Varmepumpe

Prinsipp-skisse for varmepumper

En varmepumpe flytter varme fra et sted med en gitt temperatur til et annet med høyere temperatur, en prosess som kalles varmepumping. Bruksområdene er mange:

• Matpreservering i vanlig kjøleskap og fryser
• Nedkjøling/innfrysing i større kjøle- og fryseanlegg for hhv. kort- og langtidslagring
• Komfortkjøling (air conditioning) i kjøretøy
• Komfortkjøling (air conditioning) av bygninger om sommeren, i Norge særlig kjøpesentre, kontorer, flyplassterminaler osv.
• Oppvarming av bygninger om vinteren (varmeanlegg)
• Oppvarming av varmt tappevann (forbruksvann)

Vanligvis blir varmepumpebegrepet brukt om et anlegg for oppvarming, dvs. at varme pumpes inn i et begrenset rom fra et ytre, ubegrenset reservoar. De fleste luft-til-luft varmepumpene er imidlertid reversible. Dermed kan disse flytte varme inn i en bygning om vinteren og ut av bygningen om sommeren.

Virkemåte

En varmepumpe er en maskin som fremskaffer varme på en spesielt effektiv måte. Den benytter høyverdig energi (ofte elektrisitet) til å frembringe lavverdig energi (varme). Varmepumpen benytter seg av prinsippet at en gass (fluid) blir varmere hvis trykket økes, mens den blir kaldere hvis trykket reduseres. Ved å komprimere og ekspandere et fluid er det dermed mulig å flytte (pumpe) varme fra en relativt kald omgivelse (ute), til en varmere omgivelse (inne).

Luft-til-luft-varmepumper utnytter i sekvens følgende fysiske fenomener:

• Et fluid (kuldemedium) opptar varme fra (dvs. kjøler) omgivelsene når det endrer tilstand fra væske til gass, dvs. fordamper eller koker.
• Kokepunktstemperaturen blir høyere når trykket økes (gjennom kompresjon)
• Varme frigjøres til, dvs. varmer, omgivelsene når gass fortettes til væske, dvs. kondenserer
• Kokepunkttemperaturen går ned når trykket reduseres gjennom en reduksjonsventil, også kalt strupeventil

Figur av kretsløpet i en enkel varmepumpe.: 1) Kondensator, 2) Reduksjonsventil, 3) Fordamper, 4) Kompressor.

I luft-til-vann-varmepumpene fordamper opptas varme i som blir blir suget inn i varmepumpens kompressor og kondenserer i en plateveksler med både kjølemedium krets og vann krets.(kondensator).

Vann-til-vann-varmepumpene har som regel plateveksler med kuldemedium sirkulasjonskanaler og vannsirkulasjonskanaler. Det må være vann/glykol i varmepumpens fordamper/kollektorslangen som ligger ut i sjøen for å kunne trekke ut maksimalt med varme fra sjøen, også vinterstid.

Dersom det ikke anvendes vann/glycol vil kondensator bunnfryse og trenge timer på å tine opp slik at det er mulig å erverve vannsirkulasjon igjen.

Det er nok at vann/glycol blandingen tåler - 10 til -15 grader C.

Trinnene i kretsløpet

• Kompressoren (4) suger inn den kalde kuldemediumdampen og komprimerer kuldemediet slik at temperaturen øker.
• Gassen ledes inn i en kondensator (1) hvor den kondenserer til væske fordi kuldemediet er varmere enn omgivelsene og dermed avgir varme.
• Væsken går igjennom en reduksjonsventil (2) hvor trykket blir redusert og derigjennom temperaturen.
• Væsken (og vanligvis noe gass) føres inn i en fordamper (3) og væskefraksjonen fordamper igjen. Væsken fordamper fordi kuldemediet har et lavt trykk, og dermed lav kokepunktstemperatur. Omgivelsene er nå varmere enn mediet, og varme strømmer dermed fra omgivelsene til mediet.

Direkte og indirekte anlegg

Det må være en varmeveksler både på den kalde (fordamper) og varme siden (kondensator) av varmepumpen for henholdsvis å avgi varme til og ta opp varme fra kuldemediet i hovedkretsen. Dersom disse varmevekslerne opererer direkte på mediet som er målet for kjølingen eller oppvarmingen, kalles anlegget direkte, f.eks. luft-til-luft-varmepumpe.

I motsatt fall sies anlegget å være indirekte, typisk «vann til vann» varmepumper.

En «luft /vann» varmepumpe er har 50% direkte og 50%inndirekte anlegg. Varmepumpens utendørsenhet er direkteanlegg og innendørs enhet er inndirekte(varmepumpens kondensator) som oftest er en plateveksler.

«Vann/vann-varmepumpe» er 100% inndirekte anlegg.Dersom det er vann/glycol i fordamperens er det ikke fare for ising på fordamperen.Det går således an å trekke ut vesentlig mer energi (varme) fra en varmepumpefordamper som er indirekte anlegg enn en fordamper på en direkteanlegg varmepumpe som har fordamper som er eksponert for luft.

Svakhet med Luft varmepumper

Det er kondensatorens som er den mest sårbare komponenten i Luft/Luft varmepumper. Når det blir minusgrader er det almen kjent at varmepumpene virker dårligere som følge av rim og isdannelse med påfølgende avrimingsautomatikk som trer i kraft. Når varmepumpen avrimer produserer den ikke nevneverdig med varme. Dette er ting som en finner ut av etter å ha instrumentert opp varmepumpen, for overvåking av alle prosessene og syklusene. Dersom en ønsker å anvende varmepumpe til 100% oppvariming av bolig, må man nesten investere i flere, gjerne 2-3 varmepumper slik at det alltid er en varmepumpe som har full varmeproduksjon. Da kan minst en av varmepumpene alltid være under avriming.

Dersom varmepumpens kondensator ikke iser når det blir minusgrader, er det stor fare for at ekspansjonsventilen er feil innstilt/justert eller defekt.

Det har vært en forbedring av fordamperne på varmepumpene som har en utendørsenhet de siste årene. Årsaken er forbedret kuldemedie (R 410)samt inverterstyrte varmepumper og elektronisk justerbare ekspansjonsenheter. Det hevdes i media at varmepumpene fungerer ned til -25 gader celsius, men det sies lite om hvor mange KW med varme som produseres av varmepumpen. Det kan være en ide å få selger til å gi skriftlig garanti på hvor mange KW varme som produseres når det er -25 grader celsius.

Varmepumpeprosessen

For å studere varmepumpeprosessen i detalj, kan man benytte seg av et såkalt trykk-entalpi-diagram. Diagrammet viser spesifikk entalpi (indre energi) til fluidet i forhold til trykket (logaritmisk fremstilt). Temperatur og tetthet kan ofte også leses av slike diagrammer. Ved å lese av energien (entalpien) til fluidet ved de ulike stadiene, er det mulig å lese av hvor mye varme som er tatt opp av omgivelsene, hvor mye som blir avgitt og hvor mye energi (eksergi, strøm) man må tilføre prosessen.

Varmepumpeprosessen er eksemplifisert ved et trykk-entalpi-diagram av kuldemediet HFK-134a. Det er tegnet inn en prosess hvor mediet har en tilstand på 3 bar / 0°C ute, og 17 bar / 60°C inne. Disse tilstandene kan f.eks. brukes til å hente varme fra sjøvann på 4°C og levere varme til et vannbårent anlegg med temperatur på 40-50°C.

Den mørke streken i diagrammet viser hvor fluidet skifter tilstand fra væske til gass. Området inne i streken viser to-fase området, hvor fluidet består av både gass og væske. I dette området er temperauren konstant, og all tilført energi går med til å fordampe mediet. Det motsatte skjer når mediet kondenserer.

Trykk-entalpi-diagram-diagram av kuldemediet HFK-134a

Kompressortrinnet

Ved inngangen til kompressoren har kuldemediet en temperatur på 0 °C, et trykk på 3 bar og en entalpi på 400 kJ/kg. Kompressoren trykker sammen gassen (1-2) og temperaturen stiger til 95 °C og trykket til 17 bar. (Ved såkalt adiabatisk kompresjon (tapsfri), komprimeres gassen fra 1 til 2', og temperaturen stiger bare til 65 °C.) Fluidets entalpi har økt fra 400 til 470 kJ/kg, det er også den mengden elektrisitet (eksergi) som kreves for å drive varmepumpen.

Varmeavgivning

Fluidet føres så inn i kondensatoren hvor temperaturen raskt synker til 60 °C, men trykket er fortsatt 17 bar. Fluidet har da nådd kondensasjonslinjen, hvor gassen kondenseres til væske (2-3). Fluidet avgir varme ved å endre tilstand fra gass til væske, uten å endre hverken temperatur eller trykk. Fluidet avgir varme helt til all gass er kondensert til væske (3). Entalpien til fluidet er nå 290 kJ/kg, det betyr at fluidet har levert varme tilsvarende 180 kJ/kg til omgivelsene, representert ved q_k.

Strupning

Fluidet føres fra kondensatoren i videre kretsløp mot kondensatoren. Kuldemediet er nå i veskeform og renner igjennom et filter og renner videre i veskeform til ekspansjonsventilen strupeventil som er montert på fordamperen. I ekspansjonsventilen er det en justerbar dyse som reduserer trykket til 3 bar (4)og spruter kuldemediet inn i varmepumpens fordamperen som gass.

Ekspansjonsventilens oppgaver i varmepumpekretsen er: 1,Trykkavlasting mellom høytrykk og lavtrykk under start av scroll kompressoren 2,Omdanne all kjølemedie fra veskeform til gass som "spruter inn i fordamperen og opptar varme, som skal overføres (varmepumpes" over til varmepumpens kondensator.

Fordamping

Fluidet er da kaldere enn omgivelsene og vil varmes opp av omgivelsene. Fordi det befinner seg i tofaseområdet, vil fluidet koke, eller fordampe. På samme måte som ved kondensering vil fluidet ta til seg varme uten å endre trykk eller temperatur. All tilført varme vil gå med til å lage gass av fluidet. Dette vil fortsette helt til fluidet består av 100% damp, og det på ny går inn i kompressoren (1).

Fluidet har da tatt til seg energi tilsvarende 110 kJ/kg, representert ved q0. 

Dette er andelen «gratis» energi i varmepumpeprosessen.

Vann/vann-varmepumpens fordamper

Det er ønskelig å ha 6-10 grader temperatur differanse på vannet som sirkulerer gjennom fordamperen for å få høyest mulig COP (virkningsgraden på varmepumpen). Fordamperens sirkulasjonspumpehastighet justeres for å oppnå denne temperaturdifferansen.

COP

Teoretisk effektfaktor vs. temperaturløft

COP står for «Coefficient of Performance», og angir utbyttet fra (varmefaktoren for) varmepumpen. COP er forholdet mellom avgitt effekt som varme og tilført effekt. Eksempel: Hvis man bruker 1 kW med strøm til å drive varmepumpa og får 2,5 kW med varme ut, har den en COP på 2,5. Ved moderate temperaturløft (15-25 °C) er det vanlig med en COP på 3-4. Jo større temperaturforskjellen inne kontra ute er, jo nærmere vil COP nærme seg 1.

Teoretisk COP-maksimum for en varmepumpeprosess er gitt av carnot-syklusen:

$\text{COP} = \frac{Q_k}{Q_k-Q_o}$

Her er Q_o varme, gitt i Joule inn i prosessen, mens Q_k er varmen som prosessen leverer.

Enkelte loggesystem gir COP i sanntid ut fra følgende målinger: 1, Tilført elektrisk effekt til varmepumpen 2, Vanntemperatur inn/ut fra varmepumpen 3, Antall liter vann som sirkulerer pr.minutt igjennom varmepumpen 4, Varmekapasitivitet for vann som er 4,18 kJ/kgK

Hovedkomponenter

Kompressoren

Kompressoren er selve «hjertet» i varmepumpen. Denne sørger for at kuldemediet sirkulerer rundt i varmepumpens komponenter. Den komprimerer arbeidsmediet (øker trykket) fra fordamperen til kondensatoren, og øker dermed også temperaturen i arbeidsmediet. Det finnes en rekke ulike typer kompressorer for varmepumpeformål, hvor type arbeidsmedium og størrelse på varmepumpen bestemmer hvilken som egner seg best. God energieffektivitet ved dellast og spesifikke effektkostnader (NOK/kW), er også viktige faktorer for en kompressor. Tapene fra elektrisitet til trykkenergi innebærer motortap, prosess- og mekaniske tap og varmetap.

Stempelkompressoren

Stempelkompressoren

Dette er den mest brukte og en av de eldste kompressortypene som benyttes til varmepumpeformål. Den benytter samme prinsipp som en bilmotor hvor et eller flere stempler er koblet til en aksling. Stempelet går ned og suger arbeidsmedium inn, går opp og komprimerer gassen, hvorpå en ventil åpnes når trykket er høyt nok og gassen strømmer ut i kondensatoren. Volumtapet blir øker med trykkforholdet som helst bør holdes under ca. 10.

Energiforbruket til kompressoren er gitt som:

$W_c = V_c * p_1 * \frac{k}{k-1}[(\frac{p_2}{p_1})^(k-1/k)]$

hvor

$k= \frac{c_p}{c_v}$

Skruekompressoren

Skruekompressoren

Dette er en gammel kompressorkonstruksjon som brukes ved effekter fra 200 til flere tusen kW. Har et fast volumforhold og gir typisk et trykkforhold på 1:20. Kompressoren er meget driftssikker, men har dårlige dellastegenskaper. Den reguleres ved å endre turtallet ned til 50% (fra 6 000 til 3 000 o/min) og ved å slippe komprimert gass tilbake til lavtrykksområdet vha. en sleide. Det er fordelaktig å benytte turtallsregulering så lenge dette er mulig, da sleideregulering fører til store tap. Noen skruekompressor-utgaver kan også suge inn gass på mellomtrykk når de brukes i totrinnsanlegg (economiserløsning).

Scroll-kompressoren

Arbeidsprinsipp for scrollkompressoren

Scroll-kompressoren har i de seneste årene tatt mer over for stempelkompressoren og leveres i effekter fra 2 til 100 kW. Ved dellast reguleres hastigheten, typisk mellom 3 000 og 8 000 o/min. Den benyttes mer og mer fordi den er stillegående, kompakt og har få bevegelige deler.

Vann/Vann varmepumpe kostnadsvivå 2013

En vann/vann varmepumpe består av veldig få komponenter. Anskaffelseskostnad er fra ca. 20.000- 80.000, der de billigste varmepumpene er Kinaimport. En varmepumpe har enten integrert eller ekstern bereder/gulvvarmemagasin.

En varmepumpe med integrert bereder/gulvvarmemagasin har fysisk størrelse tilsvarende vaskemasin og tørketrommen som er stablet.

Det er langt mindre arbeid for rørleggeren å tilkoble en varmepumpe med integrert bereder/gulvvarmemagasin, men investeringskostnaden er lant høyere for denne varianten varmepumpe.

Varmepumpe med inverterdrift/frevensomformerdrift

Denne typen varmepumper har scrollkompressor med egen oljepumpe for å kunne opprettholde tilfredstillende smøring av scrollkompressoren på lav hastiget (mindre enn 30 hz).

Scrollkompressorer kan normalt kjøres opp mot 75-80Hz. Da det kun er 50Hz i strømnettet er det påkrevd med inverter/frekvensomformer for full utnyttelse av varmepumpen.

Ved å sette maximum tillatt frekvens til varmepumpen til 75-80Hz er det uproblematis å dekke «hele bygningsmassen» på en kald vinterdag, selv om varmepumpen er dimmensjonert for 70% av varmebehovet. Artikkelforfatter har også inkludert tilleggsbyggning på 2 etg à 50m2. Dersom det er frostveske som tåler ca. -15 grader celsius i sjøvannskollektor/ borehull.

Varmepumpe med elektromnisk ekspansjonsventil For maximal utnyttelse av varmepumpen er det påkrevd med elektronisk ekspansjonsventil på fordamperen.

Varmepumpe med elektronisk ekspansjonsventil

Ved å investere i en varmepumpe med elektronisk ekspansjonsventil på fordamperen vil fordampingen av kjølemedium alltid være optimalt.

Varmepumpe med elektronisk ekspansjonsventil og inverterdrift/frevensomformerdrift

Er den investeringsmessige mest kostbare løsningen, mener en effektiv pengemaskin, da strømforbruket under drift er optimalisert.

En elektriker kan ettermontere frekvensomformer på et senere tidspunkt.

En kjøletekniker kan ettermontere elektronisk ekspansjonsventil på et senere tidspunkt.

Oppgradering av eldre Vann/Vann varmepumpe. Kan det lønne seg?

Enkelt og greit, Ja.

En vann/vann varmepumpe av eldre årgang kan lett oppgraderes med standard komponenter som frekvensomformer/inverter og elektronisk ekspansjonsventil, PID regulator og sirkulasjonspumper.

Komponentene er normalt hyllevare hos elektro/kjøle og rørlegger grossistene.

Varmepumpeprosessen og gulvvarmeanlegget kan instrumenteres med ønskede sensorer og overvåkes i sanntid via internett og en kan motta mail når alarmgrenser/parameter overstiger de satte parameter.

Det er et utall slike loggesystemer i handel, og er omtalt i artikkelen.

Oppgraderinger

Eldre varmepumper og store gulvvarmeanlegg har en lei tendens til å være under-intrumentert. For å kunne utføre tilstandsbasert vedlikehold på varmepumper og store gulvvarmeanlegg må det inn temperatursensorer som slangeklemmes/elektroteipes fast på rørene.Det er flere systemer og leverandører av intrumenteringssystemer for varmepumper. I Sverige er det idealister som står bak http://www.energibutiken.se/ I supportforum er det mulig å lese seg opp på det meste av aktuelle problemstillinger.Artikkelforfatters varmepumpe/gulvvarmeanlegg kan sees på http://e-logger.se/pub?Skolebrygga&p=1

Det er fullt gjørlig for en "hobby tekniker", og samtidig helt lovlig da spenningsnivået på komponentene varmepumpe og gulvvarme-anlegget er å sammenligne med det elektriske anlegget på en bil.

Installasjon av strømmåler til varmepumpe må utføres av elektrinstallatør, dersom det er ønskelig å få splittet varmeanleggets strømforbruk over på en egen strømmåler.

Viktigheten av å ha Vannfilter

Å montere vannfilter for å oppnå fullfiltrering av vannet som skal igjennom varmepumpens platevekslere anbefales på det sterkeste. Årsaken til at det bør være filter i forkant av varmevekslerene er fordi det er veldig tidkrevende å få renset platevekslere som er fulle av partikkler.

Når varmepumpens fordamper er i ferd med å gå tett fordi det er for dårlig vannsirkulasjon vil plateveksleren bunnfryse.Når dette skjer, vil forhåpentlig overbelastningsvernet slå strøm til scroll-kompressoren.

Dersom kondensatoren har for dårlig vannsirkulasjon vil ikke vannsirkulasjon være for liten til å transportere varmen ut fra kondensatoren, så da øker trykket på kjølemedie og scrollkompressoren blir varm og tilslutt overbelastet. Forhåpentligvis slår overbelastningsvernet ut.

Det er ofte 28mm koberrør som anvendes på varmepumpeanlegget. Jula et bra og billig vannfilter:http://www.jula.no/vannrenser-filterhus-438001 Filterhuset tåler ca. 45 grader. Dette kan uten videre brukes på sjøvannkollektor med 5 micron filter. Tur-vann ut i gulvene blir skjeldent 40 grader, så det er mulig å montere filter der, men returvann fra gulv til magasin har langt lavere temperatur enn 40 grader.

Vannfilteret på kondensatoren Bør være i bronse med finmasket sil. Dette filteret koster noen få tusenlapper hos Norvann as.

Steg 3 Frekvensomformer

Finn ut tekniske data på din varmepumpe scroll kompressor, og kjøp frekvensomformer/inverter av ønsket fabrikat & modell. Omron sin V1000 frekvensomformere er godt egnet til varmepumpe drift. Det er frekvensomformere som ikke er egnet til å drive scrollkompressorer.

Enkel Frekvensomformer drift Den eksisterende strømkabel som er koblet på klippes i to, og så kobles frekvensomformer der (enkelt forklart). Frekvensomformer kan da programmeres til mykstart/stop og hastigheten på varmepumpens scrollkompressor kan kjøres betraktelig raskere ved å øke frekvensen. Det byr ikke på problemer å kjøre scrollkompressoren på 75 Hz, som i grunner 50% høyere hastighet (og ca. 50% mer varme effekt).

PID regulert frekvensomformer drift PID regulator med 0-10 volt DC utgang eller 4-20mA utgang kan brukes til å regulere frekvensomformer opp/ned i turtall, slik at en unngår at et stort antall start/stopp av varmepumpen pr døgn. Det er veldig gunstig for en scrollkompressor og svive kontinuerlig, da antallet start/stopp er en av hovedfaktorene for reduksjon av kompressorens levetid.

Dersom PID regulatorens PT-100/1000 sensor monteres på røret "ut fra kondensator" (det varmeste punktet), så vil varmetap bli oppdaget umiddelbart, og PID regulatoren vil gi signal til frekvensomformeren om å produsere mer varme. Hastigheten på scrollkompressoren vil da øke. Full speed på 10 volt eller 20mA (avhengig av hvilke reguleringsmetode som velges).

Artikkelforfatteren fant selv svært lite literatur angående temaet på internett, og publisere lærdommer for temat på Wikipedia.

Scroll-kompressor driftsbetingelser

Noen varmepumper har en enkel start/stopp krets, der varmepumpen starter å magasinere varme når vanntemperaturen er ca. 30-33 grader og sviver helt til magasinet har 38-45 grader, og stopper å er uvirksom til temperaturen blir 30-33 grader og varmepumpen starter på nytt. Denne driftsmetoden er vanlig, men medfører gjerne 15-30 start/stopp pr. døgn i varmeperioden.

Denne driftsmetoden kan enkelt modifiseres til variabel drift uten start/stopp i vinter perioden ved å montere frekvensomformer og PID regulator som regulerer varmtvannsproduksjon innenfor de opprinnelige start/stopp parameterne. Som beskrevet over, så starter gjerne varmepumpen når temperaturen er 33 grader, og stopper når den er 43 grader. Dersom man monterer en PID regulator, som har sett-punkt på 38 grader vil regulatoren prøve å opprettholde varmtvannproduksjon til 38 grader.

En PID regulator med 4-20 mA output eller 0-10 volt regulering kan kobles til frekvensomformer. PID regulatoren kan kjøpes på ebay for 50 dollar :-)

Scroll-kompressor driftsbetingelser

En scrollkompressor som ikke er designet for varmepumpedrift med inverter/frekvensomformer må ikke kjøres på lavere frekvens enn 30-35 Hz som laveste turtall. Dette er et parameter som settes som driftsbetingelser i frekvensomformer settings.

Den maksimale frekvensen for scrollkompressor driften bør ikke overstige 75 Hz

Dersom frekvensomformeren ikke har kontinuerlig drift lavere enn 35Hz eller høyere enn 75 Hz så skal ikke din scrollkompressor få langt bedre driftsbetingelser og lengre levetid. Dersom scrollkompressoren går på lavere frekvens enn 30-35 Hz så får ikke kompressoren nok smøring, og vil derfor gå varm og muligens havarere. Dersom man inkluderer soft-start/ mykstart/stopp fra frekvensomformer settings, så trengs det ikke å vektlegges at kompressoren går med lavere omdreiningstall enn 35Hz i et minutt mykstartsforløp.

I frekvensomformer er det et utall med settings og parameter som en kan studere i detalj etter hvert.

Scroll-kompressor -> Frekvensomformer -> PID regulator

PID regulatorens PT-100 element monterte jeg på varmtvann ut fra varmepumpen for å oppfange temperaturforandringer i varmtvann produksjonen så tidlig som mulig.

I mitt eget varmepumpeanlegg har jeg varmtvannproduksjon til 38 grader om vinteren, og 32 grader om sommeren.

Varmtvannsproduksjonstemperaturen settes i PID regulator display som "mål temperatur" for regulatoren.

I frekvensomformeren er allerede 35 Hz og 75 Hz satt som driftsbetingelsesparameter, så da skal PID regulatoren gi ut 4 mA (35 Hz) som laveste frekvens under drift og 75 Hz under 20 mA drift.

Dersom PID regulatorens mål temperatur er satt til f.eks 38 grader, vil frekvensomformeren øke/redusere på scrollkompressor turtall for å holde gjevn temperatur på settpunktet (38 grader).

Scroll-kompressor med økt frekvens fra 50 Hz til 75 Hz

Å øke frekvens med 50% opp til 75 Hz drift mer effekt. Jeg har fått bekreftet via et svensk varmepumpeforum at 75 Hz drift av scrollkompressor er OK, og har vært testet ut av en deltaker i forumet i 12 år

Auto tuning av varmepumpe PID regulator eller manuell eksprimentering

Det er en tidkrevende prosess og få turtall reguleringen til å virke som du ønsker. DEt tar tid, og koster en del frustrasjon, og du finner masse lesestoff på nettet, men her er min erfaring:

Foreta "Autotune" av regulatoren. Når autotune er utført så var min erfaring at regulatoren ikke reulerte slik jeg ønsket.

Jeg endte opp med følgende parameter:

P= 100 I=25 D=2

Dersom regulatoren jager litt så prøv og øke/redusere på "I leddet", eventuelt reduser "D leddet" til 1 eller 0

Sentrifugalkompressor

Turbokompressoren

En sentrifugalkompressor (eller turbokompressor) komprimerer arbeidsmediet med skovler som roterer med et turtall på 10 – 20 000 o/min (derav navnet turbo). Mest aktuell ved høye ytelser (> 1 500 kW). Den er mye benyttet fordi den har få slitasjedeler, få bevegelige deler og ingen ventiler, som gir lite driftsproblemer og slitasje. Den er også eneste kompressoren som ikke benytter olje og er dermed veldig kompakt i forhold til ytelsen. Man slipper også problemer med olje i arbeidsmediet. Varmepumpeanlegget til Viken Fjernvarme på Skøyen benytter en turbokompressor.

Fordamperen

Fordamperen er den delen der fluidet tar til seg varme fra omgivelsene. Jo varmere omgivelsene er, jo mer varme kan varmepumpen ta opp og effektiviteten øker. Det billigste alternativet er å plassere utedelen i uteluft. Temperaturen på utelufta varierer derimot ganske mye, og på kalde dager blir varmepumpen mindre effektiv. Det beste er å bore ned til grunnvann eller legge fordamperen i sjøvann. Disse holder en jevn temperatur rundt årsmiddeltemperatur for stedet. Varmepumpen kan da fungere som et veldig effektivt komfortkjølingsanlegg om sommeren. Dette øker imidleritd kostnadene betraktelig og vil kun være lønnsomt ved store anlegg.

Utforming av fordamperen avhenger av varmeopptaksmedium (luft, sjøvann osv.) og type kuldemedium. Luft har generelt dårlige varmeoverføringsegenskaper (lav termisk konduktivitet, varmekapasitet og tetthet) og man må da benytte en varmeveksler med lameller eller ribber for å få stor overflate. Benytter man sjøvann kan man derimot bruke en veldig kompakt platevarmeveksler. Det er viktig å ha vann/glycol i sjøvannskollektoren for å forhindre at plastevarmeveksleren bunnfryser.

DEt er ikke vanlig å sirkulere sjøvann igjennom varmepumpens fordamper fordi marin begroing vil effektivt forhindre god vanngjennomstrømning i platevarmeveksleren.

Kondensatoren

Kondensatoren er den delen der fluidet avgir varme til omgivelsene. Denne er vanligvis plassert inne i et hus, eller i en varmesentral. Den kan enten avgi varmen til lufta eller et vannbårent radiatoranlegg. Ved det siste tilfellet må radiatoranlegget være spesialkonstruert (normalt gulvvarme) for å avgi varme ved lave temperaturer, typisk 30–40 °C, mot 70–80 °C som er vanlig i tradisjonelle, oljefyrte anlegg. Effektiviteten til varmepumpen synker med økende temperaturløft.

Utforming av kondensatoren er gitt av samme «retningslinjer» som fordamperen.

Strupeventilen

Gjennom strupeventilen synker trykket og dermed temperaturen til arbeidsmediet, slik at det kan ta opp varme i fordamperen. Strupeventilen er regulert med signaler fra overgangen mellom fordamper og kompressor for å variere mengde arbeidsmedium ut til fordamperen. Tilføres det for mye arbeidsmedium vil man ikke få 100% fordampning av mediet, og man risikerer væske i kompressoren, som igjen vil skade kompressoren.

Endring av arbeidsmedier de senere årene

Arbeidsmediet (eller kuldemediet, gassen) er det fluidet som benyttes til å transportere varme. Mediene man benytter er i gassfase ved normale trykk og temperaturer.

For rundt 50 år siden benyttet man i stor grad klorfluorkarboner (KFK), f.eks. R12, ettersom disse mediene var svært stabile og uproblematiske i bruk. Etter at man oppdaget at disse gassene ved utslipp bryter ned ozonlaget, gikk man gjennom internasjonale lovereguleringer over til hydroklorfluorkarboner (HKFK), senere til hydrofluorkarboner (HFK).

Både de opprinnelige kuldemediene og erstatningsmediene gir imidlertid meget store spesifikke bidrag til drivhuseffekten. De har mellom 1300 og 3800 ganger så stort GWP-verdi-potensial som karbondioksid (CO₂). De naturlige kuldemediene ammoniakk, propan og CO₂ har derfor fått en renessanse. Riktignok er ammoniakk svært giftig og propan er brennbart, men med de rette forholdsreglene (sikkerhetsbarrierer, ventilasjon etc.) er det mulig å kontrollere disse ulempene. CO₂ er veldig krevende å benytte fordi man opererer i transkritisk område med høyt trykk (opptil 130 bar). På grunn av dette kondenserer ikke mediet, men kjøles med stor temperaturglidning. Det er derfor gunstig å benytte CO₂-varmepumpe til oppvarming av tappevann, som varmes opp fra 5°C til 60-70°C.

Varmekilder

Varmepumper gis navn etter hva slags medium de tar varme fra og hvor de avgir varme. «luft-til-luft»-varmepumpe henter varme fra ute- eller ventilasjonslufta og avgir den direkte til innelufta i en bygning. En «vann-til-vann»-varmepumpe henter varme fra sjø, innsjø, grunnvann e.l. og avgir varme i et vannbårent system i bygningen, og gjerne også varmt tappevann.

De avgjørende faktorene ved valg av varmekilde er pris, varmebehov, tilgjengelighet, temperatur og temperaturvariasjon i fyringssesongen, varmekapasitet, varmeledningsevne (konduktivitet) og korrosjonspotensial.

Uteluft

Uteluft er den mest brukte varmekilden i Norge. Små enheter, som blir stadig mer effektive biligere, kan lett etterinstalleres i hus og kan i mange tilfeller halvere strømforbruket. Dette avhenger selvsagt av mange faktorer som størrelsen på huset og hvor stor andel av bygningsoppvarmingen varmepumpa kan stå for.

Uteluft har den fordelen at den er lett tilgjengelig og billig. Uteluft har derimot store temperaturvariasjoner over fyringssesongen. På de kaldeste dagene når man har behov for mest varme i huset, er det også minst varme å hente fra utelufta. Dette gjør at varmepumpas ytelse reduseres betraktelig og man må i stor grad benytte seg av tilleggsvarme som vedovn, panelovner etc. På steder med høy årsmiddeltemperatur, som ved kysten, kan det derimot være fordelaktig å bruke luft-luft-varmepumpe. Utelufta har dessuten lav varmekapasitet noe som fører til stort fordampningsareal. Ved utelufttemperatur lavere enn 3°C oppstår frost og rim på fordamperen, og det er da behov for energi/varme til avriming. Støy fra vifter i fordamper og kondensator er ofte et problem.

Ventilasjonsluft som varmekilde kan være et godt alternativ da temperaturen på ventilasjonslufta holder jevn temperatur på rundt 21°C gjennom hele vinteren dersom det ikke benyttes varmegjenvinner. Mengden tilgjengelig varme i ventilasjonslufta er riktignok begrenset og kan som regel bare bidra med en liten del av det totale oppvarmingsbehovet til bygningen.

Sjøvann

Ved Norges langstrakte kyst er tilgangen på sjøvann ofte god, og for store anlegg er sjøvann en av de mest brukte varmekildene. Minimumstemperaturen ved kysten er sjelden lavere enn 2°C. Sjøvannskollektoren for privat boliger er i all hovedsak et 40mm PE rør (sort plastrør) som ligger i en sløyfe ut i sjøen, og tilkobles vann/vann varmepumpens fordamper (varmeveksler).

Det er påkrevd med vann/glycol blanding som forhindre isdannelse ned til ca. - 12 grader i sjøvannskollektoren for å forhindre isdannelse, hovedsakelig i fordamperen. Det bestrebes å opprettholde ca. 3 grader temperatur differanse over varmeveksleren (varmepumpen fordamper) som er tilkoblet sjøvannskollektoren eller jordvarme kollektoren.Det er ikke normalt å sirkulere åpent sjøvann inn i varmepumpe anleggene fordi da vil det bli marin begroing i varmeveksler.

Å benytte sjøvann som direkte varmekilde innebærer bedre totaløkonomi ettersom ytelsen til varmepumpa (COP) øker betraktelig.Det er uproblematisk å anvende en vann/vann varmepumpe til 100% av varmebehovet i privat boliger, dersom varmepumpen blir dimmensjonert for dette. Da vil vann/vann varmepumpene gjerne kunne avgi 10-15 KW varme.

Har man behov for kjøling om sommeren er sjøvann en veldig god kuldekilde, i og med at temperaturen på det aktuelle dypet holder seg rundt 12–15°C om sommeren.

Grunnvarme

Med grunnvarme menes varme som er lagret i grunnen, enten i jord, berg eller grunnvann. Under 10 meter er temperaturen tilnærmet lik gjennomsnitsstemperaturen på overflaten, og variasjonene lik null. Et normalt borehull ligger mellom 100 til 200 meter. Dypere enn 200 meter utføres sjelden, siden dette øker slitasjen og kostnaden på boreutstyret. Beregnet effekt ligger normalt på 25 til 40 watt pr. meter.

Når en går til større dybder, dvs. mange hundre eller tusen meter, snakker en om geotermisk varme.

Varmeoverføringsegenskapene til materialene i grunnen er veldig viktig for hvor mye varme man kan hente ut av brønnene. Tørr jord overfører varme dårlig og kan «ødelegge» et varmepumpeprosjekt basert på grunnvarme. Derfor er det viktig at vanninnholdet er høyt, helst full metning, fordi vann har gode varmeoverføringsegenskaper. Borer man i fjell, bør bergarten ha høy termisk konduktivitet eller være porøs og inneholde mye vann. Det er eventuelt mulig å fylle på med varmeledende fyllmasse av sement og sand for å øke varmeopptaket.

Varmepumper i Norge

Antall varmepumpeenheter solgt i Norge, 1995-2007

Installasjon av varmepumper, som dessuten kan anvendes til kjøling, har tatt av de seneste årene. Den eldste varmepumpen man kjenner i en norsk bolig, er fra 1978. I 1990-årene ble det installert om lag 1000 i året, mens det i 2006 ble satt inn 78.532. I alt er det per 23. juni 2008 installert varmepumper i 300.000 norske boliger.

Pr. år bruker norske bygg 82 TWh med energi. 33 TWh av dette, eller omtrent 25% av det totale norske el-forbruket, er strøm som går med til å varme opp byggene. En god del av dette kan lett byttes til varmepumpeoppvarming. I 2005 produserte varmepumper i Norge tilsammen 6 TWh varme. Bolig- og næringsbygg stod for 2.3 TWh hver, mens resten er varme til industri og fjernvarmeanlegg. Varmepumpene ga en energisparing på 4 TWh, hvor væske/vann-varmepumper bidro mest (omtrent 75%).

Eksterne lenker

Commons: Kategori:Heat pumps – bilder, video eller lyd

• Norsk Varmepumpeforenings forbrukernettside
• Norsk Varmepumpeforenings bransjenettside
• Informasjon og artikler om varmepumer
• Stor norsk/svensk test af varmepumper under nordiske vinterforhold