bør det gjennomføres tiltak for å redusere temperaturnivået
Høy returtemperatur
#
–
Standard aggregater med R404A, R407C, R410A og R717 bør maks.
levere 40-55 °C vann fra kondensatoren – temperaturbegrensning
–
Ved høy returtemperatur i varmesystemet må varmepumpens varmeeffekt reduseres eller anlegget slås helt av
–
Redusert varmeleveranse gir lavere energidekning og lavere SPFbrutto
–
Ved prosjektering av varmepumper med temperaturbegrensning bør det
gjennomføres tiltak for å redusere returtemperaturen til lavt nok nivå
47
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Kompressorvalg og anleggsoppbygging
Fokus på høy COP under alle driftsforhold
Kompressorvalg og anleggsoppbygging
–
Benytte flere varmepumpeaggregater – øker også leveringssikkerheten
–
Benytte kompressor(er) med høy virkningsgrad også ved dellast
–
Benytte flere kompressorer per aggregat med drift i "optimalt" område
Kompressorvalg/-regulering – låst for standardaggregater
–
–
–
#
Stempel – tilpasser trykkforholdet til driftsforholdene
På/av (små kompressorer)
Løfting av sugeventil (store kompressorer)
Scroll – fast innebygd volumforhold gir ekstra energibruk
Best – turtallsregulering
På/av-regulering + akkumuleringstank
Skrue – fast innebygd volumforhold gir ekstra energibruk
Best – turtallsregulering + evt. Vi-regulering
Sleideregulering til min. 50 % kapasitet – 2 kompressorer per aggregat
48
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Kompressorvirkningsgrad
Prinsipp for virkningsgrad ved dellast for ulike kompressorer
Figur – Jørn Stene, COWI AS
Tilført elektrisk effekt (%)
100
80
60
Turbo - ledeskovlreg.
Stempel - sugevent.reg.
Stempel - turtallsreg.
Skrue - sleideregulering
Skrue - turtallsregulering
Scroll - turtallsregulering
Ideell kompressor
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Avgitt varmeeffekt (%)
#
49
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
80
90
100
Sammenkobling av aggregater samt spisslast
Fokus på høy COP under alle driftsforhold
Varmepumpeaggregater
–
–
Seriekobling vs. seriekobling av kondensatorer på vannsiden
Medvirker til lavere gjennomsnittlig kondenseringstemperatur (tk) og
dermed høyest COP når ett eller flere aggregater er i drift
Mindre problem med evt. temperaturbegrensning for aggregatene
Viktig at seriekoblede kondensatorer ikke gir for høyt trykktap
Parallellkobling av fordampere på vannsiden
Medvirker til høyest gjennomsnittlige fordampningstemperatur (tf) og
dermed høyest mulig COP – lavest mulig trykktap
Varmepumpe og spisslastenhet (kjel)
#
–
Varmepumpen skal alltid installeres på returledningen i varmeanlegget
–
Spisslastkjeler skal alltid installeres i serie etter siste kondensator
Medvirker til høyest mulig effektfaktor (COP)
Parallellkobling kan medføre nedregulering og evt. stopp av varmepumpen
pga. for høy utgående vanntemperatur fra varmepumpen
50
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Sammenkobling av varmepumpeaggregater
Kondensatorer og fordampere – eksempel på temperaturer
Seriekobling av to
kondensatorer på
vannsiden
Parallellkobling
av to fordampere
på vannsiden
Figur – Jørn Stene, COWI AS
#
51
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Sammenkobling av varmepumpe og spisslast
Varmeleveranse til vannbårent varmesystem
Spisslastsystem
Varmepumpeaggregat(er)
Tur – høyeste temperatur
Retur – laveste temperatur
Figur – Jørn Stene, COWI AS
#
Varmepumpeaggregater – skal levere varme ved lavest mulig temperaturnivå
Spisslastsystem – skal installeres på turledningen i serie etter varmepumpen
52
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Optimal styring og regulering
Oppvarming og kjøling – vannbårne distribusjonssystemer
Oppvarming
–
Turtemperaturen i vannbårne
systemer bør reguleres i hht.
en reguleringskurve
–
Kompressorene samkjøres for
lavest mulig energibruk under
alle lastforhold
–
Spisslastenheten bør benyttes
hvis varmepumpen går på full
kapasitet
Kjøling
#
–
Turtemperaturen i vannbårne
systemer bør reguleres i hht.
en reguleringskurve
–
Frikjøling skal utnyttes i størst
mulig grad
53
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Figur – Jørn Stene, COWI AS
Testing, prøvedrift, oppfølging og vedlikehold
Tilstrekkelig instrumentering og kompetent driftspersonale
Overleveringsprøve med funksjons- og ytelsestest
–
Teste funksjoner av alt levert utstyr og alle systemer
–
Måle varme-/kjøleeffekt og tilført el.effekt – beregne COP
–
Eventuelt bot- og bonusordning ved hhv. negative og positive avvik
–
Sikrer at varmepumpeanlegget er i hht. tilbudet (spesifikasjon)
Prøvedrift
–
Tett oppfølging med videre innregulering av anlegget i 3-12 måneder
Energioppfølging
–
Måle varme-/kjøleeffekt, tilført elektrisk effekt m.m. – beregne COP
–
Måle alle relevante størrelser (temperaturer, trykk, volumstrøm)
–
Avdekke evt. avvik og evt. optimalisere anleggsoppbygging/-drift
Regelmessig/tilstrekkelig vedlikehold
#
Årsvarmefaktor for varmepumpeanlegg
Oppsummering og konklusjon
Testing av varmepumper i hht. NS-EN 14511 og 255-3
–
De fleste europeiske varmepumpeprodusenter tester sine aggregater
–
Målt/beregnet varmeeffekt og COP er stort sett tilgjengelig via brosjyrer
og datablad fra produsenter, grossister og leverandører – pålitelige data?
–
Mulig å estimere SPFbrutto for ideell varmepumpeinstallasjon – godt nok?
Behov for revisjon av COP-verdiene for B.9 til B.11 i NS 3031
–
Hvilke COP-verdier skal legges til grunn? Nedsette arbeidsgruppe!
Feltmåledata for varmepumper i boligbygg og større bygninger
–
Feltmålinger viser virkelig energisparing for varmepumpesystemer
–
Behov for systematiserte feltmålinger i Norge – hvem vil betale?
Hvordan oppnå høy SPF for varmepumpesystemer?
–
#
Fokus på totalkvalitet, dvs. kvalitet i alle "ledd"
55
10.6.2010
Varmepumpekonferansen 2010 – NOVAP
Varmepumpe