GASIJRIVNA VARMEPUMPAR. PROJEKT ARBETE l KYl.-IKN. HK. l ARS SANDBERG PETER THOMSSON 1~1'. ~ swedegas ab. FORSKHtNG UTVEaWNG DEM0NSmAnoN.

Transkript

1 GASIJRIVNA VARMEPUMPAR PROJEKT ARBETE KY.-IKN. HK. av ARS SANDBERG PETER THOMSSON 1~1'. FORSKHtNG UTVEaWNG DEM0NSmAnoN ~ swedegas ab re8 /'}J'7

2 UPPV ÄRMNINGSSYSTEM FÖR SMAHUS Innehåsförteckning. Inedningar och förutsättningar 2. Beskrivning av oika systemösningar 3. Styr- och regerutrustning ' ' 4, Avgassystem 5. Instaationsutrymme 6. Typanäggningar 7. Service 8. Investeringskostnader 9. Beräkningar -.

3 SAMMANFATTNING Gasdrivna värmepumpar utgör ett aternativ ti konventionet edrivna värmepumpar. De system som behandas är: Absorptionssystemet, som arbetar utan kompressor med enbart värmeenergi som drivkäa och därmed har äga underhåskostnader som en stor förde. ~- System med en konventione kompressor som drivs av en stiringmotor, ottomotor eer diesemotor. Dessa har fördeen att vara kända tekniker och torde därmed kunna uppvisa en stor driftsäkerhet. Gasdrivna värmepumpar uppvisar!äga emissioner av NOx, CO, SOz och sot. Detta gör att de ämpar sig vä i tät bebyggese. För samtiga typanäggningar som finns redovisade i rapporten erhd!s värmefaktorer som är ägre än för de edrivna värmepumparna. Nästan a den spivärme som astras av motorn {minst 75%) måste tas tivara för att få ekonomi i anäggningarna. Detta är en orsak tit att investeringskostnaderna bir något högre för de gasdrivna värmepumparna än för de edrivna. Ti detta kommer att priset på drivenheten är högre. Dock kan värmepumpens värmeeffekt dimensioneras ti 2/3 av husets värmebehov, resterande tas direkt frän motorns spivärme. Den högre anäggningskostnaden samt den ägre värmefaktorn medgör att det krävs stor prisdifferens mean e och naturgas för att önsamhet gentemot edrivna värmepumpar ska uppna~. -,

4 z. INLEDNING OCH FÖRUTSÄTTNINGAR I undersökningen om uppvärmningssystem för småhus, inga.r som en fristäende de detta projekt om gasdrivna värmepumpar. Ma.et med studien var att undersöka de tekniskt ekonomiska förutsättningarna för sma. gasmotordrivna värmepumpar. Studi()egränsas ti att omfatta anäggningar i storeksordningen ca: 15 kw värmeeffekt för befintiga och ca 5 kw för tikommande. undersökningen studeras redan befintiga anäggningars ekonomi och teknik, oika typer av gasmotorer samt systemösningar och dimensionering. Vidare undersöks de kostnader som uppstär vid instaation, specifika kostnader samtdrift och underhå. Tyngdpunkten i projektet igger därmed pä en beskrivning av tekniken idag samt kostnadsäget. z. BESKRIVNING AV OLIKA SYSTEMLÖSNNGAR De närmast föjande sidorna beskriver oika system som finns att tiga för appicering i smahus. Denna genomgang är tänkt att igga som grund för de fortsatta diskussionerna angaende utformning av typanäggning, avgassystem, styr- och regerutrustning samt investeringskostnader. Absorptionsvärmepumpen - ' Figur a

5 3 kokaren 3 urdrivs ködmediet ur absorptionsvätskan. Ködmedieangan kondenserar i kondensorn, under värmeavgivning. Vätskan strömmar sedan vidare genom strypventien 5 ti förängaren 2, där ett ägre tryck än i kondensorn räder och avkokning sker. I absorbatorn 6 bandas ködmedieänga med fattig absorptionsösning frän kokaren 3 Bandningen sker genom att absorptionsösningen strias ner över ködmedieangan. Den rika bandningen pumpas upp ti kokaren med hjäp av pumpen 4. Kretsoppet är härmed fubordat. 7 är en värmeväxare som växar värme mean ka rik ösning och varm fattig ösning. Absorptionssystemets "kompressor" är atsa absorbatorn, 6, som suger avkokad ködmedieanga frän förängaren 2 Pumpen 4 pumpar ösning frän förängartrycket ti det högre kokartrycket. Tack vare att tryckökningen sker i vätskefas är pumparbetet bara ca 10% av motsvarande kompressorarbete i kompressorvärmepumpen. Värmepumpar enigt:absorptionsprincipen är ett intressant aternativ som ämpar sig vä för naturgasedning. Denna värmepump arbetar med hjäp av ett disorbator/absorbatorpar. Processen arbetar med fä röriga dear, endast cirkuationspumpar, därför borde systemet fä hög tiföritighet och aga underhåskostnader. Värmepumpar av detta sag arbetar med en yttre förbränning, därför borde emissionstaen bi åga tack vare att en god kontro över förbränningen kan häas. - ' En nackde med denna typ är begränsningen i temperaturyft mean värmekäa och värmesänka, viket idag är ca 40 å S0 C. Denna nagot bygsamma temperaturhöjning innebär att absorptionsvärmepumpen arbetar med en ägre värmefaktor än edrivna koinpressorvärmepumpar med jämförbara vär_rneeffekter. Hur förhäandet bir ti kompressoranäggningar. som drivs med värmemotor, beror ti stor de av hur mycket värme som kan tivaratas frän värmemotorns föruster, avgaser och kyvatten etc. Sam arbetsmediapar används i moderna absorptionsapparater vatten/itiumbromidösning. Vattnet tjänar som ködmedium och itiumbromidösningen som absorptionsmedium. En stor förde med detta medfepar gentemat ammoniak/vatten, som ocksä kan användas, är att de ingaende komponenterna inte är giftiga samt att trycket i systemet kan haas mycket ägre. Nackdearna är att en ägre förängningstemperatur än 0 C inte kan astadkommas samt att systemet är utsatt för korrosion, da. främst kokaren, pga att itiumbromid är ett sat. Trycket i förängaren och absorbatorn är vid -t70c förängning bara 0,01 bar. Risken med detta äga tryck är att uft kan sugas in i systemet och äventyra driften. Därför stäs stora krav pa. systemets täthet.

6 4 Värmefaktorn, Q, anges genom + T C2... där T 0 = värmekäans temperatur och TH = temperaturen so~hrader i kokaren. Värmefaktorn kan som högst uppgå ti 2, men i praktiken uppgar den bara ti omkring 1.2. Häredning av Q se biaga a och b. Trots stora fördear med absorptionsvärmepumpen, yttre förbränning, tyst och vibrationsfri, har den nägra vissa tungt vägande nackdear. Jämfört med en kompressoranäggning mäste förängarytorna dimensioneras större, pga den sämre värmefaktorn, för samma värmeeffekt samt att det ingär fer värmeväxarytor än i konventionea system. Dessa fakta fördyrar absorptionsvärmepumpen. ' Kompressorvärmepump f ", Figur1b kondensorn rader ett högt tryck som astadkommer kondensation av ködmediet, detta sker under värmeavgivning ti omgivningen. Det är detta värme som tivaratas vid värmepumpdrift. förangaren 2 sker kokning av ködmediet under agt tryck. Tryckskinaden mean förangare och kondensor, upprätthas av strypventien 5 och astras av kompressorn 3 Drivningen av kompressorn sker med.na.gon form av motor 4 Värmefaktorn för detta system bir Q = (;j_j./et Dagens värmepumpar är nästan utesutande kompressoranäggningar, där kompressorn drivs med en emotor. Vid gasdrift byts emotorn ut mot na.gon ämpig värmemota r, otta, diese eer Stiring. Aa dessa motorer har en reativt da.ig verkningsgrad i förhaande ti emotorn, därför ma.ste en stor de av den spivärme som genereras av värmemotorerna tivaratas för att anäggningen ska arbeta med en hyfsad värmefaktor.

7 . 5 Vid drift med otta- eer diesemotor härstammar spivärmet främst frgn avgas- och kyvattenföruster. Närmare 75% av dessa föruster mäste tivaratas för att värmepumpen ska närma sig acceptaba värden. Om värmepumpen i stäet drivs med en Stiringmotor, som arbetar med något högre verkningsgrad än de båda andra motortyperna, sa minskar de värmeföruster som kan tivaratas frän motorn, da. främst avgasföruster. För att kunna tivarata värmeförusterna fra.n motorn måste extra värmeväxarytor införas, som kompicerar och fördyrar anäggningen. Dock bir investeringskostnaderna bara 10% - 15% högre, räknat per kw, jämfört med en edriven värmepump. Detta beror b a p ä att värmepumpens värmeeffekt kan reduceras, ti föjd av att stora värmemängder frän drivmotorn 11 hjäper" värmepumpen. Trots at detta sä är värmefaktorn för denna typ av värmepump bara ca 60% av evärmepumpens värmefaktor, som är ungefär 2,3 dä uteuft används som värmekäa. Värmefaktorn för en värmemotordriven värmepump bir atså mean 1,3-1,6. Då emotorer används ti att driva värmepumpar, räknas det som att eektriciteten är genererad med 100% verkningsgrad, viket inte är faet. Om eeffekten är genererad med gasturbiner eer i kondenskraftverk, och dessa producentanäggningars. termiska verkningsgrader medräknas. Fär den edrivna värmepumpen en värmefaktor som närmar sig värmefaktorn för en värmemotordriven värmepump. Ett het annat aternativ är att bygga samman en egenerator och en värmemotor ti ett kombiaggregat. Detta system producerar bme värrpe och eektricitet.. ' Detta koncept kan komma att spea en betydande ro i framtiden, då troigen antaet värmepumpar med hermetiska kompressorer ökar. detta fa mäste värmepumpen drivas med eenergi, eftersom kompressor och emotar är sammanbyggda ti en enhet. Ottornotam De~ enda kriterium som mäste uppfyas om motorn ska drivas med gas, är att den ska ta.a att drivas med byfri bensin. De ingrepp som mäste göras i motorn är att en gas/uftbandare monteras i stäet för den befintiga förgasaren. En gastrycksreguator måste monteras pä gasedningen ti motorn, så att rätt gastryck räder i förhäande ti motorstorek och effekt. Kostnaden för dessa detajer är i dagens äge ca kr. När naturgas används som bränse i en bensinmotor, kan motorns kompressionsförhaande ökas avsevärt. Detta beror pa att naturgas har ett högre "oktanta" än bensin. Genom denna höjning av kompressionstaet kan ottomotorns verkningsgrad ökas med ungefär 10%, frän ca 23% ti ca 25%, viket ger en energibesparing med 10% vid samma effektuttag ur motorn.

8 6 ( -. Diesemotorn Diesemotorer som ska drivas med naturgas kan konverteras pa. tre ohka sätt. Första sättet är att ersätta ca 35% dieseoja med gas. Gasen tisätts genom en gas/uftbandare ti motorns insugningsuft. Denna metod torde ge för höga avgasemissioner, för att vara ett bra aternativ ti att driva en värmepump. De höga emissionstaen beror p ä den höga dieseojeinbandningen. Det andra sättet är att driva motorn med 85% gas som tiförs genom insugningsuften ti motorn, sedan använda 15% dieseoja som tändbränse. Detta sker genom att koven i pumpen byts ut mot en kortare, samt att en gas/uftbandare monteras pa. insugningsröret. Tredje sättet att konvertera diesemotorer ti gasdrift är att bygga om den efter Ottoprincipen. Genom att byta ut diesepumpen ti en tänd fördeare, och spridarna ersätts med tändstift. Generet för dessa tre metoder är att kompressionsförhåandet måste sänkas från ca 16 ti ca 12. Konvertering av diesemotorn ämpar sig bäst för stora värmepumpar då de befintiga bensinmotorerna är för sma ur effektsynpunk t. I effektkassen runt 1-5 kw kan dock diesemotorn konverterad ti gasdrift vara ett intressant aternativ, genom att dessa små diesemotorer går att erhåa med vätskekyning. Vätskekyningen underättar tivaratagandet av spivärmet frän motorn. VerkningSgraden för den ombyggda diesemotorn kommer troigen att sjunka ti värden som för Otto motorn. - Stiringmotorn Denna motor arhetar med yttre förbränning, viket möjiggör god kontro över förbränningen och därmed aga emissioner frän mo torn. Motorn är dessutom mycket tyst, i jämförese med både otta- och diesemotorn. Stiringmotorn arbetar också mycket vibrationsfritt, samt med ag bränseförbrukning. Aa dessa faktorer bidrar ti att stiringmotorn ämpar sig vä för värmepumpdrift. Stiringmotorns arbetssätt är att en arbetsgas, väte, kväve, uft eer heium beroende pa motorns prestanda, upphettas och avkys i ett sutet system i motorn. Principen är att arbetsgasen komprimeras av depacementkoven i första takten och upphettas genom att cyindertoppen häs varm av bränset. När arbetsgasen sedan får strömma ner och expandera över arbetskoven 11 uträttar gasen ett arbete. Arbetsgasen pressas sedan tibaka upp mot kovtoppen där den ånyo komprimeras av depacementkoven och uppvärms, en arbetscyke är nu fubordad. funktionssättet Jramgar av biaga z.

9 7 3 STYR- OCH REGLERUTRUsTNING Att specificera den styr- och regerutrustning som behövs ti gasdrivna värmepumpar är Ute sv~rt. Des beror det på viken typ av värmepump som väjs, des är tekniken i Sverige så ny att dimensionerande förutsättningar kan vara svära att fä fram. Detta medför att referensan8ggningar i aktue effektkass inte finns att tigå. Den känsigaste av de tre tidigare nämnda processerna är Stiringprocessen. Stiringmotorn behöver en kontroenhet av den typ som fguren nedan visar. 10 Vave -Fi<J. 2 V 1, V 2 ; Eectronic vo ve Schematic diagram of power contro ~ ' Utöver detta krävs nagra givare för ett konstanthåande av varmvattentemperaturen, mätning i uteuft koppat ti givare i värmebärare för styrning i förhaande ti utetemperatur. Sedan krävs naturigtvis utrustning som garanterar ett konstant gastryck och föde, dvs en gastrycksreguator. Eftersom Striings-, otta- och disemotorn är ätta att varvtasregera bör detta kunna vara ett sätt att styra processen. Da radiatorvattnet uppnar en viss temperatur i returedning och/eer inomhustemperaturen när ett förutbestämt maxvärde, stryps gasfödet ti motorn. Vid ag utomhustemperatur bör en spetsvärmekäa kunna koppas in. En termostat finns da pacerad i uppvärmningsutrymmet som känner av när temperaturen bivit för Ia.g och spet.svärme maste koppas in. Vid gasdrift är det möjigt att astadkomma den erforderiga spetsvärmen medest en gasbrännare, pacerad efter värmepumpens aa värmeavgivande dear. Vad det gäer absorptionsprocessen framgar det av- biaga 3 hur mycket.~ringutrustning som ungefär krävs för att säkerstäa processen. Aven här krävs en gastrycksreguator som garanterar tryck och föde. Detta gäer även för bensin/diesekonceptet, där TOTEM-aggregatet kan tjäna som exempe, se biaga 4

10 B 4. AVGASSYSTEM Ut formningen av avgassystemet vid gasdrift har stor betydese eftersom förbränning av gas medför bidande av. vissa ej önskvärda ämnen. Att u forma panna i via som en väggpanna skue vara den enkaste ösningen, det rör sig trots at om sma utsäpp. Pannor av detta sag finns godkända för bruk b a i Danmark och Hoand, I Sverige anser sig Panverket och Naturvardsverket inte ha tiräckigt med underag för att kunna besuta huruvida dessa ska godkännas eer ej. Den enda typ av avgassystem som idag finns är den konventionea skorstenen som da förses med fiter för reduktion av utsäpp av b a NOx, SOz och sot Emissioner vid gasmotordrift Vid en jämförese mean naturgas, oja och ved framstar gas som kart fördeaktig ur Utsäppssynpunkt. Speciet är utsäppen av SOz mycket agt men även NOx-utsäppen haveras minst vid gasdrift. Det är atsa het kart att vid uppvärmning fäs en markant reduktion av emissioner om naturgas får ersätta andra bränsen. Detta har även utredningen Naturgas-Häsa-Mijö kommit fram ti, där man anser att kväveoxidutsäppen minskar med mean en tredjede och häften. Om naturgas däremot används i industriea processer kan däremot kväveoxidutsäppen såvä öka som minska beroende på produktionstekniska förhaanden. Vid edning med fossia bränsen fås vid en jämförese mean gas- och diesedrivna värmepumpar att de gasdrivna värmepumparna ger ett nagot högre NOx-ta än de diesedrivna, se biaga 5 Däremot avger, viket framgår av biagan, de diesedrivna värmepumparna betydigt högre hater av SOz, CD, sot samt-oförbrända koväten än de gasdrivna värmepumparna. ~ De främsta orsakerna ti kväveoxidens storek är tre parametrar i sjäva famman. Dessa tre är famtemperatur, uppehastid i famman samt syrets partiatryck. Den natu_rgas som f n importeras ti Sverige innehäer ca O, 9 viktsprocent kvävgas. Kvävet är satedes inte bundet ti bränset utan har samma reaktionsmönster som uftens kväve under förbränningsprocessen. Kväveoxider bidas därfö~ först vid höga temperaturer. Kväveoxidutsäppen vid användning av naturgas härrör sig därför huvudsakigen frän förbränningsuftens kväve. Försag p A hur framför at en minskning av NOx-utsäppen vid förbränning av naturgas behövs dock. En ösning presenteras av Toshiba, som vid utveckaodet av en J kw Stiringmo.tor ät aterföra en de av den förbrända gasen tisammans med den inströmmande uften. Figuren visar att en åtminstone 10-procentig inbandning av förbränd gas skue ge fera fördear sasom ägre farntemperatur samt ägre emissionsta för NOx och CO.

11 9 600 so c o ~ "' ]QQ,. Recircuttion Rat\o {:) Figur 3 Inverkan sam viss procent Meranvänd förbränd gas "ar pä NOx-utsäppen. En annan metod är att instaiera en kataysator. Detta provades vid Mitsubishi's utveckande av en 3 kw Stiringmotor. Då instaerades en trevägs kataysator av samma typ som nu används i biar. Även denna metod fungerade tifredsstäande. Dessutom framkom som biden nedan visar att uftöverskottsförhäandet bör håas runt 1,0 för att na åga värden på både NOx och CO.., E ~ ~ c -~ c,, " c o c o u u ~ 100 o u ' '2 o Excess 01r roio (A Figur 4 Luftöverskottsförhåandets påverkan pa NOx- och CDkoncentrationen i förbränd gas.

12 O 5 INSTALLATIONSUTRYMME En naturgasdriven värmepump oavsett om det är en absorptionseer kompressordriven anäggning kommer inte att ta nägot extra utrymme i anspråk jämfört med en konventione edriven värmepump. Det är ocksä fut genomförbart att bygga ihop anäggningarna i s k nrack" frän fabriken, viket underättar instaationsarbetet. Mätten p ä ett sadant "rack 11 bir ca ( x b x h) 1,2 x 1,2 x 1,5 (m)... Figur 5 Exempe pä en gasdriven värmepump. inbyggd i ett rack för att minimera utrymmeskraven. ' O TYPANLÄGGNINGAR Att idag hitta typanäggningar i storekskassen 5-15 kw inom Sveriges gränser är svart. Det beror mest p'a den ~a tigangen p a eenergi som gör att aa andra drivkäor än direkte! ter sig ekonomiskt ointressanta. Dessutom är gasnätet i Sverige fortfarande begränsat. Aternativet gas finns därför inte tigängigt pa sa manga patser i andet. Det and som troigen kommit ängst vad gäer gasdrivna värmepumpar är Västtyskand. Det mest intressanta användningsomradet är dock i industriea tiämpningar, genom att t ex utnyttja spivärme för att via värmepumpen producera vattenanga, och pa sa sätt spara stora energimängder. Sma anäggningar finns ocksa för försäjning, dessa marknadsförs dock med utgangspunkt ifran att en gaspanna redan finns i egnahemmet och att en tikopping av en värmepump da skue ge en effektutökning frari t ex 84% ti30%.

13 11 AvgasfiYI st 16%. 84% TILLFÖRD ENERGI Avgasförust 16~/, NYTTIG VARME 100% TJO% Omgiv n ingsva rme 46%.. Figur 5 Visar ett san"ey-diagram över hur en värmepump koppas ti en befintig gaspanna. Biden gäer för en gasabsorptionsvärmepump. Ett exempe på inkoppad värmepump finns i biaga 6 som visar hur en konventione värmepump koppats direkt ti gaspannans turbin. Värmepumpar som sjäva direkt drivs av naturgas finns ocksa, där tre oika processer är aktuea. Des den konventionea kompressorvärmepumpen som da drivs av en konverterad bensin- eer diesemotor i stäet för med direkte!, des Stiringmotorn samt absorptionsprocessen, aa processer tidigare beskr.ivna i projektet. De tre föjande kapiten kommer att ge exempe pa befintiga anäggningar för varje process.

14 Avgasfdr/ st 16% 100% ' TILLFÖRD ENERGI A vgasförus/16% NYTTIG VARNE 100% 130% Omgivningsvärme 46%.. Figur 5 Visar ett san\ey-diagram över hur en värmepump koppas ti en befintig gaspanna. Biden gäer för en gasabsorptionsvärmepump. Ett exempe på inkoppad värmepump finns i biaga 6 sam visar hur en konventione värmepump koppats direkt ti gaspannans turbin. Värmepumpar som sjäva direkt drivs av naturgas finns ocksä, där tre oika processer är aktuea. Des den konventionea kompressorvärmepumpen som da drivs av en konverterad bensin- eer diesemotor i stäet för med direkte, des Stiringmotorn samt absorptionsprocessen, aa processer tidigare beskrvna i projektet. De tre föjande kapiten kommer att ge exempe pa befintiga anäggningar för varje process.

15 100% TILLFÖRD ENERGI Avgasfdrust 16% NYTTIG V ARNE IDO%!JO% Omgivn ingsva"rme 46% Figur 5 Visar ett sank.ey-diagram över hur en värmepump koppas ti en befintig gaspanna. Biden gäer för en gasabsorptionsvärmepump. Ett exempe pa inkoppad värmepump finns i biaga 6 som visar hur en konventione värmepump koppats direkt ti gaspannans turbin. Värmepumpar som sjäva direkt drivs av naturgas finns ocksa, där tre oika processer är aktuea. Des den konventionea kompressorvärmepumpen som da drivs av en konverterad bensin- eer diesemotor i stäet för med direkte!, des Stiringmotorn samt absorptionsprocessen, aa processer tidigare beskdvna i projektet. De tre föjande kapiten kommer att ge exempe pa. befintiga anäggningar för varje process.

16 AvgasfQ"r/ st 16% 100% TILLFÖRD ENERGI Avgasförust 16% NYTTIG VARME 100% /JO% Omgivningsviirme 46%., Figur 5 Visar ett san'\ey-diagram över hur en värmepump koppas ti en befintig gaspanna. Biden gäer för en gasabsorptionsvärmepump. Ett exempe pa inkoppad värmepump finns i biaga 6 som visar hur en konventione värmepump koppats direkt ti gaspannans tutbin. Värmepumpar som sjäva direkt drivs av naturgas finns också, där tre oika processer är aktuea. Des den konventionea kompressorvärmepumpen som da drivs av en konverterad bensin- eer diesemotor i stäet för med direkte!, des Stiringmotorn samt absorptionsprocessen, aa processer tidigare beskr'ivna i projektet. De tre föjande kapiten kommer att ge exempe pa befintiga anäggningar för varje process.

17 12 Stiringprocessen En av de senast byggda gasdrivna Stiringmotorerna är en 3 kw motor som byggts av Mitsubishi m h a MITI och NEDO. Motorn byggdes som encyindrig typ med depacementkov och vevmekanism. Under de tre första utveckingsären av detta projekt prioriterades den höga verkningsgraden. Effekten och verkningsgraden bev vid 800 rpm 3,2 kw respektive 0,316. Utan att gä in pä detajösningar för hur detta kunde näs kan man dock notera den reativt enka och kompakta konstruktionen. t!:!"''"' -. Fig. b. r eij: 1::-= "' ~~-. J i-- ~. =,;_t:=:--- '; ;:>O<" 0 1-/ i ' =""-- L.JU.c::::-- Ce<><«. ~ "..)-<!,..,..., po;<<y: c:---i/~(! ffi~n; : ~""~a,o.../~..-~.,_..._.... ~ :- 1 Ii bi :; ~~J--~ '- ' -"""= '-..,/ Schematic view of NS03Y.-S.S engi:1.e Dessutom naddes aga värden p a NDx tack vare att en trevägs kataysator samt stoftavskijare instaerades. biaga 8 kan en kompett instaerad anäggning studeras. Notera att anäggningen körs bäde som värmepump och kysystem. Ködfaktorn uppges ti 0,92 och värmefaktorn ti 1,49. Dock är denna anäggning inte fut utprovad, men Mitsubishi, Japanese Ministry of Internationa Trade samt New Energy Deveopment Organization, anser sig sta. vid ett sutmä och räknar med en serietiverkning av konceptet inom snar framtid. En iknande motor har även utveckats av Toshiba Corporation, som dock var tva.cyindrig men i övrigt uppvisade iknande data som den tidigare redovisade. Den under äng tid utveckade och konverterade ti gasdrift V60- motorn av United Stiring AB skue i ett ferfamijshus eer i ett radhusområde kunna utgöra ett aternativ. En sådan Stiringmotor (ca 7,5 kw motoreffekt) skue vid en ihopbyggnad ti värmepump enigt systemösning i biaga 9 kunna ge en värmeeffekt p:!. 42 kw med stadsgas som bränse och RZ som ködmedia vid -4DC förångnings samt +48 C i kondenseringstempera tur. Andra gasbränsen och ködmedia gar naturigtvis att använda.

18 < D Den vattenkyda kompressortoppen enigt figuren i biagan gör det möjigt att tisammans med hetgasvärmeväxare producera värme vid en hög temperaturniva för t ex tappvarmva ten. Utan denna principösning värmer värmepumpen värmesystemet och förvärmer tappvarmvatten. Detta är det enkaste systemet viket gör konceptet biigare. Naturigtvis kan man även här som i faet med bensinmotorn ata Stiringmotorn driva en generator som sedan antingen driver en värmepump eer direkt används som e för husbehov. Detta skue dock som med bensinmotorn försämra systemets prestanda ti ca 80% av vad en direktdrift skue kunna uppvisa. Absorptionsvärmepump En av de ta serietiverkarna av absorptionsvärmepumpar är tyska AWT som i sitt program har en 25 kw gasabsorptionsvärmepump (GAWP). Denna har vatten eer uft som värmekäa och en utovad värmefaktor i bada faen pa 1,3. Som exempe tas ett enfamijshus i Tyskand där en AWT -GAWP instaerats med jordvärme som värmekäa. Absorptionsösning är vatten och NH3 som ködmedium, viket medför att aga förångningstemperaturer kan astadkommas, samt att rostangrepp bör kunna undvikas och ge en äng ivsängd. Nackdeen är dock det höga inoppstryck som räder, runt 20 bar, samt det obehag ett äckage av NH3 skue ge. Vid en pacering av anäggningen utomhus skue detta dock kunna undvikas. Se specifikationer och skiss i biaga 3. Kompressorvärmepump Drivning av kompressorn sker med en diese- eer bensinmotor. För dessa motorer är det ett maste att tivarata värmeförusterna tran motorn. Detta innebär att bensinmotorn troigen ej kan användas eftersom dessa är uftkyda i sa här små storekar. Det aterntiv sani aterstar är att bygga om diesemotorn som tidigare redovisats med tändning av gasen m h a tändstift. Detta skue medföra en vädigt ren förbränning och därmed taga emiss.ionsutsäpp. BERO har ett motordrivet koncept, viket beskrivs och skissas i biaga?.. Som exempe pa i Sverige existerande gasmotorer kan tas de TOTEM-aggregat som instaerats i reningsverk. Motorn, en Fiat 127 A p ä 903 cm3, är modifierad för gasdrift och har eektronisk tändning. Märkeffekt 16,5 kw vid 3070 r/min. Dessa motorer körs p a rötgas och förbrukar ca 8 m3 rötgas per timme och har et t edningstryck pä 20 mbar.

19 14 Den mekaniska kraften omvandas ti eektrisk ström av en 15 kw asynkronmotor, denna ström ansuts ti nätet. Detta innebär att om den.här typen av aggregat instaeras i en via skue man atminstone i teorin ha många aternativ att väja pa. Första aternativet är att använda värmepumpen som i reningsverken, dvs omvanda den mekaniska kraften ti ström som sedan körs ut på nätet eer används i hemmet direkt. Detta aternativ är dock i dagsäget varken agigt eer ekonomiskt försvarbart. Om man i stäet koppar en edriven värmepump ti generatorn skue maet att fa en ekonomiskt försvarbar gasdriven värmepump nas. Det andra aternativet är förstas att pocka bort generatorn och omvanda at ti värme. Oavsett viket aternativ som väjs, tas spivärmet fra.n avgas- och kyvattnet tivara för att uppna. acceptaba värden pa värmepumpen. Det ovan beskrivna TOTEM-aggregatet ger vid en förbrukning av 8 rötgas per timme en eeffekt av ca 14 kw samt en värmeeffekt m3 pa 36,6 kw. Denna t)tp av anäggningar är vanigt förekommande i Engand. 7. SERVICE Ojebytesintervaen för ottmotorn, utan nagon som hest ojerening utom den som är standard monterad bir ca var 200:e timme. Om fiter av nagot sag monteras in i systemet kan serviceintervaet troigen ökas ti var :e timme. Ett fiter qv intresse är Refiners (biaga 10) eectro-ube, detta 'fiter arbetar bäde med mekanisk rening genom fitrering och avdunstning av vatten genom eektrisk uppvärmning. Detta fiter förutsätter dock att motorn är utrustad med generator och batteri, viket torde vara faet i de festa fa. Tändstiften bör kontroeras eer bytas var 500-OOO:e timme, vartannat ar bör en större genomgäng av motorn göras.

20 15 Motor Drifttid: 5000 timmar/ar Service interva: 2000 timmar Ojerymd: 2 iter Ojepris: 15:-/Hter Ojeförbrukning = 0,4 1/100 timmar Ko= ,4 15 = 375 kr/är (OJekostnad/är) Tändstift: 15:-/st Bytesinterava: 1000 h Anta stft: t Kt = i~gg 15 = 75 kr/är (tändstiftskostnad/är) Summa servicekostn9-der för motorn: KM = = 450:-/är. Kompressor Drifttid: 5000 timmar/ar Serviceinterva: 5000 timmar Ojepris: 30 kr/iter 5000 Ko = = 30 kr/är. \.. Kompressorn stäher inte ika höga krav pä ojebyte, så. här kan serviceintervaet haas ti ungefär 5000 timmar mean ojebytena. Detta pga att kompressorn arbetar under gynnsammareförhäanden än motorn, eftersom motorn är tvungen att ta hand om vissa förbränningsrester och vatten. T o taa servicekostnaden per är för en motordriven värmepump, inte absorption, bir i storeksordningen 500:-. För ett absorptionssystem bir servicekostnaden troigen betydigt ägre.

21 16 8. INVESTERINGSKALKYL Investeringskostnaden för en gasdriven värmepump, i effektområdet 4 kw värmeeffekt, bir :-. Detta ska jämföras med en edriven värmepump i samma effektkass som kostar :-. Detta ger en merkostnad för gasvärmepumpen av ca 30%. I sammanhanget ska dock nämnas att gasvärmepumpen producerar ca 30% mer värmeenergi, pga att motorns spivärme kan tas ti vara, än vad värmepumpsenheten är dimensionerad för. Om hänsyn tas ti ovanstäende resonemang sa presterar den gasdrivna värmepumpen ca 5,3 kw värme, för samma pris, :-, medan en edriven värmepump med effekten 5,3 kw kostar i omradet :-. Kostnad per kiowatt bir: Kgas = kr/kw Ke = O 400 kr/1<w Dessa värden gäer för uteuftvärmepump med ooc som förangningstemperatur. Som framgår, sä är materiakostnaderna för gasvärmepumpen högre jämfört med edriven värmepump, medan det inte skijer ika mycket i kostnad per kw. Detta pga att stora värmemängder frän förbränningsmotorn kan tivaratas... Stiringmotorn kostar idag kr/kw, medan enigt United Stiring, i ett ängre perspektiv priset kommer att sjunka ti kr/kw, när tiverkning av dessa motorer sker i större skaa. Priset -kommer da att bi ca 18 OOO:w för en motor ti värm~pumpar i aktue storekskass. Detta ska jämföras med konventionea motorer som kostar ca 6 000: i dagens äge. Investeringskostnaden för en absorptionsvärmepump bir i storeksordningen Kab = kr/kw. Prisuppgift~n har hämtats fran tyska tiverkare och gäer för ar ' I aa dessa presenterade fa är inte kostnaden för rör och rördrag~ ning medräknade. Detta pga att det är svart att göra en genere uppskattning vad detta kostar. Men som jämförese mean de oika systemen spear det ingen större ro att denna kostnad saknas.

22 17 Beräkningar (investeringskaky) Totapris = 1,6 materiakostnad Edriven värmepump 4 kw: :- 9 kw: :- Materiakostnad 4 kw: :- Hermetisk kompressor, som används i mindre värmepumpar: 5 000:- Extrautrustning för gasdriven värmepump. ' Förbränningsmotor: 6 000:- (Otto), :- (Stiring) Kompressor (semihermetisk): 6 000:- Värmeväxare, för avgaserna: 3 000:- Gasdriven värmepump: 4 kw (värmepumpeff.):::: - (3I ODD ) I,6 = :-. Kgas Ke = = I2 406:-/kW 4. 1,33 = 55 ODD = ID 377:-/kW 5,3 Kstiring = BB 400 = I6 6I6:-/kW 4 1,33 9 BERÄKNINGAR Värmningssystem -Framedningstemperatur: 55 C Radiatorvattentempera tur: 65 C Detta medför att kondenseringstemperaturen måste häas pa. 56DC. De resterande ca q oc utvinns ur avgas- och kyvattenföruster. Värmeeffekt B kw. Värmepump Ködmedium: R22 t I= 56 C: PI= 22 bar t2 = 0 C: P2 = 5 bar Antag 50C överhettning och 6 C underkyning. ik = 670 (KJ/kg) i2k = 634 (KJ/k9) is = 4B2 (KJ/kg)