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 http://www.cowi.com # 2
Energieffektivitet effektfaktor varmefaktor Q k Q f W Q VP E VP Figur Jørn Stene, COWI AS Avgitt varmeeffekt fra varmepumpen (kw) Avgitt kjøleeffekt fra varmepumpen i kjøledrift (kw) Tilført el. effekt til kompressorer og evt. vifter/pumper (kw) Avgitt varme- og evt. kjøleenergi fra varmepumpen (kwh) Tilført el. energi til kompressorer og evt. vifter/pumper (kwh) Effektfaktor varme (COP VP ) relatert til levert varmeeffekt i et driftspunkt momentanverdi (kw) COP Q& k = W Effektfaktor kjøling (COP KJ ) relatert til levert kjøleeffekt i et driftspunkt momentanverdi (kw) COP Varmefaktor (SPF netto ) relatert til levert varme- og evt. kjøleenergi over en periode (kwh) SPF Q& f = W netto Q = E VP VP # 3
Brutto årsvarmefaktor årsenergifaktor SPF brutto = Q v Q α COP VP V VP + α η SL Kun varmeleveranse SPF tot = Q v α COP VP VP + Q V α η SL + Q KJ + Q KJ β 1 COP KJ Varme- og kjøleleveranse Q V Q KJ Årlig varmeleveranse fra varmepumpe og spisslastenhet (kwh/år) Årlig kjøleleveranse fra varmepumpe inkl. evt. frikjøling fra varmekilde (kwh/år) COP VP Midlere COP varmepumpe i varmedrift (-) COP KJ Midlere COP varmepumpe i kjøledrift (-) η Midlere virkningsgrad for spisslastenhet (-) α VP Andel av Q V som dekkes med varmepumpe (-) α SL Andel av Q V som dekkes med spisslast (-), hvor α SL = (1 α VP ), dvs. (α SL + α VP ) = 1 β Andel av Q KJ som dekkes med kjølemaskin (-) SPF brutto varmepumpesystemets årsvarmefaktor (-) SPF tot Varmepumpesystemet årsenergifaktor (-) # 4
Årlig energisparing for varmepumpesystemer Ulineær sammenheng mellom SPF brutto og %-vis energisparing Figur Jørn Stene, COWI AS Figur Jørn Stene, COWI AS E 1 1 SPF brutto 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 # 5
Hvilken årsvarmefaktor kan forventes av ulike varmepumpesystemer? # 6
Aktuelle varmepumpestandarder Testing av varmepumpeaggregater beregning av SPF NS-EN 255-3 (1997) Testing av varmepumper for varmtvannsberedning Klimaaggregater, væskekjøleaggregater og varmepumper med elektrisk drevne kompressorer Del 3, Prøving og krav til merking av aggregater NS-EN 14511 (2007) Testing av varmepumper for romoppvarming/-kjøling Klimaaggregater, væskekjøleaggregater og varmepumper med elektrisk drevne kompressorer for oppvarming og avkjøling av rom. CEN-TS 14825 (2003) testing av varmepumper ved dellast 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 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) 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 Beregning av bygningers energiytelse - Metode og data, Tillegg B Veil. inndata # 7
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
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
Varmepumpestandarder SPF-beregninger NS-EN 15450/15316 beregning av årsvarmefaktor (SPF tot ) 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
Laboratoriemålinger luft/luft-varmepumper Eksempel på måledata for effektfaktor og varmeytelse Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (SP) Effektfaktor, COP (-) COP [-] 4,5 Ved 100% rpm 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-15 -10-5 0 5 10 Utelufttemperatur [ C] ( C) A B C D E F G H I J K L M Varmeytelse (kw) Varmeytelse [kw] 6,0 Ved 100% rpm 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-15 -10-5 0 5 10 Utelufttemperatur ( C) Utelufttemperatur [ C] A B C D E F G H I J K L M 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
Testbetingelser luft/vann-varmepumper NS-EN 14511 romoppvarming NS-EN 14511 Samme temp.betingelser på luftsiden som ved testing av luft/luft-varmepumper # 12
Laboratoriemålinger luft/vann-varmepumper NS-EN 14511 romoppvarming NS-EN 14511 # 13
Laboratoriemålinger luft/vann-varmepumper Utvikling i målt COP 1991-2009 (WPZ) NS-EN 14511, A2/W35 # 14
Laboratoriemålinger luft/vann-varmepumper Fordeling mht. målt COP i perioden 2005-2009 (WPZ) NS-EN 14511, A2/W35 # 15
Laboratoriemålinger luft/vann-varmepumper NS-EN 255-3 varmtvannsberedning NS-EN 255-3 # 16
Testbetingelser væske/vann-varmepumper NS-EN 14511 romoppvarming NS-EN 14511 Samme temp.betingelser på vannsiden som ved testing av luft/vann-varmepumper # 17
Laboratoriemålinger væske/vann-anlegg Utvikling i målt COP i perioden 1992-2009 (WPZ) NS-EN 14511, B0/W35 # 18
Laboratoriemålinger væske/vann-anlegg Fordeling mht. målt COP i perioden 2005-2009 (WPZ) NS-EN 14511, B0/W35 # 19
Norsk Standard 3031 (2007) Beregning av bygningers energiytelse metode og data B.9 Veiledende effektfaktorer for nyere varmepumpesystemer Nr. Type varmekilde Varmedistribusjon COPverdier η distribusjon η regulering System- COP E 3.1 Uteluft Luft 2,4 1,00 0,90 2,16 54 % 3.2 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 η kjel η distr η reg η system 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
Norsk Standard 3031 (2007) Beregning av bygningers energiytelse metode og data B.10 Veil. effektfaktorer for varmepumpesystemer eldre enn 1990 Nr. Type varmekilde Varmedistribusjon COPverdier η distribusjon η regulering System- COP E 3.1 Uteluft Luft 1,98 49 % 3.2 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 η system 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
Norsk Standard 3031 (2007) Beregning av bygningers energiytelse metode og data B.11 Veiledende system-effektfaktorer for kjølesystemer Type kjøleanlegg Beskrivelse System COP Luft-luft kjølemaskin Luft-vann kjølemaskin Vann-luft kjølemaskin Vann-vann kjølemaskin Mindre aggregat kjølt luft direkte varmeavgivelse til luft 2,5 Større aggregat kjølt luft direkte varmeavgivelse til luft 2,4 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 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
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
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
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 m 2 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
Prototyp- og demonstrasjonsanlegg Norge måling av blant annet årsvarmefaktor (SINTEF) Figur Geir Eggen, COWI AS 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 (SPF brutto ) Gjennomsnitt, SPF brutto = 3, for varmepumper i bygninger Figur D Ekvivalent driftstid (τ) Middelverdi ca. 4000 timer # 26
Feltmålinger uteluft/vann-varmepumper Norge årsvarmefaktor (SPF) inkl. elektrisk tilleggsvarme 5,5 5,0 4,5 2007-2010 SPF -HP unit SPF -total SPF, average - HP unit SPF, average - total 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 Peter Leendert Zijdemans og David Zijdemans Gjennomsnittlig SPF brutto ca. 3,1 gir 68 % energisparing i forhold til el.varme Reell energisparing er høyere pga. unøyaktigheter i målesystemet for varmtvann # 27
Feltmålinger uteluft/vann-varmepumper Norge årsvarmefaktor (SPF) inkl. elektrisk tilleggsvarme 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 Utforming/dimensjonering - David Zijdemans # 28 10.2.2010 Varmepumpekonferansen 2010 NOVAP
Feltmålinger uteluft/vann-varmepumper Sveits årsvarmefaktor (SPF) inkl. el. til spisslast 1994-2002 P. Hubacher, HPC Newsletter (2/2004) Nye boliger Eksisterende boliger Alle Årsvarmefaktor (SPF brutto ) Gjennomsnittlig SPF brutto ca. 2,6 gir 60 % energisparing i forhold til el.varme År # 29
Feltmålinger væske/vann-varmepumper Sveits årsvarmefaktor (SPF) inkl. el. til spisslast 1994-2002 Nye boliger Eksisterende boliger Alle Årsvarmefaktor (SPF brutto ) P. Hubacher, HPC Newsletter (2/2004) Gjennomsnittlig SPF brutto ca. 3,4 gir 70 % energisparing i forhold til el.varme År # 30
Feltmålinger væske/vann-varmepumper Sverige årsvarmefaktor (SPF) inkl. el. til spisslast SPF varmepumpe SPF varmepumpe inkl. tilleggsvarme Årsvarmefaktor (SPF) Varmeleveranse til romvarme (radiatorsystemer) og varmtvann SPF brutto = ca. 2,6 ca. 62 % energisparing i forhold til elektrisk oppvarming SPF brutto = 2,6 og 90% energidekning for varmepumpe gir SPF varmepumpe = ca. 3,2 # 31
Feltmålinger væske/vann-varmepumper Tyskland eksempel på måleopplegg Pumpe SPF = Måling Romoppvarming Pumpe El.kassett Pumpe Vannoppvarming Varmepumpe Måling Nettvann Varmekilde # 32
Feltmålinger væske/vann-varmepumper Tyskland varmefaktor (SPF brutto ) inkl. el. til spisslast Varmefaktor (SPF brutto ) Andel oppvarmingsbehov varmtvann Andel oppvarmingsbehov romvarme Gj.snitt* * Tilsvarer ca. 74 % energisparing # 33
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
Feltmålinger uteluft/vann-varmepumper Tyskland varmefaktor (SPF brutto ) inkl. el. til spisslast Varmefaktor (SPF brutto ) Andel oppvarmingsbehov varmtvann Andel oppvarmingsbehov romvarme Gj.snitt* * Tilsvarer ca. 65 % energisparing # 35
Hvilke tiltak kan gjøres for å oppnå høyest mulig årsvarmefaktor? # 36
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
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. CO 2 -varmepumpe, dimensjoneres for midlere effektbehov over døgnet, P m 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
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 CO 2 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
CO 2 -varmepumpe Gir høy energisparing i bygninger med store varmtvannsbehov CO 2 -varmepumpe Figur Tore Hjerkinn, Multiconsult AS Varmekilde Turtallsregulert Varmtvannssystem # 40
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
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
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
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
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
Energisparing for varmepumper inkl. spisslast E avhengig av SPF netto og varmepumpens energidekning (α) Figur Jørn Stene, COWI AS 80 Relativ energisparing, E (%) 70 60 50 40 30 20 10 SPF=2,0 SPF=2,5 SPF=3,0 SPF=3,5 SPF=4,0 SPF=5,0 Væske/vann Luft/vann Luft/vann Væske/vann 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Varmepumpens energidekning, Q α (%) Høyest prosentvis energisparing ( E) ved høy SPF netto og høy energidekning (α) Uteluft-varmepumper har relativt lav energidekning og moderat SPF netto # 46
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 SPF brutto Ved prosjektering av varmepumper med temperaturbegrensning bør det gjennomføres tiltak for å redusere returtemperaturen til lavt nok nivå # 47
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. V i -regulering Sleideregulering til min. 50 % kapasitet 2 kompressorer per aggregat # 48
Kompressorvirkningsgrad Prinsipp for virkningsgrad ved dellast for ulike kompressorer 100 Figur Jørn Stene, COWI AS Tilført elektrisk effekt (%) 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Avgitt varmeeffekt (%) Turbo - ledeskovlreg. Stempel - sugevent.reg. Stempel - turtallsreg. Skrue - sleideregulering Skrue - turtallsregulering Scroll - turtallsregulering Ideell kompressor # 49
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 (t k ) 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 (t f ) 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
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
Sammenkobling av varmepumpe og spisslast Varmeleveranse til vannbårent varmesystem Varmepumpeaggregat(er) Spisslastsystem 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
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 Figur Jørn Stene, COWI AS Kjøling Turtemperaturen i vannbårne systemer bør reguleres i hht. en reguleringskurve Frikjøling skal utnyttes i størst mulig grad # 53
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 SPF brutto 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" Varmepumpe # 55