Provning av en kapacitetsreglerad luft-luftvärmepump (5 bilagor)

Transkript

1 1002 ISO/IEC RAPPORT utfärdad av ackrediterat laboratorium REPORT issued by an Accredited Laboratory Handläggare, enhet Peter Lidbom Energiteknik , Ahlsell AB Lars Jonsson Tallbacksvägen ENKÖPING P (7) Provning av en kapacitetsreglerad luft-luftvärmepump (5 bilagor) Uppdrag Bestämning av prestanda vid rumsuppvärmning, beräkning av årsvärmefaktor och besparing av energi, bestämning av ljudeffektnivå för inom- och utomhusdel samt kontroll av säkerhetsfunktioner. Provföremål Värmepump av typ: Luft/luft Tillverkare, återförsäljare: Sanyo, Ahlsell AB Inomhusenhet modellnr, serienr: SAP-KRV124EHDXN, Utomhusenhet modellnr, serienr: SAP-CRV124EHDXN, Köldmedium, vikt: R 410A, 1,38kg Värme-, köldbärare: Luft Värmepumpen är utvald av tillverkare och uppdragsgivare och har tidigare provats hos tillverkare före provning på SP. Två st exemplar av provföremål anlände till SPs provningslaboratorium utan synliga skador den 21 april 2006, emballagen saknade plombering. Provföremålen har märketiketter med modellbeteckning, CE märkning etc. Provplats och tid Värmepumpen installerades på SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, avdelningen för Energiteknik, Borås den 26 april Provningen utfördes under april, maj Provmetoder Värmepumpens prestanda provades vid rumsuppvärmning i kalorimeterkammare enligt metod SS-EN samt enligt CEN/TS Prestandaprov vid rumsuppvärmning omfattar mätning och beräkning av exempelvis: Tillförd eleffekt till värmepumpen, P E Avgiven värmeeffekt från värmepumpen, P H Värmefaktor, COP SS-EN definierar hur värmepumpen skall vara inställd, tid för mätperioder, maximal mätosäkerhet, stabilitet, krav på funktion m.m. Prestandaprov vid rumsuppvärmning enligt provmetoden benämns 100 % (fullast) och utförs i kalorimeterkammare enligt tabell 1. Provpunkterna utförs vanligtvis i ordning med fallande uteluftstemperatur, dvs. vid: +7(6), +2(1), -7(-8), -15(-). SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Postadress Besöksadress Tfn / Fax / E-post SP Box Borås Västeråsen Brinellgatan 4 Borås info@sp.se Laboratorier ackrediteras av Styrelsen för ackreditering och teknisk kontroll (SWEDAC) enligt svensk lag. Denna rapport får endast återges i sin helhet, om inte utfärdande laboratorium i förväg skriftligen godkänt annat.

2 P (7) Tabell 1 Prestandaprov vid rumsuppvärmning och fullast enligt SS-EN Utelufts- Innelufts- Fullast (%) Provpunkt temperatur, C (t a1,outdoor ) temperatur, C (t a1,indoor ) 1 +7 (6) (1) (-8) (-) Temperaturer inom parentes avser våt temperatur (t a1,wet bulb,outdoor ) Prestandaprov vid rumsuppvärmning och med värmekapacitet mindre än 100 %, benämns dellast och utförs i kalorimeterkammare vid provpunkter enligt SS-EN samt enligt metod CEN/TS 14825, se tabell 2. Värmepumpen provas under längre drifttider än vad som anges i EN14511 vid full- och dellast. Anledningen är att värmepumpens prestanda och krav på funktion kan påverkas av dess styr- och reglersystem eller avfrostningsfunktion. Detta framgår inte alltid under den kortare provperiod som föreskrivs i EN Provtiden maximeras till 24 timmar. Tabell 2 Prestandaprov vid rumsuppvärmning och dellast enligt SS-EN och CEN/TS Utelufts- Innelufts- Dellast (%) Provpunkt temperatur, C (t a1,outdoor ) temperatur, C (t a1,indoor ) 5 +7 (6) (6) (1) Temperaturer inom parentes avser våt temperatur (t a1,wet bulb,outdoor ) Årsvärmefaktor och besparing av energi beräknades enligt SP-metod A3528 Mätning och bestämning av ljudeffektnivå har skett enligt SS-EN ISO 3747:2000 och valda delar i provmetod SS-ENV Kontroll av säkerhetsfunktioner och krav på funktion sker enligt SS-EN rubriknummer: 4.4, 4.5, 4.7 (stopp av luftflöde över inom- och utomhusenhet, strömavbrott, kontroll av avfrostningsfunktion). Provutrustning Följande provutrustning har använts. Benämning Märkning Kalorimeterkammare LL1 Klimatkammare LV2 Vätskerigg LV2 Daggpunktshygrometer Inv. nr Eleffekt Inv. nr , Vattenflöde Inv. nr Datainsamling Inv. nr , , , Reglerutrustning LV2a, LV2b, LV2c, LL1 Lufttemperatur Pt 100 Vattentemperatur Pt 100

3 P (7) Värmepumpens inställningar vid prestandaprovning Montering och installation: Utfördes av uppdragsgivaren Kondensorfläkt: Högsta fläkthastighet Horisontell luftriktning, inomhusenhet: Rakt fram för högsta luftflöde Vertikal luftriktning, inomhusenhet: Position 2, enligt tillverkarens anvisningar. Installerat luftfilter: Luftfilter typ grovfilter Köldmedierörlängd: 7,5 meter Max höjdskillnad i systemet: Mindre än 1 meter Driftläge: Värmedrift Temperaturinställning fjärrkontroll (fullast) 30 C Temperaturinställning fjärrkontroll (dellast) 20 C Vid fullastprov, provpunkt 1, var temperaturinställningen på fjärrkontrollen inställd på högsta värdet enligt SS-EN Värmepumpen arbetade kontinuerligt vid samma tillförda eleffekt och avgivna värmeeffekt med denna inställning. Vid dellastprov ställs fjärrkontrollens temperatur in på 20ºC eller den temperatur som resulterar i att inkommande lufttemperatur till inomhusenheten blir 20ºC, t a1,indoor. Avvikelser mellan fjärrkontrollens temperaturinställning vid dellast, enligt ovan, och den inkommande lufttemperaturen, t a1,indoor, kan vara beroende på flera faktorer såsom provuppställning, provföremålets styr- och reglersystem, termistorplacering, mm. Endast grovfilter, benämns även planfilter, har varit installerat i inomhusenhet under provningen. Ett högre luftflöde resulterar i en lägre kondenseringstemperatur vilket ökar värmepumpens effektivitet och prestanda. Efter installation och när inomhusenhetens fläkt var i drift tillfördes rök till inkommande luft för att göra uppdragsgivaren uppmärksam på hur luftflöde går till enheten. Det kunde konstateras att den största delen av inkommande luft passerar genom luftfiltret men en mindre del passerar även vid genomföring för köldmedierör samt andra otätheter i chassi. Detta kan bero på att inomhusenhetens fläkt skapar ett undertryck på enhetens baksida. Resultat från prestandaprov vid rumsuppvärmning Provningsresultaten avser endast den provade värmepumpen vid angivna förhållanden, med dess utrustning och inställning. Totalt avgiven värmeeffekt (P H ) och totalt tillförd eleffekt (P E ) har uppmätts vid fullast och dellast enligt provmetod SS-EN samt CEN/TS och redovisas i tabell 3 respektive tabell 4. Beräknade resultat härleds enligt SS-EN Utförda provningar presenteras mer detaljerat med mät- och beräkningsresultat i tabell- och diagramform, se bilagaförteckning. Tabell 3 Resultat, prestandaprov vid rumsuppvärmning och fullast enligt provmetod SS-EN Provpunkt Uteluftstemperatur, C (t a1,outdoor ) Inneluftstemperatur, C (t a1,indoor ) Avgiven värmeeffekt W (P H ) Tillförd eleffekt W (P E ) COP (P H /P E ) 1 7(6) ,3 2 2(1) ,8 3-7(-8) ,5 4-15(-) ,2 Temperaturer inom parentes avser våt temperatur (t a1,wet bulb,outdoor )

4 P (7) Tabell 4 Resultat, prestandaprov vid rumsuppvärmning och dellast enligt provmetod SS-EN och CEN/TS Provpunkt Uteluftstemperatur, C (t a1,outdoor ) Inneluftstemperatur, C (t a1,indoor ) Avgiven värmeeffekt W (P H ) Tillförd eleffekt W (P E ) COP (P H /P E ) Dellast % 5 7(6) ,1 77 6* 7(6) , (1) ,8 50 Temperaturer inom parentes avser våt temperatur (t a1,wet bulb,outdoor ) * Beräknat resultat baserat på interpolering mellan provpunkter med dellast 39 % och 59 %, se bilaga 1. Kommentarer Då värmespridningen under provningen är ideal kan en verklig installation hos slutanvändare innebära att värmespridningen förhindras beroende av t ex möblering och väggar. Det innebär att den uppmätta avgivna värmeeffekten hos slutanvändaren kan vara lägre än en uppmätt värmeeffekt i kalorimeterkammaren. Vid fullastprov enligt provpunkt 2,3 och 4 observerades att värmepumpens initierade en avfrostning då lufttemperaturdifferensen över inomhusenheten (t a2,indoor - t a1,indoor ) var konstant. Det innebär att avfrostning startar när värmeeffekten (P H ) är konstant. Vid provpunkt 3 och 4 var provpunkternas cykeltider, som omfattas av en värmedriftperiod och en avfrostningsperiod, ungefär lika långa dvs. ca 64 minuter. Vid dellastprov enligt provpunkt 5 och 6 observerades att värmepumpens totalt tillförda aktiva eleffekt P E varierade med ca 250W och inneluftstemperaturen (t a1,indoor ) varierade mindre än ±0,6ºC. Resultat från provning vid en torr uteluftstemperatur lägre än -15 C Denna del av provningen omfattas inte av ackrediteringen. Värmepumpen har provats vid en lägre uteluftstemperatur än -15 C. Provpunkten avviker från provmetod SS-EN14511 gällande krav för högst tillåtna avvikelse (± 0,6 C) för den torra uteluftstemperaturens medelvärde vid transient prov. Prov utfördes vid en torr uteluftstemperatur av -18 C (± 1 C) under 250 minuter. Totalt avgiven värmeeffekt (P H ) beräknades till 3290 W och totalt tillförd eleffekt (P E ) uppmättes till 1620 W, enligt SS-EN Värmepumpens cykeltid var ca 67 minuter. Värmepumpen var i drift utan att stoppas av inbyggda säkerhetsfunktioner. Värmepumpens avgivna värmeeffekt var högre än den totalt tillförda eleffekten. Uppdragsgivaren har godkänt att värmepumpen kan provas ned till en torr uteluftstemperatur mindre än -20 C. Resultat, beräkning av årsvärmefaktor och besparingen av energi Denna del av provningen omfattas inte av ackrediteringen. Resultat från beräkning av årsvärmefaktor (systemets) och besparingen av energi enligt SP-metod A3 528 presenteras i tabell 5 och 6. Beräkningarna baseras på resultat från laboratorieprovning enligt provmetod SS-EN och enligt metod CEN/TS Värmepumpens lägsta drifttemperatur har vid beräkningen antagits till -15 C och värmebehov antas inte finnas vid uteluftstemperatur högre än +17 C. Nedanstående tabeller redovisar besparing för ett hus med förlustfaktor 109 W/K respektive 199 W/K. Bruttoenergiförbrukning blir för huset placerat i Borås kwh/år respektive kwh/år exklusive energi för hushållsel och tappvarmvatten. För övriga orter fås andra energibehov men huset har samma förlustfaktor.

5 P (7) Tabell 5 Hus med förlustfaktor 109 W/K Klimatort Malmö Borås Luleå Årsmedeltemperatur för orten ( C) 1) 8,2 6,1 1,3 Husets energibehov (kwh/år) Tillsats (kwh/år) Drivenergi (kwh/år) Besparing (kwh/år) Årsvärmefaktor ( - ) 2) 3,0 2,7 2,1 Tabell 6 Hus med förlustfaktor199 W/K Klimatort Malmö Borås Luleå Årsmedeltemperatur för orten ( C) 1) 8,2 6,1 1,3 Husets energibehov (kwh/år) Tillsats (kwh/år) Drivenergi (kwh/år) Besparing (kwh/år) Årsvärmefaktor ( - ) 2) 2,9 2,5 1,9 1) Källa: SMHI (ISSN ) samt Achieving the desired indoor climate (ISBN ) 2) Systemets årsvärmefaktor beräknas i program A3 528 och tar hänsyn till värmepumpens prestanda och husets energibehov (Årsvärmefaktor = Husets energibehov/ (Drivenergi+Tillsats) Värmespridningen från inomhusdelen har antagits vara ideal vid beräkningen, dvs. uppvärmd volym antar samma lufttemperatur momentant. Vid installation i ett hus kan exempelvis husets planlösning och möbleringen framför inomhusdelen påverka värmespridningen. Beräkningen tar inte hänsyn till hur andra uppvärmningssystem i huset arbetar. Förslagsvis bör termostater på direktverkande element ställas in på en lägre temperatur om värmepumpens avgivna värmeeffekt är större än husets värmebehov. Då värmepumpens avgivna värmeeffekt (P H ) vid dellast är större än husets värmebehov har resultatdata från dellastprov använts vid beräkning. Resultat, mätning av ljudeffektnivå från inom- och utomhusdel Nedan sammanställs resultat för ljudeffektmätning. För fullständig rapport med uppgift om exempelvis mätosäkerhet se rapport med beteckning P A. Den A-vägda ljudeffektnivån (L WA ) har bestämts vid kontinuerlig drift och redovisas i tabell 7. Det vägda ljudeffektvärdet är avrundat till närmaste halva decibel. Resultaten gäller enbart för de provade objekten. Tabell 7 Enhet: Ljudeffektnivå, L WA (db) Innedel 1300 W 57,5 Utedel 1300 W 65 Under mätningen var värmepumpen i drift och med samma inställningar som vid prestandaprovning enligt provpunkt 1, dvs. med uteluftstemeperatur 7(6) C och inneluftstemperatur 20 C. Ljudeffektnivå är ett mått på hur mycket buller värmepumpen tillför omgivningen oberoende av lokal. Hur högt bullret blir beror i sin tur på lokalens storlek, form och dämpning (eko). Hur bullerstörningen uppfattas beror i sin tur inte bara på dess styrka utan även på dess karaktär.

6 P (7) Resultat, kontroll av värmepumpens säkerhetsfunktioner vid rumsuppvärmning Kontroll av värmepumpens säkerhetsfunktioner vid rumsuppvärmning utfördes vid provpunkt nr 2 och nr 4 dvs. vid torr uteluftstemperatur 2ºC respektive -15ºC, se tabell Vid provpunkt 2 stoppades luftflödet för utomhusenheten när värmepumpen initierade en avfrostning. Efter en timme återställdes luftflödet och en okulärbesiktning av värmepumpen utfördes. Värmepumpens prestanda och effektivitet kontrollerades. Resultat: Värmepumpen stoppades inte av några säkerhetsfunktioner. Värmepumpen var under en timmes tid i intermittent drift, dvs. den utförde flertal startförsök med kort värmedriftperiod, se figur 1. Inga skador observerades vid okulärbesiktning av värmepumpen. Prestanda och effektivitet var oförändrade före och efter utfört prov. Tillförd eleffekt, PE (W) Kontroll av säkerhetsfunktion med stoppat luftflöde över utomhusenhet : : : : : : : : :28 Figur 1. Totalt tillförd eleffekt under en timme vid kontroll av säkerhetsfunktion då luftflöde för utomhusenheten är stoppat. 2. Vid provpunkt 2 stoppades luftflödet för inomhusdelen när värmepumpen initierade en avfrostning. Efter en timme återställdes luftflödet och en okulärbesiktning av värmepumpen utfördes. Värmepumpens prestanda och effektivitet kontrollerades. Resultat: Värmepumpen stoppades inte av några säkerhetsfunktioner. Värmepumpen startade för värmedrift efter avfrostning med hög eleffektförbrukning, se figur 2. Därefter gjordes ytterligare 2 st startförsök. Under dessa startförsök observerades att min- och maxtemperaturen vid inomhusenhetens termistor var 28ºC respektive 35ºC och att de inföll då värmepumpen startade och då värmepumpen stoppade. Inga skador observerades vid okulärbesiktning av värmepumpen. Prestanda och effektivitet var oförändrade före och efter utfört prov.

7 P (7) Kontroll av säkerhetsfunktion med stoppat luftflöde över inomhusenhet Tillförd eleffekt, PE (W) : : : : : : : : :46 Figur 2. Totalt tillförd eleffekt under en timme vid kontroll av säkerhetsfunktion då luftflöde för inomhusenheten är stoppat. 3. Efter minst 250 minuters drift vid provpunkt 4, se tabell 1, frånskiljdes värmepumpen från matningsspänning (strömavbrott). Efter ca 80 minuter anslöts värmepumpen till matningsspänning. Efter provet utfördes en okulärbesiktning. Resultat: Värmepumpen återstartade automatiskt inom kortare tid än 20 minuter utan att några säkerhetsfunktioner aktiverades. Inga skador observerades vid okulärbesiktning av värmepumpen. Värmepumpens avfrostningsfunktion kontrollerades vid provpunkter med avfrostning. Mindre isbildning observerades på nedre delen av värmeväxlarens kamflänsar, sett från uteenhetens utblåssida, vid torr uteluftstemperatur -7ºC och -15ºC. På bottenplåten observerades lite is i anslutning till dräneringshålen för smältvatten. Under provtiden observeras ingen förändring av prestanda och effektivitet vid dessa uteluftstemperaturer. SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Energiteknik - System- och installationsteknik Monica Axell Tekniskt ansvarig Peter Lidbom Teknisk handläggare Bilagor 1. Resultat prestandaprov vid rumsuppvärmning 2. Fotografier 3. Komponentförteckning 4. Mätosäkerhet 5. Beteckningar

8 P (3) Bilaga 1 Resultat prestandaprov vid rumsuppvärmning Provpunkter Nr t a1, indoor C t a1, outdoor C t a1, wet bulb,outdoor C Last % Mätta storheter Temperatur t a1, indoor C 20,0 20,0 19,8 19,7 19,7 19,5 19,6 20,0 t a2, indoor C 46,0 39,0 37,0 34,0 39,0 36,0 33,0 33,0 t a1, outdoor C 7,3 2,0-7,0-14,8 7,0 7,0 7,2 2,0 t a2, outdoor C 2,8-1,3-10,1-17,2 2,9 3,2 2,9-1,1 t a1, dew point,outdoor C 5,3-0,3-11,4-15,4 4,9 4,9 5,1-0,2 Eleffekt P E W Spänning U AC V Beräknade storheter Temperatur t a1, wet bulb,outdoor C 6,3 1,0-8,0-5,9 6,0 6,2 1,1 Värmeeffekt P H W Värmefaktor COP - 3,26 2,80 2,50 2,17 4,05 4,43 4,57 2,84 Kommentarer Avfrostar Ja/Nej Nej Ja Ja Ja Nej Nej Nej Ja Cykeltid (minuter)

9 P (3) Bilaga Last 100% Dellast 59% COP % Torr uteluftstemperatur ( C) Figur 1.1 Total värmefaktor som funktion av torr uteluftstemperatur Totalt tillförd aktiv eleffekt, last 100% Totalt avgiven värmeeffekt, last 100% Totalt tillförd aktiv eleffekt, dellast Totalt avgiven värmeeffekt, dellast Effekt (W) % 59% % 59% Torr uteluftstemperatur ( C) Figur 1.2 Totalt avgiven värmeeffekt och totalt tillförd eleffekt som funktion av torr uteluftstemperatur.

10 P (3) Bilaga 1 P601456_d2w1_100_ Totalt tillförd eleffekt (W) Tid (minuter) Figur 1.3 Totalt tillförd eleffekt under mätperiod med tre hela cykler. Uteluftstemperatur 2 C, enligt provpunkt 2. För mer detaljerat diagram under en avfrostningsperiod, se figur 1.4. P601456_d2w1_100_ Totalt tillförd eleffekt (W) Tid (minuter) Figur 1.4 Totalt tillförd eleffekt under en avfrostningsperiod. Uteluftstemperatur 2 C, enligt provpunkt 2

11 P (3) Bilaga 2 Fotografier Bild 2.1 Fjärrkontroll med öppen och stängd lucka. Bild 2.2 Inomhusenhet.

12 P (3) Bilaga 2 Bild 2.3 Inomhusenhet utan frontlucka. Pil visar termistorplacering för inkommande lufttemperatur. Bild 2.4 Utomhusenhet, ingående luft till värmepump.

13 P (3) Bilaga 2 Bild 2.5 Utomhusenhet, utgående luft från värmepump Bild 2.6 Utomhusenhet, ingående luft till värmepump. Bilden visar bottenplåt med 5 st hål för dränering av smältvatten. Observera att bottenplåt är formad under värmeväxlaren så att vatten avleds med fall.

14 P (1) Bilaga 3 Komponentförteckning för värmepump Uppdragsgivaren har lämnat nedanstående information. Typbeteckning för värmepump (försäljningsnamn till konsument): Detalj Fabrikat, kommentar Beteckning, serienummer Inomhusenhet: Sanyo SAP-KRV124EHDX, Utomhusenhet: Sanyo SAP-CRV124EHDXN, Kompressor: Sanyo Vevhusvärmare Värmekabel i bottenplatta Stryporgan (ange typ, kapillär eller elektronisk) Fyrvägsventil: Köldmedium (typ, vikt): Köldbärarfläkt: Värmebärarfläkt: Förångare Kondensor Bruksanvisningens datum/version Lägsta uteluftstemperatur Avfrostningsmetod Nej Nej Elektronisk SHF-7H-34U R410A, 1,38 kg DC-MOTOR DC-MOTOR Rörlamell Rörlamell DS029: ºC Hetgasbypass ventil Effektbegränsningar Övrigt (fjärrkontroll modell, mjukvara version) Fjärrkontroll RCS-märkt RCS-4HVPDXS4EE

15 P (1) Bilaga 4 Mätosäkerhet Resultaten från provningen baseras dels på mätningar och dels på beräkningar. I resultatredovisningen beräknas den totala osäkerheten enligt följande uppskattningar av mätoch beräkningsosäkerheterna. Uppskattningarna avser de totala osäkerheterna inkluderande både systematiska och tillfälliga osäkerheter. För beteckningar, se bilaga enligt bilagaförteckning. Temperaturer t a1,indoor t a2,indoor t (a2,indoor-a1,indoor) t a1,outdoor t a2,outdoor t (a2,indoor-a1,indoor) t dew point,outdoor t wet bulb,outdoor ± 0,2 K ± 0,2 K ± 0,2 K ± 0,2 K ± 0,2 K ± 0,2 K ± 0,5 K ± 0,3 K Effekt P E ± 0,5 % P H ± 4 % Kommentar Mätosäkerheten för temperaturmätning av torra temperaturer i mätplanet ut från kondensor och förångare, t a2,indoor, respektive t a2,outdoor, uppskattas till ± 1,0 K.

16 P (1) Bilaga 5 Beteckningar I första hand används beteckningar enligt SS-EN 14511, CEN/TS och svensk standard SS För allmänna beteckningar, som inte återfinns nedan, hänvisas till svensk standard SS Presenterade data för varje enskild beteckning är medelvärden under respektive mätperiod. COP P P E P H T t a1,outdoor t a1,dew point,outdoor t a1, wet bulb,outdoor t a2,outdoor t a1,indoor t a2,indoor U U AC Total värmefaktor Effekt Totalt tillförd aktiv eleffekt Totalt avgiven värmeeffekt Temperatur Temperatur, torr luft, in till värmepump, förångare (uteluftstemperatur) Temperatur, daggpunkt, in till värmepump, förångare (uteluftstemperatur) Temperatur, våt luft, in till värmepump, förångare (uteluftstemperatur) Temperatur, torr luft, ut från värmepump, förångare (uteluftstemperatur) Temperatur, torr luft, in till värmepump, kondensor (inneluftstemperatur) Temperatur, torr luft, ut från värmepump, kondensor (inneluftstemperatur) Spänning Matning, fasspänning