Bergvärme på djupet. Erik Björk José Acuña Eric Granryd Palne Mogensen Jan-Erik Nowacki Björn Palm Kenneth Weber

Transkript

1 Bergvärme på djupet Boken för dig som vill veta mer om bergvärmepumpar Erik Björk José Acuña Eric Granryd Palne Mogensen Jan-Erik Nowacki Björn Palm Kenneth Weber

2 Bergvärme på djupet Boken för dig som vill veta mer om bergvärmepumpar Erik Björk, José Acuña, Eric Granryd, Palne Mogensen, Jan-Erik Nowacki, Björn Palm & Kenneth Weber

3 BERGVÄRME PÅ DJUPET Boken för dig som vill veta mer om bergvärmepumpar ISBN: Tryck: US-AB, Stockholm April 2013 Produktion och layout: Erik Björk KTH Energiteknik och Sebastian Widin US-AB Papper: Inlaga: Colotech 100g, Omslag: Scandia 270g Foto: Från bilddatabasen Stock.XHNG ( Denna bok har finansierats av EU med strukturfondsmedel (ERDF) genom projektet GeoPower som är en del av samarbetsprogrammet INTERREG IVC.

4 Förord Intresset för bergvärmepumpar som uppvärmningsteknik i småhus och fastigheter är stort i Sverige. Det uppskattas att dessa årligen tillför TWh förnybar gratisenergi 1, vilket kan jämföras med den årliga elenergiproduktionen från Sveriges samtliga kärnkraftverk som är ca TWh. Värmen pumpas upp från mer än energibrunnar som under årets varma period laddas med solenergi. Med en värmepump lyfts temperaturen till de två önskvärda temperaturnivåerna i ett hus; en för tappvarmvatten och en för radiatorsystemet. Det kan vara intressant att belysa den unika spridning bergvärmepumpstekniken har fått i Sverige jämfört med många andra länder. Det uppskattas att Sverige idag står för ca 25 % av världens samlade geoenergianvändning och att den utgör den tredje största förnyelsebara energikällan i Sverige. Detta trots en ganska medioker berggrundstemperatur på 2-10 C. Hur kan detta förklaras? Talar du med en politiker kan du få svaret att det är den aggressiva (dvs. höga) beskattningen på fossila bränslen i Sverige som har gett incitament till att finna alternativa uppvärmningsmetoder. Pratar du med en forskare kan du få svaret att det är den tidiga forskningen under 70- och 80-talet inom ämnet som bäddat för framgången. Talar du med borrföretagen så svarar de kanske att förklaringen är den befintliga kunskapen att borra vattenbrunnar, som bara behövde smärre modifikationer för att anpassas till ett nytt användningsområde. Talar du med en geolog kan svaret bli att det är den stabila svenska berggrunden med dess normalt goda värmeledningsförmåga som är orsaken. Talar du med en ekonom kanske svaret blir att det är den långa och kalla svenska vintern som gör det möjligt att räkna hem den relativt höga investering som en bergvärmepump innebär. Den miljömedvetne kanske svarar att förklaringen är den rena svenska elen, som har liten växthuspåverkan jämfört med andra länders kol- eller gaskraftproducerade elektricitet. Förmodligen är det så att förklaringen till det svenska värmepumpsundret är flera samverkande faktorer. Efter den s.k. energikrisen på 70-talet insåg man att Sverige behövde bli mindre beroende av olja, vilket var det vanligaste uppvärmningsbränslet på den tiden. Forskning på värmepumpar och energilager initierades samtidigt som beskattningen på de fossila bränslena höjdes, vilket gjorde elpriset jämförelsevis lågt. Det visade sig att den svenska bergrunden var ett bra värmelager. Efterhand som pionjärtiden, då hemmabyggare skruvade ihop sina egna bergvärmepumpsystem, övergick i en mognare fas, där företagen levererade allt mer sofistikerade och energisnåla färdigbyggda värmepumpar, hakade politikerna på och erbjöd omställningsbidrag och ROT-bidrag. För villaägaren var förmodligen grannens val av bergvärmepump en ytterligare bidragande orsak. Här kunde man med egna ögon se att tekniken faktiskt fungerade. När andra uppvärmningsmetoder blev för dyra (t.ex. direktverkande el eller olja), eller värmde dåligt när den som mest behövdes (luftvärmepump), erbjöd bergvärmepumpen ett tryggt och ekonomiskt alternativ. Men bergvärmepumpar används idag inte bara för att värma småhus. Den stora tillväxten för bergvärmepumptekniken sker nu inom området större fastigheter såsom flerbostadshus, kontorsfastigheter, skolor, simhallar o.s.v. Som exempel på det stora intresset för bergvärmepumpar kan nämnas att besöksfrekvensen på hemsidan där alla möjliga värmepumpsfrågor diskuteras, är hög. Till och med högre än på energimyndighetens egen hemsida. Hur stor ska bergvärmepumpen vara? Lönar det sig att investera i en bergvärmepump? Hur mycket spar jag? Måste jag byta mina radiatorer? Är det bättre att använda pengarna till att isolera huset än att köpa en värmepump? Behöver jag tillsatsvärme på vintern? Ska man återladda sin energibrunn med värme? Frågorna är många. 1 Barth et al., 2012, Geoenergin i samhället, 3

5 Inom EU startades 2010 ett tvåårigt projekt 2 med syftet att främja användandet av geoenergi för att på så sätt minska användningen av fossil energi. Ett av de deltagande länderna var Sverige genom KTH Energiteknik. Projektet bedrevs som ett kunskapsutbyte där goda exempel från den egna regionen beskrevs och presenterades såväl skriftligt som via studiebesök. För att bistå vid utvärderingen av dessa s.k. best practices kontrakterades några av Sveriges främsta experter inom området. Men expertgruppen fick också ett annat uppdrag - att skriva en bok för dig som äger eller funderar på att köpa en bergvärmepump. Avgränsningen är bergvärmepumpar för småhus och mindre fastigheter. Det bör nämnas att för den som bara är intresserad av översiktlig och lättläst information om värmepumpar finns utmärkta broschyrer tillgängliga på annat håll, t.ex. på Energimyndighetens ( eller Svenska Värmepumpföreningens ( hemsidor. Materialet i denna bok speglar ett behov att behandla ämnet mera ingående, vilket inte bara köparen av en villa- eller fastighetsvärmepump kan ha nytta av, utan även säljare och installatörer av sådana system. Materialet i denna bok är unikt och många gånger frukten av ett långt arbete inom branschen eller högskolan. Enkla samband och tumregler presenteras som kan vara värdefulla för att köpet av en bergvärmepump ska bli en lyckad investering, både ekonomiskt och för miljön. Metoder att trimma och underhålla sin befintliga värmepump återges, vilket ger både bättre ekonomi och en längre livslängd. Erik Björk Redaktör för denna bok och deltagare i projektet GeoPower 2 4

6 Innehåll Förord Så fungerar värmepumpen Lite historia Några begrepp och godhetstal Olika arbetscykler Den vanligaste arbetscykeln Köldmedier och problem Viktiga komponenter i en värmepump Värmeväxlare förångare och kondensor Kompressorer Förutsättningar för att spara energi Värmekällor Varmvattenvärmning Hur kan värmepumpar förbättras? Utveckling i många steg Bergvärmepumpar och ekonomi Allmänt om kostnader för värme i bostäder Kostnadsjämförelser Olika metoder för ekonomiska jämförelser Ekonomin med andra energisparåtgärder Bedömning av lönsamhet Värmepumpens storlek (och lite mer ekonomi) Effekttäckning, energitäckning och investeringskostnad Betydelsen av fler start och stopp Antalet starters inverkan på livslängden En mindre kompressor arbetar med lägre kondensering och högre förångning som ger bättre SCOP Den allra bästa storleken Slutsatser om bergvärmepumpstorlek Radiatorer och andra värmeavgivare Grundprinciper Radiatorer som värmeavgivare Golvvärme Andra värmeavgivare Inkoppling till värmepumpen

7 Injustering av systemet Nu kan vi börja justera! Vad gör man när det inte funkar Inverkan av flöde i radiatorkrets Drift med tillsatsvärme Energibrunnen Berg som värmekälla Bergets egenskaper Beskrivning av borrhålet Aktivt borrhålsdjup Värmeuttag och återladdning Dimensionering av borrhål Borrhålsdjup Geografiskt läge Bergart/jordart Jordtäckning över berg Kollektorn Vilken strömningshastighet är lämplig i en kollektorslang? Upphandling av bergvärmepump större fastigheter Förfrågningsunderlag - behövs konsult? Vilka villkor skall gälla ABT? Vilka krav skall ställas? Att tänka på vid en offertförfrågan Generellt Radiatorsystem och andra vattenburna system Berg och jord Kopplingsschema och styrning Andra system som gränsar till värmepumpen Ett förenklat kontraktsförslag: Val av lämpliga offertgivare Bedömning av lönsamhet Förhandling inför beställning - incitamentsavtal? Energibesparing och mätning verifikation Upphandling av bergvärmepump - småhus Allmänna rekommendationer Är huset nyligen inköpt? Befintligt radiatorsystem Husets framtid

8 Påverkan på klimat i pannrum Tillstånd Byte av huvudsäkring Energibrunnens placering Försäkringar Rotavdrag Skötselanvisningar Service Offert Borrdjup Borrning och slangsättning Verifiera beställd funktion Trimma ditt system Enkla underhålls åtgärder Observera larm Rensa filter Kolla synglaset Kolla temperaturdifferenser Ställ in radiatorsystemet för värmepump Lite större åtgärder Sänka framledningstemperturen Höja den inkommande köldbärartemperaturen? Styra värmepumpen bättre Bli av med spetsen

9 8

10 1. Så fungerar värmepumpen Eric Granryd

11

12 1. Så fungerar värmepumpen 1. Så fungerar värmepumpen 1. Så fungerar värmepumpen Eric Granryd Eric Granryd Eric Granryd Lite historia Lite historia Tanken på att man skulle kunna pumpa värme är inte ny. Den föddes omkring Lite historia Tanken på att man skulle kunna pumpa värme är inte ny. Den föddes omkring Professor William Thomson insåg att man skulle kunna utnyttja värmeenergi vid låg Professor William Thomson insåg att man skulle kunna utnyttja värmeenergi vid låg Tanken temperatur på att som man med skulle viss kunna tillsats pumpa av drivenergi värme kunde är inte transformeras ny. Den föddes till en omkring högre Professor William Thomson temperatur insåg som att med man viss skulle tillsats temperaturnivå. Vid den temperaturen kunna av kunde utnyttja drivenergi energin värmeenergi kunde transformeras t.ex. användas vid för låg att temperatur till en värma hus. som högre I med viss tillsats av drivenergi temperaturnivå. kunde transformeras Vid den temperaturen till en högre kunde temperaturnivå. energin t.ex. användas Vid den temperaturen för att värma kunde hus. I energin princip t.ex. enligt användas följande för figur princip enligt följande att värma figur hus. I princip enligt följande figur Q 2 = Värme vid låg temperatur, T Q 2 2 = Värme vid låg temperatur, T 2 Figur 1. Grundidén med en värmepump. Figur 1. Grundidén med en värmepump. Figur 1. Grundidén med en värmepump. Idén var en direkt följd av att man då fått klarhet i vad vi i dag kallar för Termodynamikens Första Idén var en direkt följd av att man då fått klarhet i vad vi i dag kallar för Termodynamikens och Andra Idén huvudsatser. var en direkt William följd Thomson av att man var då professor fått klarhet vid i vad universitetet vi i dag kallar i Glasgow, för Termodynamikens blev senare (1892) Första adlad och Andra till Lord huvudsatser. Kelvin, och William det är efter Thomson honom var som professor enheten för vid absoluta universitetet temperaturen i Glasgow, Första och Andra huvudsatser. William Thomson var professor vid universitetet fått i Glasgow, sitt namn, blev senare Kelvin (1892) (K). adlad till Lord Kelvin, och det är efter honom som enheten för absoluta blev senare (1892) adlad till Lord Kelvin, och det är efter honom som enheten för absoluta temperaturen fått sitt namn, Kelvin (K). Redan dessförinnan temperaturen hade fått engelsmannen sitt namn, Kelvin Jacob (K). Perkins redan år 1834 tagit patent på en process för att Redan kyla dessförinnan eller frysa vätskor hade engelsmannen i själva verket Jacob patenterade Perkins han redan en år ångkompressionscykel, 1834 tagit patent på en som är just den som fortfarande Redan dessförinnan används. (Han hade hade engelsmannen problem att Jacob välja köldmedium, Perkins redan liksom år 1834 vi har tagit än patent idag. Hans på en första process val för var att eter, kyla som eller fanns frysa nära vätskor till hands i men själva det verket fanns patenterade problem med han det en process för att kyla eller frysa vätskor i själva verket patenterade ämnet, han en som man lätt inser.) ångkompressionscykel, som är just den som fortfarande används. (Han hade problem att välja ångkompressionscykel, som är just den som fortfarande används. (Han hade problem att välja köldmedium, liksom vi har än idag. Hans första val var eter, som fanns nära till hands men köldmedium, liksom vi har än idag. Hans första val var eter, som fanns nära till hands men det fanns problem med det ämnet, som man lätt inser.) det fanns problem med det ämnet, som man lätt inser.) a) Behållare för vätska som ska kylas a) Behållare för vätska som ska kylas b) Förångare a) Behållare för vätska som ska kylas b) Förångare b) Förångare c) Kompressor c) Kompressor c) Kompressor d) Kondensor d) Kondensor I ledningen mellan d och b finns en ventil som d) Kondensor I ledningen mellan d och b finns en ventil som styr vätskeflödet mellan kondensor och styr vätskeflödet mellan kondensor och I ledningen förångare mellan förångare d och b finns en ventil som styr vätskeflödet mellan kondensor och förångare Figur 2. Jacob Perkins kylapparat från Figur 2. Jacob Perkins kylapparat från Figur 2. Jacob Perkins kylapparat från

13 Några begrepp och godhetstal Några begrepp och godhetstal Innan vi Innan går in vi i detalj går in på i detalj hur man på hur kan man realisera kan lord realisera Kelvins lord idé Kelvins kan det idé vara kan på det sin vara plats på att sin plats att ta ta upp några upp några allmänna allmänna begrepp begrepp och enkla och enkla samband samband från termodynamiken. från termodynamiken. Med en Med en värmepump kan värmepump alltså kan lågvärdig alltså lågvärdig värme ges värme en sådan ges temperatur en sådan temperatur att den kan att användas den kan användas för att värma för att t ex ett hus. Ett godhetstal som ofta används är värmefaktorn, ibland betecknad COP 1 (Coefficient of Performance). värma t Den ex ett definieras hus. Ett som godhetstal nyttiggjord som ofta värmeeffekt används från är värmefaktorn, värmepumpen, ibland Q 1, dividerad betecknad med COPden 1 driveffekt (Coefficient som fordras of Performance). för processen, Den E k definieras som nyttiggjord värmeeffekt från värmepumpen, Q 1, dividerad med den driveffekt som fordras för processen, E k Värmefaktor COP 1 = Q 1 / E k Värmefaktor COP 1 = Q 1 / E k En energibalans En energibalans ger att avgiven ger att avgiven värme värme måste måste vara summan vara summan av tillförd av tillförd värme värme (Q (Q 2 ) vid låg temperatur (t 2 ) och tillfört arbete (E k ). Detta ger sambandet (som också visas Figur 1): 2 ) vid låg temperatur (t 2 ) och tillfört arbete (E k ). Detta ger sambandet (som också visas Figur 1): Q 1 = Q 2 Q+ E k 1 = Q 2 + E k Värmepumpens Värmepumpens värmeupptagning värmeupptagning i relation i relation till den drivenergi till den drivenergi som fordras som ges fordras av ges av köldfaktorn köldfaktorn COP 2 (efter COPengelskans 2 (efter engelskans Coefficient Coefficient of Performance) of Performance) som definieras: som definieras: Köldfaktor Köldfaktor COP 2 = COP Q 2 /E 2 = k Q 2 /E k där Q 2 är där värmeupptagningen, Q 2 är värmeupptagningen, identisk identisk med kyleffekten med kyleffekten och E k och är driveffekten E k är driveffekten Man inser att värmefaktorn och köldfaktorn hänger ihop (eftersom Q 1 = Q 2 + E k ): Man inser att värmefaktorn och köldfaktorn hänger ihop (eftersom Q 1 = Q 2 + E k ): COP 1 = COP Sambandet COP gäller 1 = COP dock 2 + bara 1 under förutsättningen att all värmeavgivning från varma sidan kan nyttiggöras. Sambandet (I verkligheten gäller dock bara förloras under ofta förutsättningen några % av kompressoreffekten att all värmeavgivning genom från varma sidan kan värmeförluster nyttiggöras. från (I varma verkligheten delar i värmepumpen förloras ofta några som % inte av nyttiggörs kompressoreffekten i radiatorsystemet. genom värmeförluster Om från den förlusten varma är delar 5 % i blir värmepumpen alltså sambandet som inte COPnyttiggörs 1 = 2 i + radiatorsystemet. 0,95.) Om den förlusten är 5 % blir alltså sambandet COP 1 = COP 2 + 0,95.) Den teoretiskt högsta köldfaktorn som kan nås är helt beroende på temperaturerna. En ideal arbetscykel Den som teoretiskt arbetar högsta mellan köldfaktorn två temperaturer som kan T 2 och nås T 1 är beskrevs helt beroende första gången på temperaturerna. av en En ideal fransk officer arbetscykel vid namn som Sadi arbetar Carnot. mellan Cykeln två temperaturer kan åskådliggöras T 2 och som T 1 beskrevs en rektangel första i ett gången så av en fransk officer vid namn Sadi Carnot. Cykeln kan åskådliggöras som en rektangel i ett så kallat temperaturentropidiagram som visas i som Figur visas 3. Värme i Figur tillförs 3. Värme vid tillförs en låg temperatur, vid en låg temperatur, (a-b) och bortförs vid en kallat temperatur-entropidiagram (a-b) och högre bortförs temperatur vid en högre (c-d). För temperatur att åstadkomma (c-d). För temperaturhöjningen att åstadkomma temperaturhöjningen fordras ett arbete. Det märkliga fordras är ett att arbete. detta Det arbete märkliga idealt är är direkt att detta proportionellt arbete idealt mot är temperaturlyftet. direkt proportionellt Köldfaktorn mot för en sådan ideal temperaturlyftet. Carnot-cykel Köldfaktorn är: för en sådan ideal Carnot-cykel är: där T 2 är där temperaturen T 2 är temperaturen där värme där upptas värme mätt upptas mätt i absolut temperaturskala, i absolut temperaturskala, T 1 d c Kelvin, K, (T 2 = t 2 ( C)+273,15 ) C* (T 1 -T 2 ) Drivenergi = E k Kelvin, K, (T 2 = t 2 ( C)+273,15 ) (T T 2 a b 1 -T 2 ) = temperaturlyftet, skillnaden mellan temperaturerna (T 1 -T 2 ) där = temperaturlyftet, värme avges och skillnaden upptas. mellan C* T 2 Sambandet temperaturerna är lätt att komma där värme ihåg avges om man och upptas. tar stöd Sambandet av staplarna är lätt i Figur att komma 3. ihåg om man Figur tar 3 Energiutbyten vid Carnotcykeln stöd av staplarna i Figur 3. T=0 K Entropi Figur 3 Energiutbyten vid Carnotcykeln Temperatur, K Temoeratur Energi i form av värme vid låg temperatur =Q

14 För att överslagsvis få en uppfattning om vilken köldfaktor som praktiskt kan uppnås kan man utnyttja en total Carnotsk verkningsgrad, η Ct. Den anger hur nära den ideala cykelns köldfaktor man når i För att överslagsvis få en uppfattning om vilken köldfaktor som praktiskt kan uppnås kan man utnyttja verkligheten. Man För kan att då överslagsvis uppskatta För köldfaktorn att få överslagsvis en uppfattning för en få verklig en om uppfattning vilken cykel enligt köldfaktor om vilken sambandet: köldfaktor som praktiskt som praktiskt kan uppnås kan uppnås kan man kan man utnyttj en total Carnotsk verkningsgrad, η utnyttja en total Carnotsk Ct. Den anger hur nära den ideala cykelns köldfaktor man når i en total Carnotsk verkningsgrad, η Ct. Den η Ct. Den anger anger hur hur nära nära den den ideala cykelns köldfaktor man når i man verkligheten. når i verkligheten. Man kan då Man uppskatta kan då köldfaktorn uppskatta för en verklig för cykel en verklig enligt sambandet: verkligheten. Man kan då uppskatta köldfaktorn för en verklig cykel cykel enligt enligt sambandet: Figur 4 ger en uppfattning om storleksordningen av den Carnotska verkningsgraden med de arbetscykler och bra kompressorer som används i villavärmepumpar. (Lägg märke till att här finns Figur 4 ger en uppfattning om storleksordningen av den Carnotska verkningsgraden med de inga hjälpapparater Figur såsom 4 ger pumpar en Figur uppfattning eller 4 fläktar ger en om medräknade, uppfattning storleksordningen om endast storleksordningen kompressorns av den Carnotska av effektbehov. den Carnotska arbetscykler och bra kompressorer som används i villavärmepumpar. (Lägg märke verkningsgraden verkningsgraden till att här finns med med de de Temperaturlyftet arbetscykler gäller för temperaturerna och arbetscykler bra kompressorer i själva och bra cykeln) som kompressorer används i som villavärmepumpar. används i villavärmepumpar. (Lägg märke (Lägg till att märke här till finns att här finns inga hjälpapparater såsom pumpar eller fläktar medräknade, endast kompressorns effektbehov. inga hjälpapparater inga såsom hjälpapparater pumpar såsom eller pumpar fläktar eller medräknade, fläktar medräknade, endast kompressorns endast kompressorns effektbehov. effektbehov. Temperaturlyftet gäller för temperaturerna i själva cykeln) Temperaturlyftet Temperaturlyftet gäller för temperaturerna gäller för temperaturerna i själva cykeln) i själva cykeln) Figur 4. Ungefärlig storlek för den totala Carnotska verkningsgraden för väl fungerande system. Figur 4. Figur Ungefärlig 4. Ungefärlig storlek storlek för den för totala den totala Carnotska Carnotska verkningsgraden verkningsgraden för för väl väl fungerande fungerande system. system. Figur 4. Ungefärlig storlek för den totala Carnotska verkningsgraden för väl fungerande system. Exempel: Antag Exempel: att temperaturlyftet Antag att temperaturlyftet är 40 C. Enligt Figur är 40 C. 4 skulle Enligt vi då Figur kunna 4 skulle vänta oss vi då en kunna total vänta oss en total Carnotsk Carnotsk verkningsgrad verkningsgrad för processen för (arbetscykel processen (arbetscykel med kompressor med kompressor och elmotor) och som Exempel: Antag att temperaturlyftet är 40 C. Enligt Figur 4 skulle vi då kunna elmotor) vänta som oss en motsvarar total ca motsvarar η Ct ca.= η0,6. Ct.= Om 0,6. Om Exempel: värmepumpen Antag hämtar hämtar att temperaturlyftet värme värme vid vid en en är temperatur 40 C. Enligt tt 22 = Figur -5 C 4 (268 skulle K) vi och då all kunna värme vänta avges oss en total Carnotsk verkningsgrad för processen (arbetscykel med kompressor och elmotor) som och all värme vid temperaturen avges vid temperaturen t 1 =+35 C Carnotsk tfår 1 =+35 C verkningsgrad vi: får vi: för processen (arbetscykel med kompressor och elmotor) som motsvarar ca η Ct.= 0,6. Om värmepumpen hämtar värme vid en temperatur t 2 = -5 C (268 K) motsvarar ca η Ct.= 0,6. Om värmepumpen hämtar värme vid en temperatur t 2 = -5 C (268 K) och all värme avges vid temperaturen t 1 =+35 C får vi: och all värme avges vid temperaturen t 1 =+35 C får vi: vilket alltså vilket motsvarar alltså motsvarar att värmefaktorn att värmefaktorn (om all värmeavgivning (om all värmeavgivning tillgodogörs) tillgodogörs) är är COP 1 = COP 2 +1 =5,02. COP 1 vilket COP 2 alltså +1 =5,02. motsvarar att värmefaktorn (om all värmeavgivning tillgodogörs) är Eller i ord: Genom att offra 1 kw drivenergi vilket får alltså man motsvarar ut 5 kw att värme värmefaktorn vid +35 C (om tack all vare värmeavgivning att man tillgodogörs) är COP 1 = COP 2 +1 =5,02. hämtat 4 kw från Eller en i värmekälla ord: Genom vid att -5 C. offra 1 kw COPdrivenergi 1 = 2 +1 får =5,02. man ut 5 kw värme vid +35 C tack vare att man Observera hur hämtat Eller i viktigt det 4 ord: kw Genom är att från låta en att cykeln värmekälla offra 1 kw arbeta med vid drivenergi -5 C. får man ut 5 kw värme vid +35 C tack vare att man Eller i ord: Genom att litet offra temperaturlyft 1 kw drivenergi (T 1 -T får 2 ). man Om ut vi 5 i kw exemplet värme vid +35 C tack vare att man hämtat 4 kw från en värmekälla vid -5 C. hade avgett värme Observera vid temperarturen hur viktigt hämtat 25 C det 4 kw är (i att stället från låta en för cykeln värmekälla 35), dvs arbeta med vid med temperaturlyftet -5 C. litet temperaturlyft 30 C skulle (T 1 -Tvi Observera 2 ). Om vi i exemplet kunna fått COPhade 2 = 0,6 avgett. hur viktigt det är att låta cykeln arbeta med litet temperaturlyft (T 1 -T 2 ). Om vi i exemplet 268/30=5,36 värme Observera vid och temperarturen 25 C (i stället för 35), dvs temperaturlyftet 30 C skulle kunna fått COP 2 = 0,6. COP hur 1 viktigt = 6,36! det är att låta cykeln arbeta med litet (T 1 -T 2 ). Om vi i exemplet hade avgett värme vid temperarturen 25 C (i stället för 35), dvs med temperaturlyftet 30 C skulle vi hade avgett 268/30=5,36 och COP 1 = 6,36! Hittills har vi inte kunna tagit fått ställning COP 2 till = 0,6 hur. värme vid temperarturen 25 C (i stället för 35), dvs med temperaturlyftet 30 C skulle vi detta 268/30=5,36 kan åstadkommas och COP 1 i = praktiken. 6,36! Sambanden gäller oavsett vilken process Hittills som man har använder vi inte kunna för tagit att fått praktiskt ställning COP 2 = realisera 0,6 till. hur 268/30=5,36 värmepumpningen, detta kan och åstadkommas COP 1 men = 6,36! det i bör praktiken. noteras att Sambanden gäller värden som ges oavsett Hittills i Figur vilken har 4 gäller process inte tagit för en väl som ställning fungerande man använder till hur detta arbetscykel för kan att åstadkommas av praktiskt den typ som realisera i praktiken. används värmepumpningen, Sambanden gäller i men oavsett Hittills har vi inte tagit ställning till hur detta kan åstadkommas i praktiken. Sambanden det bör gäller oavsett villavärmepumpar. noteras vilken att process värden som som man ges använder i Figur för 4 gäller att praktiskt för en väl realisera fungerande värmepumpningen, arbetscykel av men den det typ bör som noteras används att vilken process som man använder för att praktiskt realisera värmepumpningen, men det bör noteras at i villavärmepumpar. värden som ges i Figur 4 gäller för en väl fungerande arbetscykel av den typ som används i värden som ges i Figur 4 gäller för en väl fungerande arbetscykel av den typ som används i Olika arbetscykler villavärmepumpar. villavärmepumpar. Ett antal olika cykler kan användas. Den allra mest vanliga cykeln bygger på att utnyttja en vätska som Olika arbetscykler bringas att koka vid ett lågt tryck Olika (vilket arbetscykler kräver värmeupptagning) respektive kondensera vid ett högre Ett antal olika cykler kan användas. Den allra mest vanliga cykeln bygger på att utnyttja en vätska som Ett antal olika cykler kan användas. Den allra mest vanliga cykeln bygger på att utnyttja en vätska som Ett bringas antal att olika koka cykler vid ett kan lågt användas. tryck (vilket Den kräver allra värmeupptagning) mest vanliga cykeln respektive bygger kondensera på att utnyttja vid ett en högre bringas att koka vid ett lågt tryck (vilket kräver värmeupptagning) respektive kondensera vätska vid ett högre som bringas att koka vid ett lågt tryck (vilket kräver värmeupptagning) respektive kondensera vid ett högre tryck (som förutsätter värmeavgivning), en ångkompressionscykel. I själva 8 verket är det just den process som Perkins visade redan 1834! 8 13

15 tryck (som förutsätter värmeavgivning), en ångkompressionscykel. I själva verket är det just den process som Perkins visade redan 1834! Flera andra cykler har studerats och studeras fortfarande. Exempel på sådana andra Flera möjligheter andra cykler är har Stirlingcykeln studerats och och studeras Joulecykeln fortfarande. (omvänd Exempel gasturbincykel). på sådana andra I de två möjligheter fallen är är Stirlingcykeln arbetsmediet och Joulecykeln i gasfas under (omvänd hela cykeln. gasturbincykel). Det finns I också de två exempel fallen är på arbetsmediet helt andra i typer gasfas av under hela cykeln. cykler; Det det finns finns elektriska också exempel alternativ på helt (så andra kallade typer Peltier-element) av cykler; det och finns magnetiska elektriska processer. alternativ (så kallade Peltier-element) och magnetiska processer. De senare två möjligheterna är beroende av utveckling De senare av avancerade två möjligheterna halvledarmaterial, är beroende resp. av utveckling speciella magnetiska av avancerade material halvledarmaterial, och magneter resp. för att åstadkomma speciella magnetiska starka magnetfält. material Inom och magneter överskådlig för att tid åstadkomma har emellertid starka ångkompressionscykeln magnetfält. Inom en ohotad överskådlig ställning. tid har emellertid ångkompressionscykeln en ohotad ställning. Den vanligaste arbetscykeln Den utan jämförelse mest använda arbetscykeln är således den så kallade förångningsprocessen. Den visas schematiskt i Figur 5 som helt enkelt är ett annat sätt att visa Perkins Den vanligaste arbetscykeln Den utan cykel. jämförelse Arbetsmediet mest använda i en ångkompressionscykel arbetscykeln är således kallas den i så fackkretsar kallade förångnings-processen. köldmedium. Mediet Den visas cirkulerar schematiskt i ett i Figur slutet 5 kretslopp som helt enkelt och processen är ett annat kan sätt illustreras att visa i Perkins olika tillståndsdiagram cykel. Arbetsmediet för i en ångkompressionscykel kallas i fackkretsar köldmedium. Mediet cirkulerar i ett slutet kretslopp och processen köldmediet, kan illustreras se Figur i olika 6a och tillståndsdiagram 6b. för köldmediet, se Figur 6a och 6b. Figur 5. Principschema för den enkla ångkompressionscykeln. Köldmediets tillstånd i punkterna a, b, c och d finns Figur 5. Principschema för den angivna enkla i diagrammen ångkompressionscykeln. i Figur 6a och 6b. Köldmediets tillstånd i punkterna a, Man kan med hjälp av h-log(p)-diagrammet b, c och d finns angivna (diagrammet i diagrammen till höger i Figur i Figur 6a och 6a) 6b. enkelt få en bild av energiutbyten i processen och detta visas i Figur 6b. Där har också ett mer verkligt utloppstillstånd från kompressorn Man kan med markerats, hjälp av h-log(p)-diagrammet punkten c. Skillnaden (diagrammet mellan c och till chöger is är ett i Figur mått på 6a) förlustarbetet enkelt få en i kompressorn bild av energiutbyten (minskat med i eventuell processen värmeförlust och detta visas genom i Figur kylning). 6b. Där har också ett mer verkligt I Figur utloppstillstånd 6b framgår värmetillförseln från kompressorn till markerats, förångaren punkten i form av c. Skillnaden entalpiskillnaden mellan mellan c och cpunkterna is är ett mått b och på a förlustarbetet (markerad q 2 i ). kompressorn Arbetet som (minskat tillförs via med kompressorn eventuell värmeförlust svarar mot genom entalpiökningen kylning). från b till c (markerad e k i figuren) och i kondensorn bortförs således summan av dessa, vilket i diagrammet svarar I mot Figur entalpiskillnaden 6b framgår värmetillförseln c d, markerad till förångaren q 1. i form av entalpiskillnaden mellan punkterna b och a (markerad q 2 ). Arbetet som tillförs via kompressorn svarar mot entalpiökningen från b till c (markerad e k i figuren) och i kondensorn bortförs således summan av dessa, vilket i diagrammet svarar mot entalpiskillnaden c till d, markerad q

16 t t c is p 1 p 1 ln (p) ln (p) d t 1 0,9 0,9 c is 1 kj/kg-k 1,1 1 kj/kg-k 1,1 d p 1 t 1 c is p 2 d t 1 c is p 1 t d 1 p a 2 t 2 0,2 0,4 x=0,6 0,8 a p 2 t 2 0,2 0,4 x=0,6 0,8 b b s p 2 t 2 a 0,2 0,4 0,6 0,8 t 2 a 0,2 0,4 0,6 0,8 b b h Figur 6a. Förångningscykeln representerad i stvå olika typer av tillståndsdiagram för köldmediet. h Figur Diagrammet 6a. Förångningscykeln till vänster är representerad ett s,t diagram i två olika som typer visar av entropin tillståndsdiagram (s) på x axeln för köldmediet. och temperaturen Diagrammet (T) till vänster Figur på y axeln. är 6a. ett s,t-diagram Förångningscykeln En perfekt som kompression visar representerad entropin utan (s) på värmeutbyte x-axeln i två olika och temperaturen typer motsvarar av tillståndsdiagram (T) här på en y-axeln. vertikal En för linje perfekt köldmediet. (b c kompression is ). Till utan höger Diagrammet värmeutbyte visas samma till motsvarar vänster process här ett i en ett s,t diagram vertikal h log(p) diagram. linje (b-c som is ). visar Till På höger entropin x axeln visas finns (s) samma på här x axeln process entalpin i och ett h,(som h-log(p)-diagram. temperaturen är ett mått (T) På x-axeln på mediets y axeln. finns här energiinnehåll ) entalpin En perfekt h,(som kompression är ett och mått på på utan y axeln mediets värmeutbyte trycket. energiinnehåll ) Tillstånden motsvarar och före på här y-axeln och en vertikal efter trycket. strypventilen linje Tillstånden (b c is ). före har Till och efter höger samma strypventilen visas entalpi samma har och samma process därför entalpi ligger i ett och h log(p) diagram. i det därför diagrammet ligger i det På punkten diagrammet x axeln a finns punkten vertikalt här a entalpin under vertikalt d. h,(som under På så är d. sätt ett På mått kan så sätt på mediets energiinnehåll ) man kan bestämma man bestämma och på y axeln tillståndet tillståndet trycket. vid vid inloppet inloppet Tillstånden till till förångaren. förångaren. före och efter strypventilen har samma entalpi och därför ligger i det diagrammet punkten a vertikalt under d. På så sätt kan man bestämma tillståndet vid inloppet till förångaren. Figur 6b. Ångkompressionscykeln i h-log(p) diagram. Energiutbyten i cykeln visas som sträckor. Figur 6b. Ångkompressionscykeln i h log(p) diagram. Energiutbyten i cykeln visas som sträckor. Låt Låt oss oss följa följa köldmediet då då det det passerar passerar ett kretslopp ett kretslopp i i värmepumpen. Köldmediet Köldmediet tillförs tillförs förångaren Figur 6b. Ångkompressionscykeln i h log(p) diagram. Energiutbyten i cykeln visas som sträckor. i form förångaren av vätska i form (dock av vätska med viss (dock mängd med ånga viss som mängd bildats ånga i som och med bildats att i den och relativt med att varma den relativt vätskan efter Låt varma kondensorn oss vätskan följa köldmediet efter utsätts kondensorn för då det trycksänkning passerar utsätts för ett en kretslopp vid trycksänkning strypförloppet i värmepumpen. vid i strypförloppet expansionsventilen). Köldmediet i tillförs Tillståndet är förångaren indikerat med punkt a i diagrammen i Figur 6a och 6b. Eftersom trycket är lågt kokar vätskan expansionsventilen). i form av Tillståndet vätska (dock är med indikerat viss mängd med punkt ånga a i diagrammen bildats i och i Figur med att 6a den och relativt 6b. och tar upp värme som tillförs förångaren vid en låg temperatur. Värmetillförseln avspeglas som varma tillståndsförändringen Eftersom vätskan trycket efter är lågt kondensorn a till kokar b i Figur vätskan utsätts 6a och och för 6b. tar en trycksänkning Ångan upp värme som bildas som vid tillförs strypförloppet komprimeras förångaren i till det vid högre en låg tryck som expansionsventilen). temperatur. råder i kondensorn. Värmetillförseln Tillståndet Trycket avspeglas där indikerat bestäms som tillståndsförändringen med helt punkt av temperaturnivån a i diagrammen a till i kondensorn, i b Figur i Figur 6a 6a och och dvs. 6b. 6b. av hur kondensorn Ångan Eftersom som trycket kyls. bildas är komprimeras lågt kokar vätskan till det och högre tar tryck upp värme som råder som i tillförs kondensorn. förångaren Trycket vid där en låg temperatur. Vid bestäms kompressionen helt Värmetillförseln av temperaturnivån avspeglas ökar inte bara trycket i kondensorn, som tillståndsförändringen utan också dvs. temperaturen. av hur kondensorn a till Hur stor kyls. b i Figur 6a och 6b. den ökningen är beror till Ångan en del som på hur bildas effektiv komprimeras kompressorn till det är. högre Om kompressionen tryck som råder vore i kondensorn. helt ideal och Trycket genomfördes där utan värmeutbyte Vid bestäms kompressionen helt med av temperaturnivån omgivningen ökar inte bara skulle i kondensorn, trycket utan ske med också dvs. av oförändrad temperaturen. hur kondensorn entropi, Hur kyls. stor dvs. den isentropiskt ökningen (b-c är is ). Tillståndet beror till en efter del kompressorn på hur effektiv skulle kompressorn då ha samma är. entropi Om kompressionen som vid inloppet, vore i Figur helt ideal 6a och och 6b markerat som Vid c is kompressionen. Sluttemperaturen ökar för inte det bara ideala trycket fallet utan kan därmed också temperaturen. avläsas i ett tillståndsdiagram. Hur stor den ökningen I ett verkligt är fall beror är temperaturen till en del på normalt hur effektiv högre kompressorn än vad som är. svarar Om mot kompressionen punkten c is (angivet vore helt som ideal punkt och c i Figur 10 6b) och detta beror på att man på grund av olika friktionsprocesser i kompressorn behövt tillföra gasen mer arbete än vad man skulle behövt idealt

17 Från kompressorn leds gasen till kondensorn där värme avges och gasen kondenseras. Det vi är ute efter i en värmepump är just denna värmeavgivning som kan ske till t ex radiatorvattnet. Trycket i kondensorn bestäms i det fallet av temperaturen på radiatorvattnet samt av hur effektiv värmeövergången är. Av digrammen kan vi se att temperaturen på gasen efter kompressorn är högre än kondenseringstemperaturen. Det ger möjligheten att ta ut en viss andel värme (ofta 70 till 80 % av kompressoreffekten) vid högre temperatur än kondensorns temperatur t 1. I vissa värmepumpar utnyttjas detta för att generera (extra) varmt tappvarmvatten. Det är fördelaktigt om vätskan som lämnar kondensorn har så låg temperatur som möjligt (helst ska den kylas till den lägsta temperatur som man kan nyttiggöra eftersom det ökar utbytet). Vätskan får då en viss underkylning som i diagrammen i Figur 6a och 6b syns genom att punkt d har lägre temperatur än t 1. Underkylning kan alltså ge möjlighet att gratis få ut extra värme som dock har lägre temperatur än kondensortemperaturen. Den i kondensorn bildade vätskan återförs till förångaren via en strypventil, ofta kallad expansionsventil. Denna kontrollerar flödet av köldmedievätska till förångaren. Detta kan ske med olika styrstrategier. Vid mindre anläggningar, som i en villavärmepump, används vanligen en så kallad termostatisk expansionsventil. En sådan är konstruerad att tillföra förångaren ett vätskeflöde som är just så stort att köldmediet får en viss (liten) överhettning 3 vid utloppet ur förångaren (eller inloppet till kompressorn). Skälet till detta är att man vill undvika att vätskedroppar förs till kompressorn (oförångad vätska representerar ju en förlust i värmeupptagning i förångaren och dessutom kan vätska skada kompressorn). Eftersom överhettningen av ångan kostar yta i förångaren och därmed riskerar sänka förångningstemperaturen, eftersträvar man en så liten överhettning som möjligt. Detta är ett intrikat styrproblem vilket kompliceras ytterligare av att en alltför liten överhettning ofta ger upphov till pendlingar och instabil drift. Styrningen av expansionsventilen hänger intimt samman med komplicerade dynamiska förlopp vid kokningen i förångaren. Med väl fungerande kombination av förångare och expansionsventil kan man arbeta med en överhettning ner till ca 4-5 K. I själva verket ger överhettningen en gräns för hur liten temperaturdifferens förångaren kan arbeta med, och den får därmed ett stort inflytande på köld- och värmefaktor. Det finns även olika metoder att låta förångaren arbeta med ofullständig förångning där man utnyttjar en intern värmeväxling (med den varma köldmedievätskan före expansionsventilen) för att säkerställa att ångan får tillräcklig överhettning så att den inte innehåller vätskedroppar före kompressorn. Även sådana lösningar innebär intrikata styrproblem för att få stabil drift. 3 Överhettningen är lika med gasens temperatur vid utloppet ur förångaren minus förångnings-temperaturen. Den ger alltså ett mått på hur mycket varmare ångan är jämfört med mättad vätska i förångaren. 16

18 Köldmedier och problem Man använder ett identifieringssystem för köldmedier bestående av R (för Refrigerant) och en sifferkombination. Det skulle föra för långt att här gå igenom hur sifferkombinationen är uppbyggd. Även om det finns många medier som kan användas visar det sig att urvalet är mycket begränsat, eftersom man vid sidan av bra termodynamiska egenskaper också önskar att medierna: Inte är giftiga Inte är korrosiva eller på annat sätt skadliga för omgivningen Inte påverkar miljön, lokalt eller globalt Inte är brännbara En belgisk kemist vid namn Swartz hade redan på 1890-talet visat att man kunde ersätta väteatomerna i kolväte (av typ metan, CH 4 ) med atomer ur halogengruppen, dvs. klor, fluor, brom, så kallade halogensubstituerade kolväten, vad vi idag kallar CFC, HCFC och HFC-medier. Thomas Midgley, forskare på General Motors forskningsavdelning fick i slutet på 1920-talet i uppdrag att för Frigidaire (en division inom GM) försöka hitta alternativ till de tidigare använda köldmedierna som var brännbara eller giftiga. Han insåg att CFC-medier hade intressanta egenskaper. Flera av dessa visade sig vara inerta, mycket kemiskt stabila och vissa har kokpunkter som passar för kyltekniska tillämpningar. Midgley offentliggjorde sina resultat på en konferens Du Pont marknadsförde CFC- och senare HCFC-medier som säkerhetsköldmedier. Det första (CCl 2 F 2, med en kokpunkt på -29,8 C) fick varunamnet Freon12 4 (senare benämnt R12). Många av dessa ämnen tillfredsställde alla uppställda villkor utom det näst sist nämnda, dvs. inverkan på global miljö. Genom arbeten av Molina, Rowland och Crutzen, som först publicerades 1974 (de tilldelades Nobelpriset 1995) blev det klarlagt att CFC-medier medverkade till nedbrytning av ozonskiktet i stratosfären. Det problemet var man inte medveten om då ämnena introducerades. Efter larmrapporter om det så kallade ozonhålet enades ett stort antal länder i det s.k. Montrealprotokollet 1987, om att i etapper minska användningen av CFC och senare även HCFCköldmedier. Det är kloratomen i CFC- och HCFC-medierna som orsakar ozonnedbrytningen och därför har de nu ersatts med olika klorfria föreningar s.k. HFC-medier eller blandningar av olika sådana ämnen. För byte av R12 introducerades HFC-mediet R134a (C 2 H 2 F 4 ) på marknaden omkring I stationära anläggningar började man använda detta i början på 1990-talet. (Först i världen att använda R134a för luftkonditionering i bilar var SAAB i 1991 års modell.) R134a kokar vid normalt atmosfärstryk vid -26,1 C. De vanligaste HFC-föreningar som används som köldmedier i värmepumpar är just R134a samt blandningar av olika kemiska föreningar i samma familj av ämnen. Skälet till att man väljer att använda blandningar är att man därigenom kan anpassa mediets mättningstryck vid olika temperaturer på önskat sätt. De HFC-blandningar som används i värmepumpar har beteckningarna R404A, R407C och R410A. Blandningar får emellertid i allmänhet den egenheten att kokningen kommer att ske vid glidande temperatur, det mest lättflyktiga ämnet kokar först (samma sak händer om man värmer glögg alkoholen avdunstar först). På liknande sätt sker kondensationen vid högre temperatur i början än i slutet av förloppet. Vid de blandningar som används är emellertid gliden bara några få grader C. 4 DuPont introducerade således på 1930-talet och framåt flera CFC och HCFC-medier under varunamnet Freon. Det första och under en lång tid det allra vanligaste köldmediet var Freon 12, senare benämnt R12. Det ämnet tillverkas med utgångspunkt från naturgas (metan, CH 4 ) där man ersatt de fyra väteatomerna med två klor- och två fluor- atomer (alltså CCl 2 F 2 ). Den gruppen av ämnen kallas idag för CFC-medier. En annan grupp är HCFC-medier och det vanligaste exemplet är här R22 med samlingsformeln är CHClF 2. Jämfört med R12 finns här bara en kloratom och en väteatom finns kvar. Flera andra medier i samma familj introducerades. 17

19 Sedan början på 1990-talet har också intresset vuxit starkt för naturliga köldmedier. Exempel här är ammoniak (R717) och koldioxid CO 2 (R744) samt olika kolväten som propan (R290) och iso-butan, (R600a), m.fl. Intresset för naturliga medier har efterhand blivit än större genom att stor vikt nu läggs på att använda köldmedier som har minimal inverkan på växthuseffekten för det fall att de läcker ut till atmosfären. Mediets så kallade GWP (Global Warming Potential) anger vilken växthuseffekt ämnet har jämfört med inverkan av CO 2. Från 1 januari kräver EU att AC-utrustningen i nyutvecklade bilmodeller (dvs. nya plattformar) använder köldmedier med en GWP-faktor < 150. Det innebär att de flesta vanliga HFC-medierna inte kan användas. Ett nytt ämne med beteckningen HFO1234yf (tetraflouropropen, CF 3 -CF=CH 2, den kemiska samlingsformeln är därmed C 3 H 2 F 4 ) fyller dessa krav och har redan börjat introduceras för bilar. (Även R152a med GWP strax under 150 skulle kvalificera sig. Det har samlingsformeln C 2 H 4 F 2 och tillhör således HFC-familjen. Det har utmärkta termodynamiska egenskaper, men problemet är att det under vissa förhållanden är brännbart.) Kanske kommer HFO1234yf att användas i framtidens värmepumpar? Andra alternativ är som nämnts naturliga arbetsmedier som ammoniak, propan eller koldioxid. För ammoniak och propan är indirekta system allt mer intressanta med hänsyn till giftighet och brännbarhet. Koldioxid har vissa begränsningar med hänsyn till att temperaturen i kritiska punkten är låg, ca 31 C. Vid temperaturer över den kritiska punktens finns det inte längre någon skillnad mellan vätska och gas. Över den temperaturen kan således ingen kondensation äga rum. Värmeavgivningen vid en cykel med överkritiskt tryck och temperatur på varma sidan sker därför vid glidande temperatur. En sådan, s.k. transkritisk, cykel med koldioxid lämpar sig speciellt väl när man skall värma vatten från en låg inkommande temperatur till en hög utgående temperatur t ex tappvarmvatten. Trycken i kretsloppet i en värmepump beror på mättningstrycket för köldmediet. Tabell 1 ger en uppfattning vilka tryck som olika köldmedier ger i förångare och kondensor för ett driftsfall med förångning vid -10 C och kondensering vid +40 C. Ju högre tryck man har i förångaren desto större kyleffekt får man om man har ett visst volymflöde in till kompressorn eftersom densiteten för gasen ökar med trycket. I tabellen finns också en kolumn med GWP ( Global Warming Potential ) vilket är ett mått på ämnets inverkan på växthuseffekten. Siffran anger hur många kg CO 2 ett kg av ämnet motsvarar om det finns i atmosfären (på 100 års horisont). 5 Beslutet har uppskjutits i omgångar och det är först från 2013 som det träder i kraft. 18

20 eftersom densiteten för gasen ökar med trycket. I tabellen finns också en kolumn med GWP ( Global Warming Potential ) vilket är ett mått på ämnets inverkan på växthuseffekten. Siffran anger hur många kg CO 2 ett kg av ämnet motsvarar om det finns i atmosfären (på 100 års horisont). Tabell 1 Några köldmediedata Tabell 1 Några köldmediedata Tryck vid olika temperaturer 6 i en ångkompressionscykel Tryck vid olika temperaturer 6 i en ångkompressionscykel Förångning vid -10 C Kondensering vid +40 C GWP HFC-medier: R134a: 2,0 bar 10,2 bar 1430 R404A: 4,4 18, R407C: 3,5 16, R410A: 5,7 24, HFO-medium: R1234yf 2,2 10,2 4 Naturliga medier : Propan: 3,5 13,7 <20 Isobutan: 1,1 5,3 <20 Ammoniak: 2,9 15,6 <1 Koldioxid: 26,5 över kritiska punkten =1 Viktiga komponenter i en i värmepump. en Vid sidan av köldmediet, som just diskuterats, är de viktigaste komponenterna i en Vid värmepump sidan av köldmediet, förångare, kondensor, som just diskuterats, expansionsventil är de viktigaste samt kompressor komponenterna med motor. i en Effektiva värmepump förångare, kondensor, expansionsventil samt kompressor med motor. Effektiva och rätt dimensionerade pumpar och rätt (och dimensionerade eventuella fläktar) pumpar är givetvis (och eventuella även viktiga fläktar) liksom är en givetvis genomtänkt även viktiga styrutrustning. liksom en genomtänkt styrutrustning. Värmeväxlare förångare och kondensor Värmeväxlare förångare och kondensor Värmepumpen Värmepumpen hämtar hämtar energi energi i i värmekällan med med syftet syftet att att tillföra tillföra den den till till värmesänkan värmesänkan (dvs. i allmänhet rumsluften). Som illustreras i Figur 7 påverkas temperaturlyftet i själva värmepumpen (t 1 - (dvs. i allmänhet rumsluften). Som illustreras i Figur 7 påverkas temperaturlyftet i själva t 2 ) mycket starkt av temperaturdifferenserna för värmeöverföring. Det handlar: värmepumpen (t 1 -t 2 ) mycket starkt av temperaturdifferenserna för värmeöverföring. Det handlar: dels om temperaturskillanden på kalla sidan mellan värmekälla och köldmedium i förångaren (som i vårt fall med en bergvärmepump utgörs av temperaturskillnaderna mellan berget och dels om temperaturskillanden på kalla sidan mellan värmekälla och köldmedium i köldbäraren samt mellan köldbäraren och värmepumpens förångare) förångaren (som i vårt fall med en bergvärmepump utgörs av temperaturskillnaderna dels mellan om temperaturskillnaden berget och köldbäraren på varma samt sidan mellan mellan köldbäraren kondensorn och värmepumpens och värmesänkan förångare) (som i vårt fall dels utgörs om temperaturskillnaden av temperaturskillnaderna på varma mellan sidan värmepumpens mellan kondensorn kondensor och värmesänkan och värmebäraren samt (som mellan i vårt värmebäraren fall utgörs av och temperaturskillnaderna rumsluften). mellan värmepumpens kondensor och värmebäraren samt mellan värmebäraren och rumsluften). För att kunna arbeta med litet temperaturlyft i cykeln (och därmed spara drivenergi) är det viktigt att ha För effektiva att kunna värmeväxlare arbeta med och litet väl temperaturlyft fungerande cirkulationssystem i cykeln (och därmed för värmetransport spara drivenergi) så att är det totala temperaturdifferenserna viktigt att ha effektiva värmeväxlare så små som möjligt. och väl fungerande cirkulationssystem för värmetransport så att de totala temperaturdifferenserna är så små som möjligt. 6 För blandningarna R404A, R407C och R410A är det medeltemperaturen i förångare och kondensor som avses För blandningarna R404A, R407C och R410A är det medeltemperaturen i förångare och kondensor som avses. 19